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文档简介
1、4.1划时代的发现4.2探究电磁感应的产生条件学习目标:1. 知道奥斯特实验、电磁感应现象,了解电生磁和磁生电的发现过程。2. 通过学习体会人类探究自然规律的科学态度和科学精神3. 学会通过实验观察、记录结果、分析论证得出结论的科学探究方法4. 通过实验观察和实验探究,理解感应电流的产生条件。主要内容:一阅读教材第2、3页,回答下列问题:1.1803年奥斯特总结了一句话内容是什么?2.奥斯特发现了电流的磁效应,能说明他是一个“幸运儿”吗?3. 法拉第在奥斯特的电流磁效应的基础上,思考对称性原理,从而得出了什么样的结论?4. 什么是电流的磁效应?什么是电磁感应?什么是感应电流?5. 通过学习你从
2、奥斯特、法拉第等科学家身上学到了什么?二探究电磁感应的产生条件1、实验观察闭合电路的部分导体切割磁感线演示:导体左右平动,前后运动、上下运动。观察电流表的指针,把观察到的现象记录在表1中。如图4.2-1所示。观察实验,记录现象。表1导体棒的运动表针的摆动方向导体棒的运动表针的摆动方向向右平动向左平动向前平动向后平动向上平动向下平动结论: 向线圈中插入磁铁,把磁铁从线圈中拔出演示:如图4.2-2所示。把磁铁的某一个磁极向线圈中插入,从线圈中拔出,或静止地放在线圈中。观察电流表的指针,把观察到的现象记录在表2中。观察实验,记录现象。表2磁铁的运动表针的摆动方向磁铁的运动表针的摆动方向N极插入线圈S
3、极插入线圈N极停在线圈中S极停在线圈中N极从线圈中抽出S极从线圈中抽出结论: 模拟法拉第的实验演示:如图4.2-3所示。线圈A通过变阻器和开关连接到电源上,线圈B的两端与电流表连接,把线圈A装在线圈B的里面。观察以下几种操作中线圈B中是否有电流产生。把观察到的现象记录在表3中。观察实验,记录现象。表3操作现象开关闭合瞬间开关断开瞬间开关闭合时,滑动变阻器不动开关闭合时,迅速移动变阻器的滑片结论:2、分析论证演示实验1中:演示实验2中: 演示实验3中:3、归纳总结请大家思考以上几个产生感应电流的实例,能否从本质上概括出产生感应电流的条件?总结:电磁感应现象产生的条件可以概括为: 4、电磁感应中的
4、能量转化 分析:实验一、消耗机械能-电能发电机 实验三、电能由a螺线管转移到b螺线管变压器 结论: 。例题讲解:1.如图所示,环形金属软弹簧,套在条形磁铁的中心位置。若将弹簧沿半径向外拉,使其面积增大,则穿过弹簧所包围面积的磁通量将( )A增大 B减小C不变 D无法确定如何变化2.如图所示,开始时矩形线圈平面与匀强磁场的方向垂直,且一半在磁场内,一半在磁场外.若要使线圈中产生感应电流,下列做法中可行的是( )A.以ab边为轴转动 B.以bd边为轴转动(转动的角度小于60)C.以bd边为轴转动90后,增大磁感应强度D.以ac边为轴转动(转动的角度小于60)巩固练习:1.发现电流磁效应现象的科学家
5、是_,发现通电导线在磁场中受力规律的科学家是_,发现电磁感应现象的科学家是_,发现电荷间相互作用力规律的的科学家是_。2.下列现象中属于电磁感应现象的是( )A磁场对电流产生力的作用 B变化的磁场使闭合电路中产生电流C插在通电螺线管中的软铁棒被磁化 D电流周围产生磁场3.在图所示的条件下,闭合矩形线圈中能产生感应电流的是( ) 4.关于感应电流,下列说法中正确的是( )A只要穿过线圈的磁通量发生变化,线圈中就一定有感应电流B只要闭合导线做切割磁感线运动,导线中就一定有感应电流C若闭合电路的一部分导体不做切割磁感线运动,闭合电路中一定没有感应电流D当穿过闭合电路的磁通量发生变化时,闭合电路中一定
