高三物理第一轮复习教学案电磁感应原创的Word格式.docx
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3.如图所示装置中,cd杆原来静止。
当ab杆做如下那些运动时,cd杆将向右移动?
【 】
A.向右匀速运动B.向右加速运动
C.向左加速运动D.向左减速运动
4.如图所示,O1O2是矩形导线框abcd的对称轴,其左方有匀强磁场。
以下哪些情况下abcd中有感应电流产生?
方向如何?
A.将abcd向纸外平移B.将abcd向右平移
C.将abcd以ab为轴转动60°
D.将abcd以cd为轴转动60°
5.如图所示,有两个同心导体圆环。
内环中通有顺时针方向的电流,外环中原来无电流。
当内环中电流逐渐增大时,外环中有无感应电流?
6.如图所示,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的过程中,导体环中的感应电流方向如何?
7.如图所示,当磁铁绕O1O2轴匀速转动时,矩形导线框(不考虑重力)将如何运动?
8.如图所示,水平面上有两根平行导轨,上面放两根金属棒a、b。
当条形磁铁如图向下移动时(不到达导轨平面),a、b将如何移动?
9.如图所示,绝缘水平面上有两个离得很近的导体环a、b。
将条形磁铁沿它们的正中向下移动(不到达该平面),a、b将如何移动?
10.如图所示,在条形磁铁从图示位置绕O1O2轴转动90°
的过程中,放在导轨右端附近的金属棒ab将如何移动?
11.如图所示,用丝线悬挂闭合金属环,悬于O点,虚线左边有匀强磁场,右边没有磁场。
金属环的摆动会很快停下来。
试解释这一现象。
若整个空间都有向外的匀强磁场,会有这种现象吗?
12.如图所示是生产中常用的一种延时继电器的示意图。
铁芯上有两个线圈A和B。
线圈A跟电源连接,线圈B的两端接在一起,构成一个闭合电路。
在拉开开关S的时候,弹簧k并不能立即将衔铁D拉起,从而使触头C(连接工作电路)立即离开,过一段时间后触头C才能离开;
延时继电器就是这样得名的。
试说明这种继电器的工作原理。
第二课时:
法拉第电磁感应定律自感现象
1.法拉第电磁感应定律:
(1)内容:
电路中感应电动势的大小,跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。
(2)表达式:
,在国际单位制中k=1,所以有
。
n匝线圈有
2.直导线垂直切割磁感线运动产生的感应电动势大小:
E=BLv(垂直切割)
3.自感现象:
1.如图所示,长L1宽L2的矩形线圈电阻为R,处于磁感应强度为B的匀强磁场边缘,线圈与磁感线垂直。
求:
将线圈以向右的速度v匀速拉出磁场的过程中,⑴拉力F大小;
⑵拉力的功率P;
⑶拉力做的功W;
⑷线圈中产生的电热Q;
⑸通过线圈某一截面的电荷量q。
2.如图所示是一种测量通电螺线管中磁场的装置,把一个很小的测量线圈A放在待测处,线圈与测量电量的冲击电流计G串联,当用双刀双掷开关S使螺线管的电流反向时,测量线圈中就产生感应电动势,从而引起电荷的迁移,由表G测出电量Q,就可以算出线圈所在处的磁感应强度B。
已知测量线圈共有N匝,直径为d,它和表G串联电路的总电阻为R,则被测处的磁感强度B为多大?
