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2018-2019版人教版高中物理新导学笔记选修3-2江苏专用版名师制作精品讲义:第四章 电磁感应 5 Word版含答案.docx

2018-2019版人教版高中物理新导学笔记选修3-2江苏专用…

MR杨
2019-03-20 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《2018-2019版人教版高中物理新导学笔记选修3-2江苏专用版名师制作精品讲义:第四章 电磁感应 5 Word版含答案docx》,可适用于高中教育领域

helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip名校名师推荐helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 电磁感应现象的两类情况学习目标 知道感生电动势产生的原因会判断感生电动势的方向并会计算它的大小了解动生电动势产生的原因会判断动生电动势的方向并会计算它的大小知道公式E=n与E=Blv的区别和联系一、感生电场的产生麦克斯韦在他的电磁理论中指出:变化的磁场能在周围空间激发电场这种电场叫感生电场二、感生电动势的产生由感生电场产生的电动势叫感生电动势感生电动势大小:E=n方向判断:由楞次定律和右手螺旋定则判定三、动生电动势的产生由于导体运动产生的电动势叫动生电动势动生电动势大小:E=Blv(B的方向与v的方向垂直)方向判断:右手定则即学即用判断下列说法的正误()感生电场的电场线是闭合的( radic )()只要磁场变化即使没有电路在空间也将产生感生电场( radic )()处于变化磁场中的导体其内部自由电荷定向移动是由于受到感生电场的作用( radic )研究表明地球磁场对鸽子识别方向起着重要作用在北半球若某处地磁场磁感应强度的竖直分量约为times-T鸽子以ms的速度水平滑翔鸽子两翅展开可达cm左右则可估算出两翅之间产生的动生电动势约为V(填ldquo左rdquo或ldquo右rdquo)侧电势高答案 times- 左一、电磁感应中的感生电场和感生电动势导学探究 如图所示B增强那么就会在空间激发一个感生电场E如果E处空间存在闭合导体导体中的自由电荷就会在电场力的作用下定向移动而产生感应电流图()感生电场的方向与感应电流的方向有什么关系?如何判断感生电场的方向?()上述情况下哪种作用扮演了非静电力的角色?答案 ()感应电流的方向与正电荷定向移动的方向相同感生电场的方向与正电荷受力的方向相同因此感生电场的方向与感应电流的方向相同感生电场的方向可以用楞次定律来判定()感生电场对自由电荷的作用知识深化变化的磁场周围产生感生电场与闭合电路是否存在无关如果在变化的磁场中放一个闭合电路自由电荷在感生电场的作用下发生定向移动感生电场可用电场线形象描述感生电场是一种涡旋电场电场线是闭合的而静电场的电场线不闭合例 (多选)某空间出现了如图所示的一组闭合的电场线这可能是(  )图A沿AB方向的磁场在迅速减弱B沿AB方向的磁场在迅速增强C沿BA方向的磁场在迅速增强D沿BA方向的磁场在迅速减弱答案 AC闭合回路(可假定其存在)的感应电流方向就表示感生电场的方向判断思路如下:假设存在垂直磁场方向的环形回路rarr回路中的磁通量的变化回路中感应电流的方向―rarr感生电场的方向二、电磁感应中的动生电场和动生电动势导学探究 如图所示导体棒CD在匀强磁场中运动图()自由电荷会随着导体棒运动并因此受到洛伦兹力导体棒中的自由电荷受到的洛伦兹力方向如何?(为了方便可以认为导体中的自由电荷是正电荷)()若导体棒一直运动下去自由电荷是否总会沿着导体棒一直运动下去?为什么?()导体棒哪端电势比较高?如果用导线把C、D两端连到磁场外的一个用电器上导体棒中电流是沿什么方向的?