2019版高中物理第四章电磁感应第4课时习题课楞次定律和法拉第电磁感应定律的应用学案新人教版选修(共19页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上第4课时习题课:楞次定律和法拉第电磁感应定律的应用一、楞次定律的应用方法1.“增反减同”法感应电流的磁场,总是阻碍引起感应电流的磁通量(原磁场磁通量)的变化。(1)当原磁场磁通量增加时,感应电流的磁场与原磁场方向相反。(2)当原磁场磁通量减少时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相同。口诀记为“增反减同”【例1】 如图1所示,一根条形磁铁自左向右穿过一个闭合螺线管,则电路中()图1A.始终有感应电流自a向b流过电流表GB.始终有感应电流自b向a流过电流表GC.先有aGb方向的感应电流,后有bGa方向的感应电流D.将不会产生感应电流解析当条形磁铁进入螺线管的时候,闭合线圈中
2、的磁通量增加;当条形磁铁穿出螺线管时,闭合线圈中的磁通量减少,根据增反减同可知,感应电流的方向先为aGb,后为bGv,选项C正确。答案C【跟踪训练1】 如图2所示,AOC是光滑的金属轨道,AO沿竖直方向,OC沿水平方向,PQ是一根金属直杆立在导轨上,直杆从图示位置由静止开始在重力作用下运动,运动过程中Q端始终在OC上,空间存在着垂直纸面向外的匀强磁场,则在PQ杆滑动的过程中,下列判断正确的是()图2A.感应电流的方向始终是由PQB.感应电流的方向先是由PQ,后是由QPC.PQ受磁场力的方向垂直于杆向左D.PQ受磁场力的方向先垂直于杆向右,后垂直于杆向左解析在PQ杆滑动的过程中,杆与导轨所围成的
3、三角形面积先增大后减小,三角形POQ内的磁通量先增大后减小,由“增反减同”法可知,感应电流的磁场方向先向里后向外,感应电流的方向先由PQ,后由QP,B项正确,A项错误;再由PQ中电流方向及左手定则可判断C、D项错误。答案B2.“来拒去留”法导体与磁场相对运动产生电磁感应现象时,产生的感应电流的导体受到磁场的安培力,这个安培力会“阻碍”相对运动,口诀记为“来拒去留”。【例2】 如图3所示,当磁铁突然向铜环运动时,铜环的运动情况是()图3A.向右摆动 B.向左摆动C.静止 D.无法判定解析根据产生感应电流的导体所受安培力阻碍相对运动的“来拒去留”法判断知,铜环的运动情况是向右摆动,故选项A正确。答
4、案A【跟踪训练2】 如图4所示,闭合导体环固定,条形磁铁S极向下以初速度v0沿过导体环圆心的竖直线下落并穿过导体环,不计空气阻力,下列关于导体环中感应电流方向(俯视)和条形磁铁加速度的说法正确的是()图4A.感应电流方向先顺时针再逆时针B.感应电流方向一直沿顺时针方向C.靠近导体环时条形磁铁加速度小于gD.远离导体环时条形磁铁加速度大于g解析从“阻碍磁通量变化”来看,原磁场方向向上,磁感应强度大小是先增后减,感应电流产生的磁场方向先向下后向上,感应电流方向先顺时针后逆时针,选项A正确,B错误;从“阻碍相对运动”来看,先排斥后吸引,条形磁铁加速度都小于g,选项C正确,D错误。答案AC3.“增缩减
5、扩”法当闭合电路中有感应电流产生时,闭合电路的各部分导线就会受到安培力作用,会使闭合电路的面积有变化(或有变化趋势)。(1)若原磁通量增加,则通过减小有效面积起到阻碍的作用。(2)若原磁通量减小,则通过增大有效面积起到阻碍的作用。口诀记为“增缩减扩”。温馨提示本方法适用于磁感线单方向穿过闭合回路的情况。【例3】 如图5所示,在载流直导线近旁固定有两平行光滑导轨A、B,导轨与直导线平行且在同一水平面内,在导轨上有两可自由滑动的导体ab和cd。当载流直导线中的电流逐渐增强时,导体ab和cd的运动情况是()图5A.一起向左运动B.一起向右运动C.ab和cd相向运动,相互靠近D.ab和cd相背运动,相