3.如图所示的电路中,电源电动势E=6V,内电阻不计,L1、L2两灯均标有“6V,0.3A”,电阻R与电感线圈的直流电阻RL阻值相等,均为20Ω.试分析:
S闭合和断开的瞬间,求L1、L2两灯的亮度变化。
4.如图所示的电路中,A1和A2是完全相同的灯泡,线圈L的电阻可以忽略不计,下列说法中正确的是:
【】
A.合上开关S接通电路时,A2先亮A1后亮,最后一样亮
B.合上开关S接通电路时,A1和A2始终一样亮
C.断开开关S切断电路时,A2立即熄灭,A1过一会熄灭
D.断开开关S切断电路时,A1和A2都要过一会才熄灭
三、巩固练习:
1.如图所示,闭合导线框的质量可以忽略不计,将它从如图所示的位置匀速拉出匀强磁场。
若第一次用0.3s时间拉出,外力所做的功为W1,通过导线截面的电量为q1;
第二次用0.9s时间拉出,外力所做的功为W2,通过导线截面的电量为q2,则:
A.W1<W2,q1<
q2B.W1<W2,q1=q2
C.W1>W2,q1=q2D.W1>W2,q1>
q2
2.日光灯在正常工作的情况下,则:
A.灯管两端的灯丝跟镇流器、开关都是串联的
B.灯管在开始点然时,需要一个很高的瞬时电压,可通过使用镇流器来达到这个要求
C.灯管点燃发光后,镇流器不再起作用
D.灯管在点燃发光后,启动器的两个触片是分离的,启动器不再起作用
3.如图所示,电阻R和电感线圈L的值都较大,电感线圈的电阻不计,A、B是两只完全相同的灯泡,当开关S闭合时,下面能发生的情况是:
【 】
A.B比A先亮,然后B熄灭
B.A比B先亮,然后A熄灭
C.A、B一起亮,然后A熄灭
D.A、B一起亮,然后B熄灭
4.如图所示,U形导线框固定在水平面上,右端放有质量为m的金属棒ab,ab与导轨间的动摩擦因数为μ,它们围成的矩形边长分别为L1、L2,回路的总电阻为R。
从t=0时刻起,在竖直向上方向加一个随时间均匀变化的匀强磁场B=kt,(k>
0)那么在t为多大时,金属棒开始移动?
5.如图所示,圆环a和b的半径之比R1∶R2=2∶1,且是粗细相同,用同样材料的导线构成,连接两环导线的电阻不计,匀强磁场的磁感应强度始终以恒定的变化率变化,那么,当只有a环置于磁场中与只有b环置于磁场中的两种情况下,AB两点的电势差之比为多少?
第三课时:
法拉第电磁感应定律的应用(Ⅰ)
法拉第电磁感应定律应用于电路的分析与计算:
电路的分析与计算
电动势的计算:
E=BLv
1.已知导体棒ab长L=0.5m,电阻为r=0.3Ω,R1=2Ω,R2=3Ω,导轨的电阻不计,B=1T,V=3m/s。
求
(1)导体棒两端的电势差和通过的电流。
(2)维持匀速运动需加的水平拉力。
(3)电路中的总电功率。
2.【99上海】如图所示,长为L、电阻r=0.3Ω、质量m=0.1kg的金属棒CD垂直跨搁在位于水平面上的两条平行光滑金属导轨上,两导轨间距也是L,棒与导轨间接触良好,导轨电阻不计,导轨左端接有R=0.5Ω的电阻,量程为0~3.0A的电流表串接在一条导轨上,量程为0~1.0V的电压表接在电阻R的两端,垂直导轨平面的匀强磁场向下穿过平面.现以向右恒定外力F使金属棒右移.当金属棒以v=2m/s的速度在导轨平面上匀速滑动时,观察到电路中的一个电表正好满偏,而另一个电表未满偏。
问:
(1)此满偏的电表是什么表?
说明理由。
(2)拉动金属棒的外力F多大?
(3)此时撤去外力F,金属棒将逐渐慢下来,最终停止在导轨上。
求从撤去外力到金属棒停止运动的过程中通过电阻R的电量。
3.如图所示,平行导轨置于磁感应强度为B的匀强磁场中(方向向里),间距为L,左端电阻为R,其余电阻不计,导轨右端接一电容为C的电容器。
现有一长2L的金属棒ab放在导轨上,ab以a为轴以ω的角速度匀速顺时针转过90°
的过程中,通过R的电量为多少?
