2019-2020年高考物理一輪復習 4.2 法拉第電磁感應電律導學案 新人教版選修3-2.doc

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選修3-2 xx屆桃州中學高三物理導學案 第四章 電磁感應 2019-2020年高考物理一輪復習 4.2 法拉第電磁感應電律導學案 新人教版選修3-2 【學習目標】 1．知道法拉第電磁感應定律的內容及表達式，并會進行有關的計算． 2．會用公式進行計算 【知識要點】 一、感應電動勢 1．概念：在 中產生的電動勢． (1)感生電動勢：由于磁場的變化而激發(fā)出感生電場，由感生電場而產生的感應電動勢． (2)動生電動勢：由于導體在磁場中運動而產生的感應電動勢． 2．條件：無論電路是否閉合，只要穿過電路的 發(fā)生變化，電路中就一定有感應電動勢． 3．方向：產生感應電動勢的那部分導體就相當于 ，導體的電阻相當于 ，其中電流方向由低電勢指向高電勢． 4．與感應電流的關系：遵守 歐姆定律，即I＝ . 二、法拉第電磁感應定律 1．法拉第電磁感應定律 (1)內容：電路中感應電動勢的大小，跟穿過這一電路的 成正比． (2)公式：E＝ .其中n為線圈的 ． 2．導體切割磁感線的情形 (1)常用情況：運動速度v和磁感線方向垂直，則E＝ . (2)導體棒在磁場中轉動 導體棒以端點為軸，在勻強磁場中垂直于磁感線方向勻速轉動產生感應電動勢E＝Bl＝ (平均速度等于中點位置線速度，即＝ )． 【典型例題】 一、基本概念 【例題1】．如圖所示的幾種情況中，金屬導體中產生的感應電動勢為BLv的是(　　) A．乙和丁 B．甲、乙、丁 C．甲、乙、丙、丁 D．只有乙 【變式訓練1】．一閉合線圈，放在隨時間均勻變化的磁場中，線圈平面和磁場方向垂直，若想使線圈中感應電流增強一倍，下列方法可行的是(　　) A．使線圈匝數(shù)增加一倍 B．使線圈面積增加一倍 C．使線圈匝數(shù)減少一半 D．使磁感應強度的變化率增大一倍 【例題2】．如圖所示，面積為0.2 m2的100匝 線圈處在勻強磁場中，磁場方向垂直于線圈平面．已知磁感應強度隨時間變化的規(guī)律為B＝(2＋0.2t)T，定值電阻R1＝6 Ω，線圈電阻R2＝4 Ω，求a、b兩點間的電壓Uab. 二、對法拉第電磁感應定律的理解 【例題3】半徑為a的圓形區(qū)域內有均勻磁場，磁感應強度為B＝0.2 T，磁場方向垂直紙面向里，半徑為b的金屬圓環(huán)與磁場同心地放置，磁場與環(huán)面垂直，其中a＝0.4 m，b＝0.6 m，金屬環(huán)上分別接有燈L1、L2，兩燈的電阻均為R0＝2 Ω，一金屬棒MN與金屬環(huán)接觸良好，棒與環(huán)的電阻均忽略不計． (1)若棒以v0＝5 m/s的速率在環(huán)上向右勻速滑動，求棒滑動到圓環(huán)直徑OO′的瞬時(如圖所示)，MN中的電動勢和流過燈L1的電流． (2)撤去中間的金屬棒MN，將右面的半圓環(huán)OL2O′以OO′為軸向上翻轉90，若此時磁場隨時間均勻變化，其變化率為＝ T/s，求L2的功率． 【例題4】金屬桿MN和PQ間距為l，MP間接有電阻R，磁場如圖所示，磁感應強度為B，金屬棒AB長為2l，由圖示位置以A為軸，以角速度ω勻速轉過90(順時針)．求該過程中(其他電阻不計)： (1)R上的最大電功率． (2)通過R的電荷量． 【變式訓練2】如圖所示，磁感應強度為B的勻強磁場垂直于豎直平面內的形框，水平導體棒MN可沿兩側足夠長的光滑導軌下滑而不分離，除R外，裝置的其余部分電阻都可忽略不計，將MN無初速度釋放，要使電流穩(wěn)定后R的熱功率變?yōu)樵瓉淼膬杀?