教育资料第5节电磁感应现象的两类情况学习精品

1、教育资源第5节电磁感应现象的两类情况？?见学生用书 P015学习目标练法指导1了解感生电场，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。2. 了解动生电动势的产生以及 与洛伦兹力的关系。会判断动生 电动势的方向，并会计算它的大 小。3. 了解电磁感应规律的一般应 用，会联系科技实例进行分析。1通过练习深刻理解感生电动势 的产生机理，感生电场的电场线 是闭合曲线。2. 通过练习深刻理解动生电动 势的产生机理，非静电力与洛伦 兹力有关。3. 熟悉电磁感应中的力学问题 的解题思路，常涉及受力情况与 运动情况的动态分析问题。4. 熟悉电磁感应中的能量转化 方向和量值关系，在

2、纯电阻电路 和非纯电阻电路中能量转化不 同。 课/前/预/习轻/松/搞/定 要点辨析1 .如果空间不存在闭合电路，变化的磁场周围不会产生感生电 场（X ）2.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（V）3 .感生电场就是感生电动势（X ）4. 由动生电动势的分析可知，洛伦兹力对运动电荷不做功是错 误的（X）5. 导体切割磁感线运动时，克服安培力做多少功，就会有多少 其他形式的能转化为电能（V）预习自检1.侈选）下列说法正确的是（）A .感生电场由变化的磁场产生B. 恒定的磁场也能在周围空间产生感生电场C .感生电场的方向可以用楞次定律和安培定则来判定D .感生

3、电场的电场线是闭合曲线，其方向一定是沿逆时针方向解析 变化的磁场在空间激发感生电场， 恒定的磁场不能在周围 空间产生感生电场，选项 A 正确，选项 B 错误；感生电场的电场线 是闭合曲线，感生电场的方向可由楞次定律和安培定则判断， 不一定 是沿逆时针方向，选项 C正确，选项D错误。答案 AC2. (多选)关于感生电动势和动生电动势的比较，下列说法正确的是()A .感生电动势是由于变化的磁场产生了感生电场，感生电场对导体内的自由电荷产生作用而使导体两端出现的电动势B. 动生电动势是由于导体内的自由电荷随导体棒一起运动而受到洛伦兹力的作用产生定向移动，使导体棒两端出现的电动势C .在动生电动势产生

4、的过程中，洛伦兹力对自由电荷做功D.感生电动势和动生电动势产生的实质都是由于磁通量的变化 引起的，只是感生电动势是由于磁场的变化产生的， 而动生电动势是 由于面积的变化产生的解析 感生电动势和动生电动势的产生机理不同，易知选项A、B正确；在动生电动势产生的过程中，某一方向上的洛伦兹力对自由 电荷做正功，另一方向上的洛伦兹力对自由电荷做负功，整体上，洛 伦兹力不做功，选项 C 错误；感生电动势和动生电动势实质上都是 电磁感应现象中产生的电动势， 都是由于磁通量的变化引起的， 选项 D 正确。答案 ABD3如图所示，两个端面半径同为 R 的圆柱形铁芯同轴水平放置， 相对的端面之间有一缝隙， 铁芯上

5、绕导线并与直流电源连接， 在缝隙 中形成一匀强磁场。一铜质细直棒 ab 水平置于缝隙中，且与圆柱轴 线等高、 垂直。让铜质细直棒从静止开始自由下落， 铜质细直棒下落 距离为0.2R时铜质细直棒中电动势大小为 Ei，下落距离为0.8R时 电动势大小为E2,忽略涡流损耗和边缘效应。关于 E1 E2的大小和 铜质细直棒离开磁场前两端的极性，下列判断正确的是 ()A. EiE2, a端为正B. EiE2, b端为正C. E1VE2, a端为正D. E1VE2, b端为正解析 通电导线在缝隙中产生的磁场方向向左， 所以铜质细直棒下落时由右手定则可判断得 b端为正，选项A、C错误；根据E = BLv 可知