4.【01上海】半径为a的圆形区域内有均匀磁场,磁感强度为B=0.2T,磁场方向垂直纸面向里,半径为b的金属圆环与磁场同心地放置,磁场与环面垂直,其中a=0.4m,b=0.6m,金属环上分别接有灯L1、L2,两灯的电阻均为R=2Ω,一金属棒MN与金属环接触良好,棒与环的电阻均忽略不计。
(1)若棒以v0=5m/s的速率在环上向右匀速滑动,求棒滑过圆环直径OO′的瞬时(如图所示)MN中的电动势和流过灯L1的电流。
(2)撤去中间的金属棒MN,将右面的半圆环OL2O′以OO′为轴向上翻转90º
,若此时磁场随时间均匀变化,其变化率为ΔB/Δt=4T/s,求L1的功率。
5.如图所示,竖直向上的匀强磁场,磁感应强度B=0.5T,并且以
=0.1T/s在变化,水平轨道电阻不计,且不计摩擦阻力,宽0.5m的导轨上放一电阻R0=0.1Ω的导体棒,并用水平线通过定滑轮吊着质量M=0.2kg的重物,轨道左端连接的电阻R=0.4Ω,图中的L=0.8m,求至少经过多长时间才能吊起重物。
6.据报道,1992年7月,美国“阿特兰蒂斯”号航天飞机进行了一项卫星悬绳发电实验,实验取得了部分成功。
航天飞机在地球赤道上空离地面约3000km处由东向西飞行,相对地面速度大约6.5×
103m/s,从航天飞机上向地心方向发射一颗卫星,携带一根长20km,电阻为800Ω的金属悬绳,使这根悬绳与地磁场垂直,做切割磁感线运动。
假定这一范围内的地磁场是均匀的.磁感应强度为4×
10-5T,且认为悬绳上各点的切割速度和航天飞机的速度相同.根据理论设计,通过电离层(由等离子体组成)的作用,悬绳可以产生约3A的感应电流,试求:
(1)金属悬绳中产生的感应电动势;
(2)悬绳两端的电压;
(3)航天飞机绕地球运行一圈悬绳输出的电能(已知地球半径为6400km)。
第四课时:
法拉第电磁感应定律的应用(Ⅱ)
电磁感应中的动力学问题基本思路:
1.如图所示,AB、CD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θ,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,磁感应强度为B,在导轨的AC端连接一个阻值为R的电阻,一根质量为m、垂直于导轨放置的金属棒ab,从静止开始沿导轨下滑,求此过程中ab棒的最大速度。
已知ab与导轨间的动摩擦因数为μ,导轨和金属棒的电阻都不计。
2.如图所示,在光滑的水平面上,有一垂直向下的匀强磁场分布在宽为L的区域内,有一个边长为a(a<
L)的正方形闭合线圈以初速v0垂直磁场边界滑过磁场后速度变为v(v<
v0)那么:
【 B 】
A.完全进入磁场中时线圈的速度大于(v0+v)/2;
B.安全进入磁场中时线圈的速度等于(v0+v)/2;
C.完全进入磁场中时线圈的速度小于(v0+v)/2;
D.以上情况A、B均有可能,而C是不可能的
3.【03全国】如图所示,两根平行的金属导轨,固定在同一水平面上,磁感应强度B=0.50T的匀强磁场与导轨所在平面垂直,导轨的电阻很小,可忽略不计。
导轨间的距离l=0.20m。
两根质量均为m=0.10kg的平行金属杆甲、乙可在导轨上无摩擦地滑动,滑动过程中与导轨保持垂直,每根金属杆的电阻为R=0.50Ω。
在t=0时刻,两杆都处于静止状态。
现有一与导轨平行、大小为0.20N的恒力F作用于金属杆甲上,使金属杆在导轨上滑动。
经过t=5.0s,金属杆甲的加速度为a=1.37m/s2,问此时两金属杆的速度各为多少?