6、互远离解析当载流直导线中的电流逐渐增强时,穿过闭合回路的磁通量增大,根据“增缩减扩”法可知,导体ab和cd所围的面积减小,则两者相向运动,故选项C正确。答案C【跟踪训练3】 (2017宁波效实中学模拟考试)一种具有独特属性的新型合金能够将热能直接转化为电能,具体而言,只要略微提高温度,这种合金会从非磁性合金变成强磁性合金,从而在环绕它的线圈中产生电流,其简化模型如图6所示。M为圆柱形合金材料,N为线圈,套在圆柱形合金材料上,线圈的半径大于合金材料的半径。现对M进行加热,假设M变为强磁性合金时,磁感线在M内沿轴线方向,则()图6A.N中将产生逆时针方向的电流B.N中将产生顺时针方向的电流C.N线
7、圈有收缩的趋势D.N线圈有扩张的趋势解析当对M加热使其温度升高时,M从非磁性合金变为强磁性合金,穿过N的磁通量增加,根据“增缩减扩”法可知,N有扩张的趋势才能使穿过N的磁通量减少,选项C错误,选项D正确;由于不知M的磁场方向,故不能判断N中感应电流的方向,选项A、B错误。答案D4.“增离减靠”法发生电磁感应现象时,通过什么方式来“阻碍”原磁通量的变化要根据具体情况而定。可能是阻碍导体的相对运动,也可能是改变线圈的有效面积,还可能是通过远离或靠近变化的磁场源来阻碍原磁通量的变化。(1)若原磁通量增加,则通过远离磁场源起到阻碍的作用。(2)若原磁通量减小,则通过靠近磁场源起到阻碍的作用。口诀记为“
8、增离减靠”。【例4】 一长直铁芯上绕有一固定线圈M,铁芯右端与一木质圆柱密接,木质圆柱上套有一闭合金属环N,N可在木质圆柱上无摩擦移动,M连接在如图7所示的电路中,其中R为滑动变阻器,E1和E2为直流电源,S为单刀双掷开关,下列情况中,可观测到N向左运动的是()图7A.在S断开的情况下,S向a闭合的瞬间B.在S断开的情况下,S向b闭合的瞬间C.在S已向a闭合的情况下,将R的滑片向c端移动时D.在S已向a闭合的情况下,将R的滑片向d端移动时解析金属环N向左运动,根据“增离减靠”法可知,穿过N的磁通量在减小,说明线圈M中的电流在减小,故选项C正确。答案C【跟踪训练4】 如图8所示,导轨间的磁场方向
9、垂直于纸面向里,当导体棒MN在导轨上水平向右加速滑动时,正对电磁铁A的圆形金属环B中(导体棒切割磁感线速度越大,感应电流越大)()图8A.有感应电流,且B被A吸引B.无感应电流C.可能有,也可能没有感应电流D.有感应电流,且B被A排斥解析MN向右加速滑动,MN中的电流大小在逐渐变大,电磁铁A的磁场逐渐增强,根据“增离减靠”法可知,B环中有感应电流,且B被A排斥,故D正确,A、B、C错误。答案D二、法拉第电磁感应定律的应用1.公式En与EBLv的比较(1)研究对象不同En研究整个闭合回路,适用于各种电磁感应现象;EBlv研究的是闭合回路的一部分,即做切割磁感线运动的导线。(2)实际应用不同En应
10、用于磁感应强度变化所产生的感应电动势较方便;EBlv应用于导线切割磁感线所产生的感应电动势较方便。【例5】 如图9所示,匀强磁场中有一由半圆弧及其直径构成的导线框,半圆直径与磁场边缘重合;磁场方向垂直于半圆面(纸面)向里,磁感应强度大小为B0。使该线框从静止开始绕过圆心O、垂直于半圆面的轴以角速度匀速转动半周,在线框中产生感应电流。现使线框保持图中所示位置,磁感应强度大小随时间线性变化。为了产生与线框转动半周过程中同样大小的电流,磁感应强度随时间的变化率的大小应为()图9A. B. C. D.解析当线框绕过圆心O的转动轴以角速度匀速转动时,由于面积的变化产生感应电动势,从而产生感应电流。设半圆
11、的半径为r,导线框的电阻为R,即I1。当线框不动,磁感应强度变化时,I2,因I1I2,可得,选项C正确。答案C【跟踪训练5】 在范围足够大、方向竖直向下的匀强磁场中,B0.2 T,有一水平放置的光滑框架,宽度为l0.4 m,如图10所示,框架上放置一质量为0.05 kg、电阻为1 的金属杆cd,框架电阻不计。若cd杆以恒定加速度a2 m/s2,由静止开始做匀变速直线运动,则:图10(1)在5 s内平均感应电动势是多少?(2)第5 s末,回路中的电流多大?(3)第5 s末,作用在cd杆上的水平外力多大?解析(1)5 s内的位移:xat225 m,5 s内的平均速度v5 m/s(也可用v m/s5