答案 ()导体棒中自由电荷(正电荷)具有水平方向的速度由左手定则可判断自由电荷受到沿棒向上的洛伦兹力作用()自由电荷不会一直运动下去因为C、D两端聚集电荷越来越多在CD棒间产生的电场越来越强当电场力等于洛伦兹力时自由电荷不再定向运动()C端电势较高导体棒中电流是由D到C的例 如图所示边长为L的正方形线圈与足够大的匀强磁场垂直磁感应强度为B当线圈按图示方向以速度v垂直B运动时下列判断正确的是(  )图A线圈中无电流phia=phib=phic=phidB线圈中无电流phia>phib=phid>phicC线圈中有电流phia=phib=phic=phidD线圈中有电流phia>phib=phid>phic答案 B解析 线圈在运动过程中穿过线圈的磁通量不变所以在线圈中不会产生感应电流C、D错误导线两端有电势差根据右手定则可知A错误B正确三、E=n和E=Blv的比较应用E=nE=Blv区别研究对象整个闭合回路回路中做切割磁感线运动的那部分导体适用范围各种电磁感应现象只适用于导体切割磁感线运动的情况计算结果Deltat内的平均感应电动势某一时刻的瞬时感应电动势联系E=Blv是由E=n在一定条件下推导出来的该公式可看做法拉第电磁感应定律的一个推论例 如图所示导轨OM和ON都在纸面内导体AB可在导轨上无摩擦滑动ABperpON若AB以ms的速度从O点开始沿导轨匀速右滑导体与导轨都足够长磁场的磁感应强度为T问:图()s末夹在导轨间的导体长度是多少?此时导体切割磁感线产生的感应电动势多大?()s内回路中的磁通量变化了多少?此过程中的平均感应电动势为多少?答案 ()m V ()Wb V解析 ()夹在导轨间的部分导体切割磁感线产生的电动势才是电路中的感应电动势s末夹在导轨间导体的长度为:l=vtmiddottandeg=timestimestandegm=m此时:E=Blv=timestimesV=V()s内回路中磁通量的变化量DeltaPhi=BS-=timestimestimesWb=Wbs内电路中产生的平均感应电动势为:==V=V四、导体棒转动切割产生感应电动势的计算例 长为l的金属棒ab以a点为轴在垂直于匀强磁场的平面内以角速度omega匀速转动如图所示磁感应强度为B求:图()ab棒的平均速率()金属棒ab两端的电势差()经时间Deltat金属棒ab所扫过面积中通过的磁通量为多少?此过程中平均感应电动势多大?答案 ()omegal ()Blomega ()BlomegaDeltat Blomega解析 ()ab棒的平均速率===omegal()ab两端的电势差:E=Bl=Blomega()经时间Deltat金属棒ab所扫过的扇形面积DeltaS=ltheta=lomegaDeltatDeltaPhi=BDeltaS=BlomegaDeltat由法拉第电磁感应定律得:===Blomega导体转动切割磁感线:图当导体棒在垂直于磁场的平面内其一端固定以角速度omega匀速转动时产生的感应电动势为E=Bl=Blomega如图所示若圆盘在磁场中以角速度omega绕圆心匀速转动时如图所示相当于无数根ldquo辐条rdquo转动切割它们之间相当于电源的并联结构圆盘上的感应电动势为E=Br=Bromega图(感生电场和感生电动势)如图所示在一水平光滑绝缘塑料板上有一环形凹槽有一质量为m、电荷量为q的带正电小球在槽内沿顺时针方向做匀速圆周运动现加一竖直向上的均匀变化的匀强磁场则(  )图A小球速度变大B小球速度变小C小球速度不变D小球速度可能变大也可能变小答案 D解析 磁场的变化使空间内产生感生电场但没有说明磁场是变大还是变小所以产生的感生电场的方向可能与小球运动方向相同也可能相反D项正确(感生电场和感生电动势)如图甲所示线圈总电阻r=Omega匝数n=其端点a、b与R=Omega的电阻相连线圈内磁通量变化规律如图乙所示关于a、b两点电势phia、phib及两点电势差Uab正确的是(  )图AphiaphibUab=VBphiaphibUab=-VCphiaphibUab=-VDphiaphibUab=V答案 A解析 从题图乙可知线圈内的磁通量是增大的根据楞次定律感应电流产生的磁场跟原磁场方向相反即感应电流产生的磁场方向为垂直纸面向外根据右手螺旋定则可知线圈中感应电流的方向为逆时针方向在回路中线圈相当于电源由于电流的方向是逆时针方向所以a相当于电源的正极b相当于电源的负极所以a点的电势大于b点的电势根据法拉第电磁感应定律得:E==timesV=VI==A=Aa、b两点的电势差相当于电路中的路端电压所以Uab=IR=V故A正确(转动切割产生的动生电动势)如图所示直角三角形金属框abc放置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omega逆时针转动时a、b、c三点的电势分别为phia、phib、phic已知bc边的长度为l下列判断正确的是(  )图Aphia>phic金属框中无电流Bphib>phic金属框中电流方向沿abcaCUbc=-Blomega金属框中无电流DUac=Blomega金属框中电流方向沿acba答案 C解析 金属框abc平面与磁场方向平行转动过程中磁通量始终为零所以无感应电流产生选项B、D错误转动过程中bc边和ac边均切割磁感线产生感应电动势由右手定则判断phiaphicphibphic选项A错误由转动切割产生感应电动势得Ubc=-Blomega选项C正确(平动切割产生的动生电动势)(多选)如图所示三角形金属导轨EOF上放有一金属杆AB在外力作用下使AB保持与OF垂直从O点开始以速度v匀速右移该导轨与金属杆均由粗细相同的同种金属制成则下列判断正确的是(  )图A电路中的感应电流大小不变B电路中的感应电动势大小不变C电路中的感应电动势逐渐增大D电路中的感应电流逐渐减小答案 AC解析 设金属杆从O点开始运动到如题图所示位置所经历的时间为tangEOF=theta金属杆切割磁感线的有效长度为L故E=BLv=Bvmiddotvttantheta=Bvtanthetamiddott即电路中感应电动势的大小与时间成正比C选项正确电路中感应电流I==而l为闭合三角形的周长即l=vt+vtmiddottantheta+=vt(+tantheta+)所以I=是恒量所以A正确一、选择题考点一 感生电场和感生电动势(多选)在空间某处存在一变化的磁场则(  )A在磁场中放一闭合线圈线圈中一定会产生感应电流B在磁场中放一闭合线圈线圈中不一定会产生感应电流C在磁场中不放闭合线圈在变化的磁场周围一定不会产生电场D在磁场中不放闭合线圈在变化的磁场周围一定会产生电场答案 BD解析 由感应电流产生的条件可知只有闭合回路中的磁通量发生改变才能产生感应电流如果闭合线圈平面与磁场方向平行则线圈中无感应电流产生故A错B对感生电场的产生与变化的磁场周围有无闭合回路无关故C错D对英国物理学家麦克斯韦认为磁场变化时会在空间激发感生电场如图所示一个半径为r的绝缘光滑细圆环水平放置环内存在竖直向上的匀强磁场B环上套一带电荷量为+q的小球已知磁感应强度B随时间均匀增加其变化率为k若小球在环上运动一周则感生电场对小球的作用力所做功的大小是(  )图ABrqkCpirqkDpirqk答案 D解析 根据法拉第电磁感应定律可知磁场变化产生的感生电动势为E=pir=kpir小球在环上运动一周则感生电场对小球的作用力所做功的大小W=qE=pirqk故选项D正确(多选)(middot清江中学周练)如图甲在虚线所示的区域有垂直纸面向里的匀强磁场磁场变化规律如图乙所示纸面内有一面积为S的单匝金属线框处在磁场中线框与电阻R相连若金属线框的电阻为下列说法正确的是(  )图A流过电阻R的感应电流由a到bB线框cd边受到的安培力方向向上C感应电动势大小为Dab间电压大小为答案 AD解析 