4.光滑U型金属框架宽为L,足够长,其上放一质量为m的金属棒ab,左端连接有一电容为C的电容器,现给棒一个初速v0,使棒始终垂直框架并沿框架运动,如图所示。
求导体棒的最终速度。
5.如图所示,在匀强磁场区域内与B垂直的平面中有两根足够长的固定金属平行导轨,在它们上面横放两根平行导体棒构成矩形回路,长度均为L,质量均为m,电阻均为R,回路部分导轨电阻可忽略,棒与导轨无摩擦,不计重力和电磁辐射,且开始时图中左侧导体棒静止,右侧导体棒具有向右的初速v0,试求两棒之间距离增量的最大值。
6.如图所示,一对平行光滑轨道放置在水平面上,两轨道间距L=0.20m,电阻R=1.0Ω;
有一导体杆静止放在轨道上,与两轨道垂直,杆与轨道的电阻皆可忽略下计,整个装置处于磁感应强度B=0.50T的匀强磁场中,磁场方向垂直轨道向上,现用外力F沿轨道方向拉杆,使之做初速为零的匀加速直线运动,测得力F与时间t的关系如图所示,求杆的质量m和加速度a。
第五课时:
法拉第电磁感应定律的应用(Ⅲ)
电磁感应中的动量和能量问题:
1.水平放置的平行金属框架宽L=0.2m,质量为m=0.1kg的金属棒ab放在框架上,并且与框架的两条边垂直。
整个装置放在磁感应强度B=0.5T,方向垂直框架平面的匀强磁场中,如图所示。
金属棒ab在F=2N的水平向右的恒力作用下由静止开始运动。
电路中除R=0.05Ω外,其余电阻、摩擦阻力均不考虑。
试求当金属棒ab达到最大速度后,撤去外力F,此后感应电流还能产生的热量。
(设框架足够长)
2.如图所示位于竖直平面的正方形平面导线框abcd,边长为L=10cm,线框质量为m=0.1kg,电阻为R=0.5Ω,其下方有一匀强磁场区域,该区域上、下两边界间的距离为H(H>
L),磁场的磁感应强度为B=5T,方向与线框平面垂直。
今线框从距磁场上边界h=30cm处自由下落,已知线框的dc边进入磁场后,ab边到达上边界之前的某一时刻线框的速度已达到这一阶段的最大值,问从线框开始下落到dc边刚刚到达磁场下边界的过程中,磁场作用于线框的安培力做的总功是多少?
(g=10m/s2)
3.如图所示,电动机牵引一根原来静止的、长L为1m、质量m为0.1kg的导体棒MN上升,导体棒的电阻R为1Ω,架在竖直放置的框架上,它们处于磁感应强度B为1T的匀强磁场中,磁场方向与框架平面垂直。
当导体棒上升h=3.8m时,获得稳定的速度,导体棒上产生的热量为2J,电动机牵引棒时,电压表、电流表的读数分别为7V、1A,电动机内阻r为1Ω,不计框架电阻及一切摩擦,求:
(1)棒能达到的稳定速度;
(2)棒从静止至达到稳定速度所需要的时间。
4.两根足够长的固定的平行金属导轨位于同一水平面内,两导轨间的距离为L。
导轨上面横放着两根导体棒ab和cd,构成矩形回路,如图所示.两根导体棒的质量皆为m,电阻皆为R,回路中其余部分的电阻可不计.在整个导轨平面内都有竖直向上的匀强磁场,磁感应强度为B.设两导体棒均可沿导轨无摩擦地滑行.开始时,棒cd静止,棒ab有指向棒cd的初速度v0.若两导体棒在运动中始终不接触,求:
(1)在运动中产生的焦耳热最多是多少?
(2)当ab棒的速度变为初速度的3/4时,cd棒的加速度是多少?
5.如图所示,金属杆a在离地h高处从静止开始沿弧形轨道下滑,导轨平行的水平部分有竖直向上的匀强磁场B,水平部分导轨上原来放有一金属杆b.已知杆的质量为ma,且与b杆的质量比为ma∶mb=3∶4,水平导轨足够长,不计摩擦,求:
(1)a和b的最终速度分别是多大?
(2)整个过程中回路释放的电能是多少?
(3)若已知a、b杆的电阻之比Ra∶Rb=3∶4,其余电阻不计,整个过程中a、b上产生的热量分别是多少?