6、，下落0.8R时电动势较大，即E1VE2，选项B错误，选项D正 确。答案 D 4矩形导线框固定在匀强磁场中，如图甲所示，磁感线的方向 与导线框所在平面垂直， 规定磁场的正方向为垂直纸面向里， 磁感应 强度 B 随时间 t 变化的规律如图乙所示，则 ()A. 从0ti时间内，导线框中电流的方向为 abcdaB. 从0ti时间内，导线框中电流越来越小C. 从0t2时间内，导线框中电流的方向始终为 adcbaD. 从0t2时间内，导线框ab边受到的安培力越来越大解析 由楞次定律，从0t2时间内，导线框中电流的方向始终 为adcba选项A错误，C正确；由法拉第电磁感应定律和闭合电路 欧姆定律，从0t2

7、时间内，导线框中电流恒定，选项 B错误；由安 培力公式，从0t2时间内，导线框ab边受到的安培力先减小后增大， 选项 D 错误。答案 C5.如图所示，一个带正电的粒子在垂直于匀强磁场的平面内做 圆周运动，当磁感应强度均匀增大时，此粒子的动能将 ()A .不变B.增加C .减少D.以上情况都可能解析当磁感应强度均匀增大时，在纸平面方向上将产生逆时针 环绕的电场，对带正电的粒子做正功，使其动能增加。答案 B6. 如图所示的匀强磁场中，有两根相距20 cm固定的平行金属光滑导轨MN和PQ。磁场方向垂直于 MN、PQ所在平面。导轨上 放置着ab、cd两根平行的可动金属细棒。在两棒中点00之间拴一根40

8、 cm长的细绳，绳长保持不变。设磁感应强度 B以1.0 T/s的 变化率均匀减小，abdc回路的电阻为0.50 Q求：当B减小到10 T 时，两可动边所受磁场力和 abdc回路消耗的功率。解析根据E =普=尹得E = 1.0X 20 X 40 X 10-4 V = 0.08 V,根据1 = R, F = BIL得F = 10X0.080.50X 20X10-2 N0.32 N,P=臣皿P R 0.50W = 0.012 8 W。答案 均为 0.32 N 0.012 8 W。 课/堂/ 效/果题/组/ 检/测 题组一 感生电动势和动生电动势1. 在下图所示的四种磁场情况中能产生恒定的感生电场的是

9、( )解析 均匀变化的磁场产生恒定的电场，故 C对。答案 C2. 如图所示，两个比荷相同的都带正电荷的粒子 a和b以相同 的动能在匀强磁场中运动， a 从磁感应强度为 B1 的区域运动到磁感 应强度为B2的区域，已知B2Bi； b开始在磁感应强度为 Bi的圆形 磁场中做匀速圆周运动，然后磁感应强度逐渐增加到 B2。则a、b两 粒子动能的变化情况是 ()Aa 不变， b 增大Ba 不变， b 减小C a、 b 都增大Da、 b 都不变解析 a粒子在磁场中运动，受到的洛伦兹力不做功，动能不变，选项C错误；b粒子在变化的磁场中运动，由于变化的磁场要产生感 生电场，感生电场会对b粒子做正功，b粒子动能

10、增大，选项A正确， 选项 B、 D 错误。答案 A3(多选)如图所示，一金属半圆环置于匀强磁场中，磁场方向 垂直于半圆面向外，下列说法正确的是 ()A .当磁场突然减弱时，电动势方向由 M - NB. 当磁场突然减弱时，电动势方向由 N-MC. 若磁场不变，将半圆环绕MN轴旋转180的过程中，电动势 方向由 M-ND. 若磁场不变，将半圆环绕MN轴旋转180的过程中，电动势 方向由 N-M解析 当磁场突然减弱时， 由楞次定律和右手定则知， 感应电动 势方向由N-M，选项A错误，选项B正确；若磁场不变，半圆环 绕 MN 轴旋转 180的过程中，由右手定则可知，半圆环中产生的感 应电动势在半圆环中