，在其他條件不變的情況下，可以采用的辦法有(　　) A．MN質量不變，形框寬度減為原來的 B．電阻R變?yōu)樵瓉淼囊话? C．磁感應強度B變?yōu)樵瓉淼谋? D．MN質量增加為原來的2倍 【能力訓練】 1．(xx廣東理綜)將閉合多匝線圈置于僅隨時間變化的磁場中，線圈平面與磁場方向垂直，關于線圈中產生的感應電動勢和感應電流，下列表述正確的是(　　) A．感應電動勢的大小與線圈的匝數(shù)無關 B．穿過線圈的磁通量越大，感應電動勢越大 C．穿過線圈的磁通量變化越快，感應電動勢越大 D．感應電流產生的磁場方向與原磁場方向始終相同 2.穿過某線圈的磁通量隨時間變化的關系如圖所示，在下列幾段時間內，線圈中感應電動勢最小的是(　　) A．0～2 s B．2～4 s C．4～5 s D．5～10 s 3.如圖所示，用一根橫截面積為S的硬導線做成一個半徑為r的圓環(huán)，把圓環(huán)部分置于均勻變化的勻強磁場中，磁場方向垂直紙面向里，磁感應強度大小隨時間的變化率＝k(k>0)，ab為圓環(huán)的一條直徑，導線的電阻率為ρ.則(　　) A．圓環(huán)中產生順時針方向的感應電流 B．圓環(huán)具有擴張的趨勢 C．圓環(huán)中感應電流的大小為 D．圖中ab兩點間的電壓大小為kπr2 4.如圖所示，平行導軌間距為d，一端跨接一個電阻R.勻強磁場的磁感應強度為B，方向垂直于平行金屬導軌所在平面．一根金屬棒與導軌成θ角放置，金屬棒與導軌的電阻均不計．當金屬棒沿垂直于棒的方向以恒定的速度v在金屬導軌上滑行時，通過電阻R的電流強度是(　　) A. B. C. D. 5．如圖所示，在寬為0.5 m的平行導軌上垂直導軌放置一個有效電阻為r＝0.6 Ω的直導體棒ab，在導軌的兩端分別連接兩個電阻R1＝4 Ω、R2＝6 Ω，其他電阻不計．整個裝置處在垂直導軌平面向里的勻強磁場中，如圖所示，磁感應強度B＝0.1 T．當直導體棒在導軌上以v＝6 m/s的速度向右運動時，求：直導體棒兩端的電壓和流過電阻R1和R2的電流大小 6.(xx浙江理綜)如圖甲所示，在水平面上固定有長為L＝2 m、寬為d＝1 m的金屬“U”型導軌，在“U”型導軌右側l＝0.5 m范圍內存在垂直紙面向里的勻強磁場，且磁感應強度隨時間變化規(guī)律如圖乙所示．在t＝0時刻，質量為m＝0.1 kg的導體棒以v0＝1 m/s的初速度從導軌的左端開始向右運動，導體棒與導軌之間的動摩擦因數(shù)為μ＝0.1，導軌與導體棒單位長度的電阻均為λ＝0.1 Ω/m，不計導體棒與導軌之間的接觸電阻及地球磁場的影響(取g＝10 m/s2)． (1)通過計算分析4 s內導體棒的運動情況； (2)計算4 s內回路中電流的大小，并判斷電流方向； (3)計算4 s內回路產生的焦耳熱． 例題答案： 1. 答案 B 解析　　公式E＝BLv中的L應指導體的有效切割長度，甲、乙、丁中的有效長度均為L，電動勢E＝BLv，而丙的有效長度為Lsin θ，電動勢E＝BLvsin θ，故B項正確． 變式1：解析　D　根據(jù)：E＝n＝n可知線圈匝數(shù)增加一倍或線圈橫截面積增加一倍或磁感應強度的變化率增大一倍時，線圈中感應電動勢增大一倍，若匝數(shù)增加一倍，則電阻也增加一倍，電流不變，A項錯．同理C項中電流也不變，C項錯．B項中電阻增大到原來的倍，故B項錯． 2. 解析　由法拉第電磁感應定律 E＝n＝nS.由題意：＝0.2 T/s，n＝100， S＝0.2 m2，可得：E＝4 V. 回路中線圈為電源，R1為外電阻，|Uab|＝E. 由楞次定律得a點電勢高于b點電勢，所以Uab＝2.4 V. 3. 