6.如图所示,abcd和a/b/c/d/为水平放置的光滑平行导轨,区域内充满方向竖直向上的匀强磁场。
ab、a/b/间的宽度是cd、c/d/间宽度的2倍。
设导轨足够长,导体棒ef的质量是棒gh的质量的2倍。
现给导体棒ef一个初速度v0,沿导轨向左运动,当两棒的速度稳定时,两棒的速度分别是多少?
第六课时:
法拉第电磁感应定律的应用(Ⅳ)
例题分析:
1.如图所示,水平的平行虚线间距为d=50cm,其间有B=1.0T的匀强磁场。
一个正方形线圈边长为l=10cm,线圈质量m=100g,电阻为R=0.020Ω。
开始时,线圈的下边缘到磁场上边缘的距离为h=80cm。
将线圈由静止释放,其下边缘刚进入磁场和刚穿出磁场时的速度相等。
取g=10m/s2,求:
⑴线圈进入磁场过程中产生的电热Q。
⑵线圈下边缘穿越磁场过程中的最小速度v。
⑶线圈下边缘穿越磁场过程中加速度的最小值a。
2.如图所示,MN、PQ是两条水平放置彼此平行的金属导轨,匀强磁场的磁感线垂直导轨平面.导轨左端接阻值R=1.5Ω的电阻,电阻两端并联一电压表,垂直导轨跨接一金属杆ab,ab的质量m=0.1kg,电阻r=0.5Ω.ab与导轨间动摩擦因数μ=0.5,导轨电阻不计,现用F=0.7N的恒力水平向右拉ab,使之从静止开始运动,经时间t=2s后,ab开始做匀速运动,此时电压表示数U=0.3V.重力加速度g=10m/s2.求:
(1)ab匀速运动时,外力F的功率。
(2)ab杆加速过程中,通过R的电量。
(3)ab杆加速运动的距离。
3.如右图所示,固定在竖直平面内的两根平行金属导轨的间距为L,上端连一电容为C的电容器,其耐压足够大。
空间有垂直于导轨平面的匀强磁场,其磁感强度为B。
一根质量为m的金属杆PP′水平地卡在导轨上,释放后,此杆沿导轨无摩擦地下滑。
经过一段时间,到图示时刻其下落速度为v1。
假定导轨足够长,导轨、金属杆和连接导线的电阻均可忽略。
(1)试说明棒作匀加速运动,并求加速度a。
(2)金属棒PP′的速度从v1变化到v2的过程中,电容器储存能量的增量△E。
4.如图11所示,一个足够长的“U”形金属导轨NMPQ固定在水平面内,MN、PQ两导轨间的宽度为l=0.50m。
一根质量为m=0.50kg的均匀金属导体棒ab横跨在导轨上且接触良好,ab棒与MP恰好围成一个正方形。
该轨道平面处在磁感强度大小可以调节的竖直向上的匀强磁场中。
ab棒与导轨间的最大静摩擦力和滑动摩擦力均为fm=1.0N,ab棒的电阻为R=0.10Ω,其他各部分电阻均不计。
开始时,磁感强度B0=0.50T。
(1)若从某时刻(t=0)开始,调节磁感强度的大小使其以
=0.20T/s的变化率均匀增加。
求经过多长时间ab棒开始滑动?
此时通过ab棒的电流大小和方向如何?
(2)若保持磁感强度B0的大小不变,从t=0时刻开始,给ab棒施加一个水平向右的拉力,使它以a=4.0m/s2的加速度匀加速运动。
推导出此拉力T的大小随时间变化的函数表达式。
并在图12所示的坐标图上作出拉力T随时间t变化的T-t图线。
“电磁感应”检测
班级 学号 姓名
一、选择题:
【每题4分,共40分】
1.平行闭合线圈的匝数为n,所围面积为S,总电阻为R,在
时间内穿过每匝线圈的磁通量变化为
,则通过导线某一截面的电荷量为:
【 D 】
A.
B.
C.
D.
