2022年高二物理感应电动势-知识精讲-北师大版.docx
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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备欢迎下载北师大版高二物理感应电动势学问精讲【本讲训练信息 】一. 教学内容:感应电动势1. 感应电动势在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势,产生电动势的那部分导体相当于电源;2. 产生感应电动势的条件穿过电路中的磁通量发生变化或导体切割磁感线3. 感应电动势的大小(1)法拉第电磁感应定律内容:电路中感应电动势的大小,跟穿过这一电路中的磁通量的变化率成正比,即Ent说明:公式中, n 为线圈匝数,t是磁通量的变化率(是磁通量,是磁通量的变化量) ;定律说明:的大小取决于 的大小,与 和 的大小无关;t用公式 E n 求出的是 t 时间
2、内的平均电动势;当 t 匀称变化时,求t出的平均电动势等于瞬时电动势;当 t 0时,求出的电动势才是瞬时电动势;如 仅由 B 的变化引起,就 E nS B;如 仅由 S 的变化引起,就tE nB S;t(2)导体切割磁感线产生的感应电动势的运算E B l v说明:公式中, v 是导体切割磁感线的运动速度,度, B 是被切割磁场的磁感应强度;l 是作切割磁感线运动的那部分导体的长公式 EBlv 仅适用导体各点以相同速度在匀强磁场中切割磁感线且 B、l、v 相互垂直的情形;i. 当 B、l、v 三者不相互垂直时,可将三者向相互垂直的方向投影后,代入公式运算;ii. 当切割磁感线运动的导线不是直线时
3、,可求出此导线两端在垂直于速度方向的投影值(有效长度)再代入公式运算;iii. 当一段导体绕其一端在匀强磁场中旋转对磁感线作正切割时,必需求得导体上各点的平均速度 v ,再代入公式运算;二. 重点、难点名师归纳总结 1. 磁通量、磁 通 量 的 变 化 量与磁通量的变化率t有何区分?第 1 页,共 15 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载磁通量与时刻对应,磁通量的变化量是两个时刻穿过这个面的磁通量之差,即2 1;磁通量的变化量与时间 t 2 t 1对应;磁通量的变化率是单位时间内磁通量的变化量,运算式是t;磁通量变化率的大小不是单纯
4、由磁通量的变化量打算,仍跟发生这个变化所用的时间有关,它描述的是磁通量变化的快慢,以上三个量的区分很类似于速度 v、速度变化量 v 与速度的变化率(加速度 a)v 三者的区分;t依据以上三个量的对比,可以发觉: 穿过一个平面的磁通量大,磁通量的变化不肯定大,磁通量的变化率也不肯定大;穿过一个平面的磁通量的变化量大,磁通量不肯定大,磁通量的变化率也不肯定大;穿过一个平面的磁通量的变化率大,磁通量和磁通量的变化量都不一定大;2. 怎样正确懂得公式E= nt.E(1)感应电动势E 的大小打算于穿过电路的磁通量的变化率t,而与的大小、的大小没有必定的关系,与电路的电阻R 无关;感应电流的大小与E 和回
5、路总电阻R 有关;(2)磁通量的变化率t,是t 图象上某点切线的斜率;3. 公式 Ent与EBlv 有什么区分和联系?(1)区分:一般来说,Ent求出的是 t时间内的平均感应电动势,与某段时间或某个过程相对应;EBlv 求出的是瞬时感应电动势,E 与某个时刻或某个位置相对应;另外,Ent求得的电动势是整个回路的感应电动势,而不是回路中某部分导体的电动势;整个回路的感应电动势为零时,其回路中某段导体的感应电动势不肯定为零;如下列图,正方形导线框abcd 垂直于磁感线在匀强磁场中匀速向右运动时,由于0,故整个回路的感应电动势 E 0;但是 ad 和 bc 边由于做切割磁感线运动,t仍分别产生感应电