6、有感应电流5.在一长直导线中通以如图所示的恒定电流时,套在长直导线上的闭合线环(环面与导线垂直,长直导线通过环的中心),当发生以下变化时,肯定能产生感应电流的是( )A保持电流不变,使导线环上下移动B保持导线环不变,使长直导线中的电流增大或减小C保持电流不变,使导线在竖直平面内顺时针(或逆时针)转动D保持电流不变,环在与导线垂直的水平面内左右水平移动6.行驶中的汽车制动后滑行一段距离,最后停下;流星在夜空中坠落并发出明亮的火焰;降落伞在空中匀速下降;条形磁铁在下落过程中穿过闭合线圈,线圈中产生电流。上述不同现象中所包含的相同的物理过程 ( )A物体克服阻力做功B物体的动能转化为其他形式的能量C
7、物体的势能转化为其他形式的能量D物体的机械能转化为其他形式的能量7. 如图所示,绕在铁芯上的线圈与电源、滑动变阻器和电键组成闭合回路,在铁芯的右端套有一个表面绝缘的铜环A,下列各种情况中铜环A中没有感应电流的是( )A线圈中通以恒定的电流B通电时,使变阻器的滑片P做匀速移动C通电时,使变阻器的滑片P做加速移动D将电键突然断开的瞬间8、如图所示,一有限范围的匀强磁场,宽度为d,将一边长为l的正方形线框以速度v匀速地通过磁场区域,若d l,则在线框中产生感应电流的时间为多少?若d l,则在线框中产生感应电流的时间又为多少?4.3楞次定律教学目标1. 通过实验教学,感受楞次定律的实验推导过程,逐渐培
8、养自己观察实验,分析、归纳、总结物理规律的能力。2. 理解楞次定律的内容,理解楞次定律中“阻碍”二字的含义,能初步应用楞次定律判定感应电流方向。一、复习引入B问题1:如图,已知通电螺线管的磁场方向,螺线管线圈的电流方向?问题2:课本4.22 实验(向线圈中插入磁铁,把磁铁从线圈中抽出),大家注意到了指针偏转方向不同,那么究竟如何偏转?是否有规律可循?二实验探究(感应电流的方向与哪些因素有关?)1、实验的可能情景:2、实验探究,自己画出电流的方向3、记录、分析、总结:操作方法填写内容线圈内的磁通量增加线圈内的磁通量减少N极插入S极插入N极拔出S极拔出原来磁场的方向感应电流的方向感应电流的磁场方向
9、感应电流的磁场方向与原磁场方向关系总结规律:原磁通增加时,则感应电流磁场的方向与原磁场的方向相 ; 原磁通减小时,则感应电流磁场的方向与原磁场的方向相 。三楞次定律内容及其理解:、内容: 。、理解:、谁起阻碍作用?、阻碍什么?、怎样阻碍?怎么理解阻碍?例题讲解:1. 如图所示,通电导线旁边同一平面有矩形线圈abcd.则 ( )A.若线圈向右平动,其中感应电流方向是abcdB.若线圈竖直向下平动,无感应电流产生C.当线圈以ab边为轴转动时,其中感应电流方向是abcdD.当线圈向导线靠近时,其中感应电流方向是abcd总结:应用楞次定律步骤:、明确 磁场的方向;、明确穿过闭合回路的 是增加还是减少;
10、、根据楞次定律(增反减同),判定 的磁场方向;、利用 判定感应电流的方向。 2法拉第最初发现电磁感应现象的实验如图所示。铁环上绕有M、N两个线圈,当M线圈电路中的开关断开的瞬间,线圈N中从感应电流沿什么方向?四、楞次定律可以从不同的角度来理解:1. 如图所示,当条形磁铁突然向闭合铜环运动时,铜环里产生的感应电流的方向怎样?铜环运动情况怎样总结:2.如图所示,固定于水平面上的光滑平行导电轨道AB、CD上放着两根细金属棒ab、cd.当一条形磁铁自上而下竖直穿过闭合电路时,两金属棒ab、cd将如何运动?磁铁的加速度仍为g吗?总结:3.两同心金属圆环,使内环A通以顺时针方向电流,现使其电流增大,则在大