2.在电磁感应现象中,下列说法正确的是:
A.导体相对磁场运动,导体内一定会产生感应电流
B.导体做切割磁感线运动,导体内一定会产生感应电流
C.闭合电路在磁场内作切割磁感线运动,电路内一定会产生感应电流
D.穿过闭合线圈的磁通量发生变化,电路中一定有感应电流。
3.如图所示,在同一铁心上绕着两个线圈,单刀双掷开关 原来接在1位置,现在它从1打向2,试判断此过程中,通过R的电流方向是:
【 C 】
A.先由P到Q,再由Q到P
B.先由Q到P,再由P到Q
C.始终是由Q到P
D.始终是由P到Q
4.在如图所示的电路中,电感线圈的电阻和电池的内阻均不计,两个电阻的阻值都是R。
开关S原来是打开的,电流I0=E/2R。
今将开关S闭合,则:
【AC】
A.线圈中有自感电动势产生
B.电路中电流保持为I0不变
C.电路中电流最后要增大到2I0
D.线圈中无自感电动势产生
5.如图所示,两竖直放置的平行光滑导轨处于垂直于导轨平面的匀强磁场中,金属杆ab可沿导轨滑动,原先S断开,让ab杆由静止下滑,一段时间后闭合S,则从S闭合开始记时,ab杆的运动速度v随时间t的关系图不可能是下图中的哪一个?
【B】
6.如图所示,金属杆ab以恒定的速率v在光滑的平行导轨上向右滑行,设整个电路中总电阻为R(恒定不变),整个装置置于垂直于纸面向里的匀强磁场中,下列说法不正确的是:
A.ab杆中的电流与速率v成正比
B.磁场作用于ab杆的安培力与速率v成正比
C.电阻R上产生的电热功率与速率v平方成正比
D.外力对ab杆做功的功率与速率v的成正比
7.由于地磁场的存在,飞机在一定高度水平飞行时,其机翼就会切割磁感线,机翼的两端之间会有一定的电势差。
若飞机在北半球水平飞行,则从飞行员的角度看,机翼左端的电势比右端的电势:
A.低 B.高 C.相等 D.以上情况都有可能
8.如图所示,一宽40cm的匀强磁场区域,磁场方向垂直纸面向里。
一边长为20cm的正方形导线框位于纸面内,以垂直于磁场边界的恒定速度v=20cm/s通过磁场区域,在运动过程中,线框有一边始终与磁场区域的边界平行,取它刚进入磁场的时刻为t=0,在如下图的图线中,正确反映感应电流随时间变化规律的是:
9.如图所示,上下不等宽的平行金属导轨的EF和GH两部分导轨间的距离为2L,IJ和MN两部分导轨间的距离为L,导轨竖直放置,整个装置处于水平向里的匀强磁场中,金属杆ab和cd的质量均为m,都可在导轨上无摩擦地滑动,且与导轨接触良好,现对金属杆ab施加一个竖直向上的作用力F,使其匀速向上运动,此时cd处于静止状态,则F的大小为:
A.2mgB.3mgC.4mg D.mg
10.美国一位物理学家卡布莱拉用实验寻找磁单极子。
实验根据的原理就是电磁感应现象,仪器的主要部分是由超导体做成的线圈,设想有一个磁单极子穿过超导线圈,如图所示,于是在超导线圈中将引起感应电流,关于感应电流的方向下列说法正确的是:
A.磁单极子穿过超导线圈的过程中,线圈中产生的感应电流
的方向变化
B.N磁单极子,与S磁单极子分别穿过超导线圈的过程中,线圈中感应电流方向相同
C.磁单极子穿过超导线圈的过程中,线圈中感应电流方向不变
D.假若磁单极子为N磁单极子,穿过超导线圈的过程中,线圈中感应电流方向始终为顺时针(从上往下看)
二、计算题:
【共60分】
11.(15分)如图所示的螺线管的匝数 n=1500,横截面积S=20cm2,电阻r=1.5Ω,与螺线管串联的外电阻R1=10Ω,R2=3.5Ω。
若穿过螺线管的磁场的磁感应强度按图(b)所示的规律变化,计算R1上消耗的电功率。
12.(15分)正方形金属线框abcd,每边长
=0.1m,总质量m=0.1kg,回路总电阻R=0.02Ω用细线吊住,线的另一端跨过两个定
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