11、由N指向M，选项C错误，选项D正确。答案 BD题组二 电磁感应中的力学问题4如图所示，两根竖直放置的光滑平行导轨，其中一部分处于 方向垂直导轨所在平面并且有上下水平边界的匀强磁场。 一根金属杆 MN 保持水平并沿导轨滑下 (导轨电阻不计 )，当金属杆 MN 进入磁场 区后，其运动的速度随时间变化的图线不可能的是 ( )解析 当金属杆 MN 进入磁场区后，切割磁感线产生感应电流， 受到向上的安培力。 金属杆 MN 进入磁场区时， 若所受的安培力与重 力相等，做匀速直线运动，速度不变，所以 A 图象是可能的。金属 杆 MN 进入磁场区时， 若所受的安培力小于重力， 做加速运动， 随着 速度的增大，

12、感应电动势和感应电流增大， 金属杆所受的安培力增大， 合外力减小，加速度减小， v t 图象的斜率应逐渐减小，故 B 图象 不可能，C图象是可能的。金属杆MN进入磁场区时，若所受的安培 力大于重力，做减速运动， 随着速度的减小，金属杆所受的安培力减 小，合外力减小，加速度减小，v t图象的斜率减小，D图象是可能 的。故选 B 。答案 B5.如图所示，Li= 05 m, L2= 08 m,回路总电阻为R= 0.2 Q 重物的质量M = 0.04 kg,导轨光滑，开始时磁场Bo= 1 T。现使磁感 应强度以AB/ H = 0.2 T/s的变化率均匀地增大，试求：当 t为多少 时，重物刚好离开地面？

13、 (g取10 m/s2)解析 回路中原磁场方向向下, 且磁感应强度增加, 由楞次定律 可以判知,感应电流的磁场方向向上,根据安培定则可以判知,ab中的感应电流的方向是a- b,由左手定则可知，ab所受安培力的方 向水平向左,从而向上拉起重物。设ab中电流为I时重物刚好离开地面，此时有F = BILi = Mg , I = E/R,E = / H = L1L2 AB/ &,B = Bo+ ( ZB/ H)t,解得 F = 0.4 N, I = 0.4 A, B= 2 T, t= 5 s。答案 5 s题组三 电磁感应中的能量问题6.（多选）把一个矩形线圈从理想边界的匀强磁场中匀速拉出来， 如图所示

14、，第一次为V1，第二次为v2,且v2 = 2v 1,两种情况下拉力 做的功W1与W2之比，拉力的功率P1与P2之比，线圈中产生的焦耳 热Q1与Q2之比（）1- 2 A2- 1-1- 2Q-QBC.1214教育资源解析 由题意知线圈被匀速拉出，所以有F = F安=BIL由法拉第电磁感应定律得BL V-1=BT 两式联立得F =B2L2vb?l2拉力做功为W= RS,所以两种情况下拉力做的功 Wi与W2之比为W1 = V1 = 1；W2v 22 ；由公式P = Fv可得，两种情况下拉力的功率Pi与P2之比为P1 =14；2V12 = V 2由公式Q = Pt和t= V可得，两种情况下线圈中产生的焦

15、耳热Qi与Q2之比为Ql_ Piti_ Piv2_ 1Q2卩2七2P2V12答案 AD7. （多选）两根足够长的光滑导轨竖直放置， 间距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的下端， 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 .释放瞬间金属棒的加速度等于重力加速度gB.金属棒向下运动时，流过电阻 R的电流方向为bC .金属棒的速度为v时，所受安培力FB2L2 vD .电阻R上产生的总热量等于金属棒重力势能的减小解析释放瞬间金属棒的速度为零，故仅受重力，其加速

16、度为重 力加速度，故 A选项正确；当金属棒向下运动切割磁感线时，由右B2L2vR ，手定则，可知电流方向是由a,故B选项错误；当金属棒速度为v时，感应电动势E _ BLv,感应电流l_ R,则安培力F _ BIL故C选项正确；金属棒的重力势能减少量等于 R上产生的焦耳热和金属棒增加的动能与弹簧弹性势能之和，故D选项错误。答案 AC8. 光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图所示，抛物线的 方程为y_ x2，其下半部处在一个水平方向的匀强磁场中，磁场的上 边界是y _ a的直线（图中的虚线所示），一个质量为m的小金属块从 抛物线y _b（ba）处以速度v沿抛物线下滑，假设抛物线足够长，则 金属块