12、 m/s求解)故平均感应电动势EBlv0.4 V。(2)第5 s末:vat10 m/s,此时感应电动势:EBlv则回路电流为:I A0.8 A。(3)杆做匀加速运动,则FF安ma,即FBIlma0.164 N。答案(1)0.4 V(2)0.8 A(3)0.164 N2.电磁感应过程中通过导体截面的电荷量设感应电动势的平均值为,则在t时间内:n,又qt,所以qn。其中对应某过程磁通量的变化,R为回路的总电阻,n为电路中线圈的匝数。注意:求解电路中通过的电荷量时,一定要用平均感应电动势和平均感应电流计算。【例6】 在匀强磁场中,有一个接有电容器的导线回路,如图11所示,已知电容C30 F,回路的长
13、和宽分别为l15 cm,l28 cm,磁场变化率为5102 T/s,则()图11A.电容器带电荷量为2109 CB.电容器带电荷量为4109 CC.电容器带电荷量为6109 CD.电容器带电荷量为8109 C解析回路中感应电动势等于电容器两板间的电压,UEl1l2510251028102 V2104 V。电容器的电荷量为qCUCE301062104 C6109 C,C选项正确。答案C【跟踪训练6】 如图12所示,将直径为d,电阻为R的闭合金属环从匀强磁场B中拉出,求这一过程图12(1)磁通量的改变量;(2)通过金属环某一截面的电荷量。解析(1)由已知条件得金属环的面积S,磁通量的改变量|21|
14、0B|。(2)由法拉第电磁感应定律,又因为,qt,所以q。答案(1)(2)3.电磁感应中的导体转动切割磁感线问题如图13所示,长为l的金属棒ab,绕b端在垂直于匀强磁场的平面内以角速度匀速转动,磁感应强度大小为B,ab棒所产生的感应电动势大小可用下面两种方法推出。图13方法一:棒上各处速率不同,故不能直接用公式EBlv求,由vr可知,棒上各点的线速度跟半径成正比,故可用棒的中点的速度作为平均切割速度代入公式计算。所以,EBlBl2。方法二:设经过t时间ab棒扫过的扇形面积为S,则Sltll2t。变化的磁通量为BSBl2t,所以EnBl2,其中n1。【例7】 如图14,直角三角形金属框abc放置
15、在匀强磁场中,磁感应强度大小为B,方向平行于ab边向上。当金属框绕ab边以角速度逆时针转动时,已知bc边的长度为l,下列判断正确的是()图14A.金属框中无电流B.金属框中电流方向沿abcaC.UbcBl2D.UbcBl2解析bc边、ac边都在切割磁感线,通过右手定则判断,c端电势高,a、b端电势低;两边的有效切割长度都为l,则UacUbcBl2,所以a、b端电势相同,金属框中无电流,选项A正确。答案A【跟踪训练7】 一个电阻是R,半径为r的单匝线圈放在磁感应强度为B的匀强磁场中,如图15所示,若以线圈的直径为轴旋转180,则在此过程中,导线横截面上通过的电荷量为()图15A.0 B.C. D
16、.解析由法拉第电磁感应定律知,此过程中的平均感应电动势,平均电流,故导线截面上通过的电荷量qt。答案 C1.如图16所示,A、B为大小、形状均相同且内壁光滑、用不同材料制成的圆筒,竖直固定在相同高度,两个相同的条形磁铁,同时从A、B上端管口同一高度无初速度同时释放,穿过A管的条形磁铁比穿过B管的条形磁铁先落到地面。下面关于两管的制作材料的描述可能的是()图16A.A管是用塑料制成的,B管是用铜制成的B.A管是用铝制成的,B管是用胶木制成的C.A管是用胶木制成的,B管是用塑料制成的D.A管是铜制成的,B管是用塑料制成的解析如果圆筒是用金属材料制成的,当条形磁铁进入和离开筒口位置时都会产生感应电流
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