6、动势 Ead=E bc=Blv;对整个回路来说,Ead和 Ebc方向相反,所以回路的总电动势 E0,感应电流也为零;虽然 E0,但仍存在电势差,UadU bcBlv ,相当于两个相同的电源 ad 和 bc 反接;(2) 联 系 : 公 式 n 和 公 式E B l v 是 统 一 的 ; 当 公 式 中 的t名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载t 0 时,就 E 为瞬时感应电动势,只是由于高中数学学问所限,我们现在不能这样求瞬时感应电动势;公式中的 v 如代表平均速度v,就求出的 E 为平均感应电动
7、势,实际上式中的 lv S,所以公式 E Blv B S;只是一t t般说来,用公式 E n 求平均感应电动势更便利,用公式 E Blv (vt代表瞬时速度)求瞬时感应电动势更便利;4. 产生感应电动势及感应电流的条件有何不同?不论电路是否闭合,只要穿过电路的磁通量发生变化,就会产生感应电动势;在产生感应电动势时, 假如电路是闭合的,就产生感应电流,感应电流的大小可由闭合电路欧姆定律求出;【典型例题】例 1. 如下列图,在水平面内固定两根光滑的平行金属轨道,长度 l 0.20m 的金属直导杆与轨道垂直放置在两轨道之上,导杆质量为 0.2kg,电阻 0.05 ,电路电阻 R0.15 ,其它电阻不
8、计,磁感应强度 B0.50T 的匀强磁场与导轨平面垂直,ab 导杆在水平向右的恒力 F0.2N 作用下,由静止开头运动;求:(1)分析 ab 杆运动情形(2)ab 匀速运动的速度(3)a、b 两点哪点电势高?电势差最大为多少?(4)在 F 力作用下,电路能量转化怎样进行的?(5)当 v=2m/s 时,杆的加速度多大?(6)ab 匀速运动后,如撤去拉力F,之后电阻R 上产生的焦尔热为多少?解析:( 1)在 F 恒力作用下,由静止开头加速vEB l vIErF安B I laFF安Rm当 a0,即 F安F 时,速度最大,之后匀速运动,即杆先做加速度逐步减小的加速运动后做匀速直线运动;名师归纳总结 (
9、2)当F 安BIlBRErlB Blv RmlF时m sb4m s第 3 页,共 15 页rF R r 02 . 015 0 05 匀速运动速度 v m 2 2 2 2B l 05 0 2(3)ab杆相当于电源, a 端为正极,故电势a- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - UabIRRErRBlvm学习必备欢迎下载015 V03 VR05 015024Rr0 05(4)加速过程中,外力F 做功 W,将其它形式能一部分通过克服安培力做功转化成电能(电能通过电流做功又转化成焦耳热能),同时仍增加杆的动能;E k即 WE 电能 Q匀速运动中,外力 F 做功,将其
10、它形式能完全转化为电能2E即 W I E t Q 或 Fv m IER r(5)当 v 2m/s 时F 安 B I l B B l v l 01 NR rF F 安 2a 05 m / sm(6)撤去 F,导体杆做减速运动直到停止,这一过程中,通过克服安培力做功,将动能完全转化成电能,又通过电流做功完全转化成回路焦尔热;1 2Q mv m 16 J2又 QQRQrQ R : Q r R rQQ R R 12. JR r例 2. 如下列图, MN 、PQ 是两根足够长的固定平行金属导轨,两导轨间的距离为 L,导轨平面与水平面的夹角为 ,在整个导轨平面内都有垂直于导轨平面斜向上方的匀强磁场,磁感应
11、强度为 B,在导轨的 M 、P 端连接一个阻值为 R 的电阻,一根垂直于导轨放置的金属棒 ab,质量为 m,从静止释放开头沿导轨下滑,求 ab 棒的最大速度; (要求画出 ab 棒的受力图,已知 ab 与导轨间的动摩擦因数为 ,导轨和金属棒的电阻不计)解析: 这道题考查了电磁感应规律与力学规律的综合应用;ab 下滑做切割磁感线运动,产生的感应电流方向及受力如下列图:当 ab 下滑的加速度a0 时, ab 棒的速度最大,设为v m,此时名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - EBLv m学习必备欢迎下载F B I L f