17、在曲面上滑动的过程中产生的焦耳热总量是（）1 2A. mgbB.mv1 2C. mg(b a)D. mg(b a) + 2mv解析 金属块在进入磁场或离开磁场的过程中， 穿过金属块的磁通量发生变化，产生电流，进而产生焦耳热。最后，金属块在高为a一 1 2的曲面上做往复运动。减少的机械能为 mg(b a) + jmv，由能量的转化和守恒可知，减少的机械能全部转化成焦耳热，即选D。答案 D 课/后/巩/固快/速/提/能 1. 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()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

18、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解析 根据动生电动势的定义，A项正确；动生电动势中的非静 电力与洛伦兹力有关，感生电动势中的非静电力与感生电场有关，B、C、D项错误。答案 A2. 现代科学研究中常用到高速电子，电子感应加速器就是利用感生电场加速电子的设备。电子感应加速器主要有上、下电磁铁磁极 和环形真空室组成。当电磁铁绕组通以变化的电流时， 产生变化的磁 场，穿过真空盒所包围的区域内的磁通量也随时间变化，这时真空盒空间内就产生感应涡旋电场，电子将在涡旋电场作用下加速。如图所 示(上图为侧视图、下图为真空室的俯视图)，若电子被“约

19、束”在半 径为R的圆周上运动，当电磁铁绕组通有图中所示的电流时 ()A .若电子沿逆时针运动，保持电流的方向不变，当电流增大时， 电子将加速B.若电子沿顺时针运动，保持电流的方向不变，当电流增大时， 电子将加速C .若电子沿逆时针运动，保持电流的方向不变，当电流减小时， 电子将加速D .被加速时电子做圆周运动的周期不变解析 当电磁铁绕组通有题图中所示的电流时， 由安培定则可知 将产生向上的磁场， 当电磁铁绕组中电流增大时， 根据楞次定律和安 培定则可知， 这时真空盒空间内产生顺时针方向的感生电场， 电子沿 逆时针运动，电子将加速，选项 A正确，选项B、C错误；由于电子 被“约束”在半径为 R

20、的圆周上运动，被加速时电子做圆周运动的 周期减小，选项 D 错误。答案 A3. 如图所示，在匀强磁场中，放置两根光滑平行导轨 MN 和 PQ，其电阻不计，ab、cd两根导体棒，其电阻 Rab F 2, Ucd UabB. Fl = F 2 , Uab= UedC . Fi V F2, Uab UedD . F i = F2 , UabmgC. FvmgD .无法确定解析 当金属框架向左侧移动时，切割磁感线产生感应电动势 E =BL v,在上下极板间产生电势差，进而形成向上的匀强电场 Eo = E =Bv。若小球带正电荷q,其电场力向上、大小为 qEo = qv B,而洛 伦兹力由左手定则可判断

21、出方向向下、 大小为qvB,两者相互抵消相 当于只受重力和拉力作用，所以 F = mg, A选项正确。答案 A9. （多选）内壁光滑、水平放置的玻璃圆环内，有一直径略小于圆环直径的带正电的小球，以速率 v0沿逆时针方向匀速转动，若在此 空间突然加上方向竖直向上、磁感应强度B随时间成正比例增加的变化磁场。设运动过程中小球带电荷量不变，那么 （如图所示）（）A .小球对玻璃圆环的压力一定不断增大B.小球所受的磁场力一定不断增大C .小球先沿逆时针方向减速运动，之后沿顺时针方向加速运动D .磁场力对小球一直不做功解析 变化的磁场将产生感生电场，这种感生电场由于其电场线 是闭合的，也称为涡旋电场，其场

