学年高中物理电磁感应章末复习课检测2.docx
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学年高中物理电磁感应章末复习课检测2
第一章电磁感应
【知识体系】
[答案填写] ①磁
通量 ②磁通量的变化率 ③n
④E=BLv ⑤
BL2ω ⑥电流
主题1 楞次定律的理解及其推广
1.楞次定律的理解.
楞次定律解决的问题是感应电流的方向问题,它涉及两个磁场,感应电流的磁场(新产生的磁场)和引起感应电流的磁场(原来就有的磁场),前者和后者的关系不是“同向”和“反向”的简单关系,而是前者“阻碍”后者“变化”的关系.
2.对“阻碍”意义的理解.
(1)阻碍原磁场的变化.“阻碍”不是阻止,而是“延缓”,感应电流的磁场不会阻止原磁场的变化,只能使原磁场的变化被延缓或者说被迟滞了,原磁场的变化趋势不会改变,不会发生逆转.
(2)阻碍的是原磁场的变化,而不是原磁场本身,如果原磁场不变化,即使它再强
,也不会产生感应电流.
(3)阻碍不是相反,当原磁通量减小时,感应电流的磁场与原磁场同向,以阻碍其减小;当磁体远离导体运动时,导体运动将和磁体运动同向,以阻碍其相对运动.
(4)由于“阻碍”,为了维持原磁场的变化,必须有外力克服这一“阻碍”而做功,从而导致其他形式的能量转化为电能,因而楞次定律是能量转化和守恒定律在电磁感应中的体现.
3.楞次定律的推广.
楞次定律可推广为感应电流的效果总是要反抗(或阻碍)产生感应电流的原因.因此也常用以下结论作迅速判断:
(1)阻碍原磁通量的变化(增反减同).
(2)阻碍导体的相对运动(来拒去留).
(3)使线圈的面积有扩大或缩小的趋势(增缩减扩).
(4)阻碍原电流的变化(自感现象).
【典例1】 如图所示,通电螺线管两侧各悬挂一个小铜环,铜环平面与螺线管截面平行,当开关S接通的一瞬间,两铜环的运动情况是( )
A.同时向两侧推开
B.同时向螺线管靠拢
C.一个被推开,一个被吸引,但因电源正负极未知,无法具体判断
D.同时被推开或同时向螺线管靠拢,但因电源正负极未知,无法具体判断
解析:
当开关S接通的一瞬间,螺线管的磁场增强,故穿过两边线圈的磁通量均增加,根据楞次定律,在线圈中产生的感应电流阻碍磁通量的增加,故线圈会远离螺线管运动,故两铜环的运动情况是同时向两侧推开,选项A正确.
答案:
A
针对训练
1.(2016·上海卷)(多选)如图(a),螺线管内有平行于轴线的外加匀强磁场,图中箭头所示方向为其正方向.螺线管与导线框abcd相连,导线框内有一小金属圆环L,圆环与导线框在同一平面内.当螺线管内的磁感应强度B随时间按图(b)所示规律变化时( )
图(a) 图(b)
A.在t1~t2时间内,L有收缩趋势
B.在t2~t3时间内,L有扩张趋势
C.在t2~t3时间内,L内有逆时针方向的感应电流
D.在t3~t4时间内,L内有顺时针方向的感应电流
解析:
在t1~t2时间内,穿过圆环的磁通量向上不是均匀增大,由楞次定律可以确定L必须减小面积以达到阻碍磁通量的增大,故有收缩的趋势,故A正确;在t2~t3时间内,穿过圆环的磁通量向上均匀减小,由法拉第电磁感应定律可知,L中磁通量不变,则L中没有感应电流,因此没有变化的趋势,故B、C错误;在t3~t4时间内,向下的磁通量减小,根据楞次定律,在线圈中的电流方向c到b,根据右手螺旋定则,穿过圆环L的磁通量向内减小,则根据楞次定律,在金属圆环中产生顺时针方向的感应电流,故D正确.
答案:
AD
主题2 电磁感应中的电路问题
在电磁感应现象中,切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势.若回路闭合,则产生感应电流,感应电流引起热效应,所以电磁感应问题常常与电路知识综合考查.
1.解决与电路相联系的电磁感应问题的基本方法.
(1)明确哪部分导体或电路产生感应电动势,该导体或电路就是电源,其他部分是外电路.