12、N mg cos2 2B L v mmg sin mg cosRmg sin cos R所以 v m 2 2B L例 3. 先后以速度 v 和 2v 匀速地把同一线圈从同一磁场中的同一位置拉出有界的匀强磁场的过程中,如下列图;那么,在先后两种情形下,以下说法正确选项()A. 线圈中感应电流的大小之比为 1:2 B. 线圈中产生的热量之比为 1:2 C. 沿运动方向作用在线圈上的外力之比为 1:2 D. 沿运动方向作用在线圈上的外力的功率之比为 1:2 E. 通过线框截面电量之比为 1:2 分析:此题是一个判定电磁感应问题与力学的综合题;在将线框匀速拉出磁场区域过程中,线框运动速度不同,因此争论
13、问题的关键就是找到题目所涉及的几个物理量和线框运动速度间的关系;BLv解析: 依据电磁感应定律 I,可见在线框中产生的感应电流与线框运动速度成R正比;而依据 Q I Rt,拉出磁场的时间为 t L,可以得出电流产生的热与线框运动速v度也是成正比的;而沿运动方向作用在线圈上的外力与磁场对电流的安培力大小相等,即FBIL2 2B L vR,可见,安培力也是与线框运动速度成正比;作用在线圈上的外力的功率就为 PFv2 2B L v2,可见外力的功率与运动速度平方成正比;R电量 q=It 即电量相同;正确答案为:ABC 说明:( 1)匀速运动中,F安F (2)外力 F 做功将能量全部转化为电能(又通过
14、电流做功全部转化为热能)2 2即 FL IEt I Rt;Fv IE I R(3)通过线框截面的电量 q It E t N 1 t NR t R R即给定回路,只要穿过回路的磁通量变化量相同,通过截面的电量也相同;例 4. 如下列图, 竖直向上的匀强磁场磁感应强度B0 0.5T,以 B/ t0.1T/s 在增加;名师归纳总结 水平导轨不计电阻和摩擦阻力,宽为0.5m;在导轨上L0.8m 处搁一导体,电阻R00.1第 5 页,共 15 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备欢迎下载R0.4 ,就经过多少时 ,并用水平细绳通过定滑轮吊着质量为M 0.
15、2kg 的重物,电阻间能吊起重物(g10m/s2)?分析: 当磁感应强度B 增大时,穿过abcd 回路的磁通量将增大,依楞次定律可判知,回路面积有缩小趋势,cd 杆受水平向左的安培力(或先判定电流方向,再用左手定就判定安培力方向) ,由于磁通量匀称增大,故回路电动势肯定,回路电流大小肯定,但由于 B 增大,故安培力随时间匀称增大,当安培力等于重力时,物体正好要离开地面;解: 回路产生电动势:EtBSBLcd0108050 04 Vtt回路电流:0 08ABIlIRER 00 040 401F安cd杆受水平向左的安培力当 F安 mg,即 BIL mg 时,物体将被吊起即Bmg021050 TIL
16、 BB0008 5005 05B49 5 TtB495s01即经过 495s 时间能吊起重物;例 5. 如下列图,水平放置的两条光滑轨道上有可自由移动的金属棒 PQ、 MN ,当 PQ在外力作用下运动时,MN 在磁场力作用下向右运动,就 PQ 所做的运动可能是()A. 向右匀加速运动B. 向左匀加速运动C. 向右匀减速运动D. 向左匀减速运动名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 解析: MN 棒中有感应电流,学习必备欢迎下载由左手定就可判定出MN 中电受安培力作用而向右运动,流的方向是由 M 流至 N,此电流在 L 1
17、 中产生磁场的方向是向上的;如 PQ 向右运动,由右手定就及安培定就可知 L2产生磁场的方向也是向上的;由于 L 1产生的磁场方向与 L 2产生磁场的方向相同,可知 L 2 产生磁场的磁通量是削减的,故 PQ 棒做的是向右的匀减速运动,C 选项是可能的;如 PQ 棒向左运动,就它产生的感应电流在 L2中产生的磁场是向下的,与 L 1产生的磁场方向是相反的,由楞次定律可知 L 2 中的磁场是增强的,故 PQ 棒做的是向左的匀加速运动; B 选项是可能的;答案: BC 说明: 此题也可以这样做:假设 PQ 杆向右做匀加速运动,就 PQ 中电流方向由 QP,且逐步增大,故 L1 中磁场方向向上,且磁
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