穿过线框的磁通量在增大根据楞次定律可得感应电流为逆时针故流过电阻R的感应电流由a到bA正确电流是从c到d根据左手定则可得线框cd边受到的安培力方向向下B错误根据法拉第电磁感应定律可得E==根据闭合电路欧姆定律可得ab间电压大小为U=E=故C错误D正确如图所示两块水平放置的金属板间距离为d用导线与一个n匝的线圈连接线圈置于方向竖直向上的磁场B中两板间有一个质量为m、电荷量为+q的油滴恰好处于平衡状态则线圈中的磁场B的变化情况和磁通量的变化率的大小分别是(  )图A正在增强=B正在减弱=C正在减弱=D正在增强=答案 B解析 电荷量为q的带正电的油滴恰好处于平衡状态所受的电场力方向竖直向上则电容器的下极板带正电所以线圈下端相当于电源的正极根据安培定则和楞次定律可得穿过线圈的磁通量在均匀减弱线圈产生的感应电动势:E=n油滴所受电场力:F=q对油滴根据平衡条件得:q=mg所以线圈中磁通量的变化率的大小为=故B正确如图甲所示矩形导线框abcd固定在变化的磁场中产生了如图乙所示的电流(电流方向沿abcda为正方向)若规定垂直纸面向里的方向为磁场的正方向能够产生如图乙所示电流的磁场为(  )图答案 D解析 由题图乙可知~t内线框中电流的大小与方向都不变根据法拉第电磁感应定律可知线框中磁通量的变化率不变故~t内磁感应强度与时间的关系图线是一条倾斜的直线A、B错又由于~t时间内电流的方向为正即沿abcda方向由楞次定律可知电路中感应电流的磁场方向垂直纸面向里故~t内原磁场垂直纸面向里减小或垂直纸面向外增大C错D对考点二 动生电动势如图所示导体AB在做切割磁感线运动时将产生一个感应电动势因而在电路中有电流通过下列说法中正确的是(  )图A因导体运动而产生的感应电动势称为动生电动势B动生电动势的产生与洛伦兹力无关C动生电动势的产生与电场力有关D动生电动势和感生电动势产生的原因是一样的答案 A(middot南通、扬州、泰州、淮安四市第三次模拟考试)法拉第发明了世界上第一台发电机如图所示圆形金属盘安置在电磁铁的两个磁极之间两电刷M、N分别与盘的边缘和中心点接触良好且与灵敏电流计相连金属盘绕中心轴沿图示方向转动则(  )图A电刷M的电势高于电刷N的电势B若只将电刷M移近N电流计的示数变大C若只提高金属盘转速电流计的示数变大D若只将变阻器滑片向左滑动电流计的示数变大答案 C解析 由电流的流向根据安培定则可知蹄形磁铁的左端为N极右端为S极两磁极间的磁场方向向右根据金属盘的转动方向结合右手定则可以判断电刷N的电势高于电刷M的电势A错误若只将电刷M移近N则电路中的电动势减小电流计的示数减小B错误若只提高金属盘的转速则金属盘中产生的电动势增大电流计的示数增大C正确若将变阻器滑片向左滑动滑动变阻器接入电路的电阻增大则电磁铁中的电流减小两磁极间的磁感应强度减小圆盘中产生的电动势减小电流计的示数减小D错误如图所示导体棒AB的长为R绕O点以角速度omega匀速转动OB长为R且O、B、A三点在一条直线上有一磁感应强度为B的匀强磁场充满转动平面且与转动平面垂直那么AB两端的电势差大小为(  )图ABomegaRBBomegaRCBomegaRDBomegaR答案 C解析 A点线速度vA=omegamiddotRB点线速度vB=omegaRAB棒切割磁感线的平均速度==omegaR由E=Blv得AB两端的电势差大小为E=BmiddotRmiddot=BomegaRC正确如图所示等腰直角三角形OPQ区域内存在匀强磁场另有一等腰直角三角形导线框abc以恒定的速度v沿垂直于磁场方向穿过磁场穿越过程中速度方向始终与ab边垂直且保持ac平行于OQ关于线框中的感应电流以下说法正确的是(  )图A开始进入磁场时感应电流最小B开始穿出磁场时感应电流最大C开始进入磁场时感应电流沿顺时针方向D开始穿出磁场时感应电流沿顺时针方向答案 D解析 线框中感应电流的大小正比于感应电动势的大小又感应电动势E=BL有vL有指切割磁感线部分两端点连线在垂直于速度方向上的投影长度故开始进入磁场时感应电流最大开始穿出磁场时感应电流最小选项A、B错误感应电流的方向可以用楞次定律判断可知选项D正确C错误考点三 