(2)用法拉第电磁感应定律确定感应电动势的大小,用楞次定律或右手定则确定感应电流的方向.
(3)画等效电路图.分清内外电路,画出等效电路图是解决此类问题的关键.
(4)运用闭合电路欧姆定律、串并联电路的特点、电功、电功率等公式求解.
2.问题示例.
图甲 图乙
(1)图甲中若磁场增强,可判断感应电流方向为逆时针,则ΦB>ΦA;若线圈内阻为r,则UBA=
·
.
(2)图乙中,据右手定则判定电流流经AB的方向为B→A,则可判定ΦA>ΦB,若导体棒的电阻为r,则UAB=
·R.
【典
例2】 (多选)半径为a的导体圆环和长为2a的导体直杆,单位长度电阻均为R0.圆环水平固定放置,整个内部区域分布着竖直向下的匀强磁场,磁感应强度为B,杆在圆环上以速度v平行于直径CD向右做匀速直线运动,杆始终有两点与圆环良好接触,从圆环中心O开始,杆的位置由θ确定,如图所示.则( )
A.θ=0时,杆产生的电动势为2Bav
B.θ=
时,杆产生的电动势为
Bav
C.θ=0时,杆受的安培力大小为
D.θ=
时,杆受的安培力大小为
解析:
θ=0时,杆产生的电动势E=BLv=2Bav,故A正确;当θ=
时,根据几何关系得出此时导体棒的有效切割长度是a,所以杆产生的电动势为Bav,故B错误;θ=0时,由于单位长度电阻均为R0,所以电路中总电阻
aR0.所以杆受的安培力大小是
,故C正确;当θ=
时,电路中总电阻是
aR0,所以杆受到的安培力
,故D错误.
答案:
AC
针对训练
2.(2016·全国Ⅱ卷)(多选)法拉第圆盘发电机的示意图如图所示.铜圆盘安装在竖直的铜轴上,两铜片P、Q分别于圆盘的边缘和铜轴接触,圆盘处于方向竖直向上的匀强磁场B中,圆盘旋转时,关于流过电阻R的电流,下列说法正确的是( )
A.若圆盘转动的角速度恒定,则电流大小恒定
B.若从上往下看,圆盘顺时针转动,则电流沿a到b的方向
流动
C.若圆盘转动方向不变,角速度大小发生变化,则电流方向可能发生变化
D.若圆盘转动的角速度变为原来的2倍,则电流在R上的热功率也变为原来的2倍
解析:
铜盘转动产生的感应电动势为:
E=
BL2ω,B、L、ω不变,E不变,电流I=
=
,电流大小恒定不变,由右手定则可知,回路中电流方向不变,若从上往下看,圆盘顺时
针转动,由右手定则知,电流沿a到b的方向流动,故A、B正确;若圆盘转动方向不变,角速度大小发生变化,则电流方向不变,大小变化,故C错误;若圆盘转动的角速度变为原来的2倍,回路电流变为原来2倍,根据P=I2R,电流在R上的热功率也变为原来的4倍,故D错误.
答案:
AB
主题3 电磁感应中的动力学问题
1.解决电磁感应中的动力学问题的一般思路.
(1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势的大小和方向.
(2)求回路中的电流.
(3)分析研究导体的受力情况(包含安培力,用左手定则确定其方向).
(4)根据牛顿第二定律或物体受力平衡列方程求解.
2.受力情况、运动情况的动态分析.
导体受力运动产生感应电动势→感应电流→通电导体受安培力作用→合外力变化→加速度变化→速度变化→感应电动势变化→……周而复始地循环,最终结果是加速度等于0,导体达到稳定运动状态.此类问题要画好受力图,抓住加速度a=0时,速度v达到最值的特点.
【典例3】 (多选)如图所示,固定放置在同一水平面内的两根平行长直金属导轨的间距为d,其右端接有阻值为R的电阻,整个装置处在竖直向上磁感应强度大小为B的匀强磁场中.一质量为m(质量分布均匀)的导体杆ab垂直导轨放置,且与两导轨保持良好接触,杆与导轨之间的动摩擦因数为μ.现杆在水平向左、垂直于杆的恒力F作用下从静止开始沿导轨运动距离l时,速度恰好达到最大(运动过程中杆始终与导轨保持垂直).设杆接入电路的电阻为r,导轨电阻不计,重力加速度大小为g.则此过程( )
A.杆的速度最大值为
B.流过电阻R的电量为
C.恒力F做的功与安培力做的功之和大于杆动能的变化量
D.恒力F做的功与摩擦力做的功之和等于杆动能的变化量
解析:
杆匀速运动时速度最大,设杆的速度最大值为v,此时杆所受的安培力为FA=BId=B
d=
,而且杆受力平衡,则有F=FA+μmg,解得v=
,故A错误.流过电阻R的电荷量为q=
=
,故B正确.根据动能定理得:
恒力F做的功、摩擦力做的功、安培力做的功之和等于杆动能的变化量,而摩擦力做负功,安培力也做负功,则知恒力F做的功与安培力做的功之和大于杆动能的变化量,恒力F做的功与摩擦力做的功之和大于杆动能的变化量,故C正确,D错误.