【答案】　(1)0.8 V　0.4 A　(2)1.2810－2 W 解析　(1)棒滑過圓環(huán)直徑OO′的瞬時，MN中的電動勢 E1＝B2av0＝0.20.85 V＝0.8 V 等效電路如圖所示，流過燈L1的電流I1＝＝0.4 A (2)撤去中間的金屬棒MN，將右面的半圓環(huán)OL2O′以OO′為軸向上翻轉90，感應電動勢E2＝＝＝ V＝0.32 V L2的功率P2＝＝＝1.2810－2 W. 4. 【答案】　(1)　(2) 解析　AB轉動切割磁感線，且切割長度由l增至2l以后AB離開MN，電路斷開． (1)當B端恰至MN上時，E最大． Em＝B2l＝2Bωl2， PRm＝＝. (2)AB由初位置轉至B端恰在MN上的過程中 ΔΦ＝Bl2lsin 60＝Bl2 q＝Δt＝＝. 變式2. 【答案】　A 【正確解答】　導體棒下滑，電流穩(wěn)定后R的熱功率為：P＝，mg＝，當形框寬度減為原來的，速度變?yōu)樵瓉淼?倍時，功率才變?yōu)樵瓉淼?倍，A正確；電阻R變?yōu)樵瓉淼囊话耄瑒t速度變?yōu)樵瓉淼囊话?，功率變?yōu)樵瓉淼?/2，B錯誤；磁感應強度B變?yōu)樵瓉淼谋?，速度變?yōu)樵瓉淼?/2，功率變?yōu)樵瓉淼?/2，C錯誤；MN質量增加為原來的2倍，速度變?yōu)樵瓉淼?倍，功率變?yōu)樵瓉淼?倍，D錯誤． 能力訓練答案 1. C　 解析　根據(jù)法拉第電磁感應定律可知感應電動勢的大小與磁通量的變化率成正比，即磁通量變化越快，感應電動勢越大，C項正確；根據(jù)楞次定律可知，當原磁場減小時，感應電流的磁場才與其方向相同，D項錯誤． 2. D 解析　圖象斜率越小，表明磁通量的變化率越小，感應電動勢也就越?。? 3. 解析　C　由于磁感應強度越來越大，由楞次定律可得，圓環(huán)具有收縮的趨勢，產生逆時針方向的感應電流；ab段相當于電源，產生感應電動勢大小E＝＝πr2＝kπr2，線路中總電阻R＝ρ，I＝＝，ab兩點間電壓大小為I＝kπr2，選項C正確． 4. 解析　D　電流強度應等于感應電動勢除以電阻R.問題在于感應電動勢應如何計算．由于這里有明顯的金屬切割磁感線的運動，故不妨用E＝Blv的辦法計算． 能夠引起感應電流的電動勢是MN間產生的電動勢，所以有效切割長度應為，而用已知參數(shù)表示應為.所以有效切割長度l＝，解得E＝Blv＝，I＝＝，所以選項D正確. 5. 【答案】　0.24 V　0.06 A　0.04 A 解析　本題可由法拉第電磁感應定律直接求感應電動勢，然后根據(jù)等效電路，由歐姆定律計算電流大?。深}意可畫出如圖所示的電路圖，則感應電動勢E＝BLv＝0.10.56 V＝0.3 V．R外＝＝2.4 Ω， Uab＝＝ V＝0.24 V， I1＝＝0.06 A，I2＝＝0.04 A. 6. 【答案】　(1)見解析 (2)0.2 A　沿順時針方向　(3)0.04 J 【解析】　(1)導體棒先在無磁場區(qū)域做勻減速運動，有－μmg＝ma，vt＝v0＋at　x＝v0t＋at2 代入數(shù)據(jù)解得：t＝1 s，x＝0.5 m，導體棒沒有進入磁場區(qū)域． 導體棒在1 s末已停止運動，以后一直保持靜止(因為不受安培力)，離左端位置仍為x＝0.5 m. (2)前2 s磁通量不變，回路電動勢和電流分別為 E＝0，I＝0 后2 s回路產生的電動勢為 E＝＝ld＝0.1 V 回路的總長度為5 m，因此回路的總電阻為 R＝5λ＝0.5 Ω 電流為I＝＝0.2 A 根據(jù)楞次定律，回路中電流是順時針的． (3)后2 s內有恒定電流，焦耳熱為 Q＝I2Rt＝0.04 J