E=n与E=Blv的比较应用(多选)如图所示一导线弯成半径为a的半圆形闭合回路虚线MN右侧有磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直于回路所在的平面回路以速度v向右匀速进入磁场直径CD始终与MN垂直从D点到达边界开始到C点进入磁场为止下列说法正确的是(  )图A感应电流方向不变BCD段直导线始终不受安培力C感应电动势最大值Em=BavD感应电动势平均值=piBav答案 ACD解析 在闭合回路进入磁场的过程中通过闭合回路的磁通量逐渐增大根据楞次定律可知感应电流的方向始终为逆时针方向A正确根据左手定则可判断CD段受到的安培力方向向下B不正确当半圆形闭合回路一半进入磁场时有效切割长度最大为a所以感应电动势最大值Em=BavC正确感应电动势平均值==piBavD正确如图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B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omega匀速转动半周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变化的变化率的大小应为(  )图ABCD答案 C解析 设半圆的半径为L电阻为R当线框以角速度omega匀速转动时产生的感应电动势E=BomegaL当线框不动而磁感应强度随时间线性变化时E=piLmiddot由=得BomegaL=piLmiddot即=故C项正确二、非选择题(公式E=n和E=Blv的比较应用)如图甲所示固定在水平面上电阻不计的光滑金属导轨间距d=m右端接一阻值为Omega的小灯泡L在CDEF矩形区域内有竖直向上的匀强磁场磁感应强度B按如图乙所示规律变化CF长为m在t=时金属棒ab从图示位置由静止在恒力F作用下向右运动到EF位置整个过程中小灯泡亮度始终不变已知金属棒ab电阻为Omega求:图()通过小灯泡的电流()恒力F的大小()金属棒的质量答案 ()A ()N ()kg解析 ()金属棒未进入磁场时电路的总电阻R总=RL+Rab=Omega回路中感应电动势为:E==S=V灯泡中的电流为IL==A()因灯泡亮度始终不变故在t=s末时金属棒刚好进入磁场且做匀速运动此时金属棒中的电流I=IL=A金属棒受到的恒力大小:F=F安=BId=N()因灯泡亮度始终不变金属棒在磁场中运动时产生的感应电动势为E=E=V金属棒在磁场中匀速运动的速度v==ms金属棒未进入磁场时的加速度为a==ms故金属棒的质量为m==kg(感生电动势的有关计算)如图所示固定在水平桌面上的金属框架edcf处在竖直向下的匀强磁场中金属棒ab在框架上可无摩擦滑动此时adcb构成一个边长为l的正方形金属棒的电阻为r其余部分电阻不计开始时磁感应强度为B图()若从t=时刻起磁感应强度均匀增加每秒增量为k同时保持金属棒静止求金属棒中的感应电流在图上标出感应电流的方向()在上述()情况中始终保持金属棒静止当t=t时需加的垂直于金属棒的水平拉力为多大?()若从t=时刻起磁感应强度逐渐减小当金属棒以恒定速度v向右做匀速运动时可使金属棒中不产生感应电流则磁感应强度应怎样随时间变化(写出B与t的关系式)答案 () 见解析图 ()(B+kt)()B=解析 ()感应电动势E==kl感应电流I==由楞次定律可判定感应电流方向为逆时针方向如图所示()t=t时B=B+kt金属棒受到的安培力F安=BIl则金属棒受到的水平拉力F=F安=(B+kt)()要使金属棒中不产生感应电流则应保持总磁通量不变即Bl(l+vt)=Bl所以B=

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