22、强方向可借助电磁感应现象中感应 电流方向的判定方法，使用楞次定律判断。当磁场增强时，会产生顺 时针方向的涡旋电场，电场力先对小球做负功使其速度减为零， 后对 小球做正功使其沿顺时针方向做加速运动，所以C正确；磁场力始终与小球运动方向垂直，因此始终对小球不做功，D正确；小球在水平面内沿半径方向受两个力作用：环的压力Fn和磁场的洛伦兹力F , 这两个力的合力充当小球做圆周运动的向心力，其中F = Bqv，磁场在增强，球速先减小，后增大，所以洛伦兹力不一定总在增大；向心2力F向=mr,其大小随速度先减小后增大，因此压力Fn也不一定始 终增大。故正确答案为C、D。答案 CD10. 如图所示，在竖直平面

23、内有两根平行金属导轨， 上端与电阻 R相连，磁感应强度为 B的匀强磁场垂直导轨平面。一质量为 m的 金属棒以初速度vo沿导轨竖直向上运动，上升到某一高度后又返回 到原处，整个过程金属棒与导轨接触良好， 导轨与棒的电阻不计。下 列说法正确的是（）A .回到出发点的速度v大于初速度voB.通过R的最大电流，上升过程小于下落过程C .电阻R上产生的热量，上升过程大于下落过程D .所用时间，上升过程大于下落过程解析金属棒切割磁感线运动，由右手定则和法拉第电磁感应定 律、安培力公式可知金属棒下落和上行时的受力情况，由能量守恒定 律可知，金属棒在运动过程中，机械能不断转化为热能，所以回到出 发点的速度v小

24、于初速度v,选项A错误；设金属棒运动的速度为E Blvv,长度为I,那么感应电动势E = Blv,通过R的电流1= R=R , 可见，当金属棒运动速度 v大时，通过R的电流大，因为金属棒在 运动过程中，机械能不断转化为热能，所以运动到同一高度处，上升 时的速度大于下降时的速度，所以通过 R的最大电流，上升过程大 于下落过程，选项 B错误；同一高度处金属棒上升时受到的安培力 大于下降时受到的安培力，由于上升和下降的高度相同，所以上升过 程克服安培力所做的功大于下降过程克服安培力做的功，故电阻R上产生的热量上升过程大于下落过程，C正确；金属棒在上升过程中， 受到向下的重力和安培力作用，加速度a上g

25、，金属棒在下落过程中， 受到向下的重力和向上的安培力，加速度a下vg,显然，a上ga下， 故运动相同的距离，tivt2，选项D错误。答案 C11. 如图甲所示，平行导轨 MN、PQ水平放置，电阻不计，两导轨间距d= 10 cm,导体棒ab、cd放在导轨上，并与导轨垂直。每根导体棒在导轨间的部分，电阻均为R= 1.0 Q用长为L = 20 cm 的绝缘丝线将两导体棒系住，整个装置处在匀强磁场中。t= 0时，磁 场方向竖直向下，丝线刚好处于未被拉伸的自然状态。 此后，磁感应 强度B随时间t的变化如图乙所示。不计感应电流磁场的影响，整个 过程丝线未被拉断。求：(1) 020s时间内，电路中感应电流的

26、大小与方向;(2) t= 1.0 s时刻丝线的拉力大小。解析(1)由题图乙可知 云=0.1 T/s,由法拉第电磁感应定律有阳3E r=ibs=2X10-3 V，则 i=2R= 1x 103 a由楞次定律和安培定则可知电流方向为acdba(2) 导体棒在水平方向上受到的丝线拉力和安培力平衡，由题图乙可知 t= 1.0 s时 B= 0.1 T,贝卩 Ft = F 安=Bid = 1X 10-5 N。答案 (1)1 x 10-3 A 方向为 acdba (2)1 x 10-5 N12. 如图所示，两平行导轨间距 L = 0.1 m,足够长光滑的倾斜 部分和粗糙的水平部分圆滑连接，倾斜部分与水平面的夹角0= 30 方向垂直斜面向上的磁场的磁感应强度B= 0.5 T,水平部分没有磁场。金属棒ab的质量m= 0.005 kg,电阻r = 0.02莒 运动中与导轨 有良好接触，并且垂直于导轨，导轨上接一定值电阻R= 0.08 Q其余电阻不计，当金属棒ab从斜面上离地高h= 1.0 m以上的任何地方 由静止释放后，在水平面上滑行的最大距离x都是1.2