答案:
BC
针对训练
3.(多选)
两根足够长的光滑导轨竖直放置,间距为L,底端接阻值为R的电阻.将质量为m的金属棒悬挂在一个固定的轻弹簧下端,金属棒和导轨接触良好,导轨所在平面与磁感应强度为B的匀强磁场垂直,如图所示.除电阻R外其余电阻不计.现将金属棒从弹簧原长位置由静止释放,则( )
A.金属棒向下运动时,流过电阻R的电流方向为a→b
B.释放瞬间金属棒的加速度等于重力加速度g
C.金属棒的速度为v时,所受的安培力大小为F=
D.电阻R上产生的总热量等于金属棒重力势能的减少量
解析:
导体棒下落过程中切割磁感线,回路中形成电流,根据楞次定律判断电流的方向,流过电阻R电流方向为b→a,故A错误;金属棒释放瞬间,速度为零,感应电流为零,由于弹簧处于原长状态,因此金属棒只受重力作用,故其加速度的大小为g,故A正确;当金属棒的速度为v时,由F安=BIL=B
L=
,故C正确;当金属棒下落到最底端时,重力势能转化为弹性势能和焦耳热,所以R上产生的总热量小于金属棒重力势能的减少量,故D错误.
答案:
BC
主题4 电磁感应中的能量问题
1.能量转化.
在电磁感应现象中,通过外力克服安培力做功,把机械能或其他形式的能转化为电能,克服安培力做多少功,就有多少其他形式的能转化为电能,即在电路中就产生多少电能.
若电路是纯电阻电路,转化过来的电能全部转化为内能;若电路为非纯电阻电路,则电能一部分转化为内能,一部分转化为其他形式的能,比如:
用电器有电动机,一部分转化为机械能.
2.一般思路.
(1)分析回路,分清电源和外电路.
(2)分清哪些力做功,明确有哪些形式的能量发生转化.如:
做功情况
能量转化的特点
滑动摩擦力做功
有内能产生
重力做功
重力势能必然发生变化
克服安培力做功
必然有其他形式的能转化为电能,并且克服安培力做了多少功,就有多少电能产生
安培力做正功
电能转化为其他形式的能
(3)根据能量守恒列方程求解.
3.电能的三种求解思路.
(1)利用克服安培力做功求解,电磁感应中产生的电能等于克服安培力所做的功.
(2)利用能量守恒求解,相应的其他能量的减少量等于产生的电能.
(3)利用电路特征来求解,通过电路中所消耗的电能来计算.
【典例4】 如图所示,MN、PQ为足够长的平行金属导轨,间距L=0.2m,导轨平面与水平面间夹角θ=30°,N、Q间连接一个电阻R=0.1Ω,匀强磁场垂直于导轨平面向上,磁感应强度B=0.5T.一根质量m=0.03kg的金属棒正在以v=1.2m/s的速度沿导轨匀速下滑,下滑过程中始终与导轨垂直,且与导轨接触良好.金属棒及导轨的电阻不计,g=10m/s2,sin37°=0.60,cos37°=0.80.求:
(1)电阻R中电流的大小;
(2)金属棒与导轨间的滑动摩擦因数的大小;
(3)对金属棒施加一个垂直于金属棒且沿导轨平面向上的恒定拉力F=0.2N,若金属棒继续下滑x=0.14m后速度恰好减为0,则在金属棒减速过程中电阻R中产生的焦耳热为多少?
解析:
(1)感应电动势
E=BLv=0.5×0.2×1.2V=0.12V,
感应电流I=
=
A=1.2A.
(2)导体棒受到的安培力
F安=BIL=0.
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- 学年 高中物理 电磁感应 复习 检测