11、环B中产生的感应电流方向如何?若减小电流呢?I总结:四楞次定律的特例闭合回路中部分导体切割磁感线1.当闭合回路的部分导体切割磁感线也会引起磁通量的变化,从而使回路中产生感应电流,这种情况下回路中的电流的方向如何判断呢,可以用楞次定律判断电流的方向吗?右手定则的内容:伸开 手让拇指跟其余四指 ,并且都跟手掌在 内,让磁感线 从掌心进入, 指向导体运动方向,其余四指指向的就是导体中 方向适用条件: 的情况巩固练习:1如图所示,一水平放置的矩形闭合线框abcd,在细长磁铁的N极附近竖直下落,保持bc边在纸外,ad边在纸内,如图中的位置经过位置到位置,位置和都很靠近,在这个过程中,线圈中感应电流 (
12、)A.沿abcd流动B.沿dcba流动C.由到是沿abcd流动,由到是沿dcba流动D.由到是沿dcba流动,由到是沿abcd流动2如图所示,两个相同的铝环套在一根光滑杆上,将一条形磁铁向左插入铝环的过程中两环的运动情况是 ( )A.同时向左运动,间距增大B.同时向左运动,间距不变C.同时向左运动,间距变小D.同时向右运动,间距增大3.如图,有一固定的超导圆环,在其右端放一条形磁铁,此时圆环中无电流,当把磁铁向右方移走时,由于电磁感应,在超导圆环中产生了一定的电流.则以下判断中正确的是 A.此电流方向如箭头所示,磁铁移走后,此电流继续维持B.此电流方向与箭头方向相反,磁铁移走后,此电流很快消失
13、C.此电流方向如箭头所示,磁铁移走后,此电流很快消失D.此电流方向与箭头方向相反,磁铁移走后,此电流继续维持4如图所示,平行金属导轨的左端连有电阻R,金属导线框ABCD的两端用金属棒跨在导轨上,匀强磁场方向指向纸内。当线框ABCD沿导轨向右运动时,线框ABCD中有无闭合电流?_ _;电阻R上有无电流通过?_ _4.4法拉第电磁感应定律学习目标:1. 知道感应电动势,及决定感应电动势大小的因素。并能区别、。2. 理解法拉第电磁感应定律内容、数学表达式。知道E=BLv如何推得。会用和E=BLv解决问题。主要内容:一问题讨论:恒定电流中,电路中存在持续电流的条件是什么?如何判定感应电流的方向?感应电
14、流的强弱又如何来确定呢?二法拉第电磁感应定律(猜想,探究影响感应电动势的因素)结论:电动势的大小与磁通量的变化 有关,磁通量的变化越 电动势越大,磁通量的变化越 电动势越小。法拉第电磁感应定律内容:表达式:理解:三特例导线切割磁感线时的感应电动势闭合电路一部分导体ab处于匀强磁场中,磁感应强度为B,ab的长度为L,以速度v匀速切割磁感线,求产生的感应电动势? 理解:B,L,V两两 导线的长度L应为 长度导线运动方向和磁感线平行时,E= 速度V为平均值(瞬时值),E就为 ( )总结:思考:当导体的运动方向跟磁感线方向有夹角,感应电动势可用上面的公式计算吗?如图所示电路,闭合电路的一部分导体处于匀
15、强磁场中,导体棒以v斜向切割磁感线,求产生的感应电动势。解析:可以把速度v分解为两个分量:垂直于磁感线的分量v1=vsin和平行于磁感线的分量v2=vcos。后者不切割磁感线,不产生感应电动势。前者切割磁感线,产生的感应电动势为E=BLv1=BLvsin例题讲解:1.下列说法正确的是( )A、线圈中磁通量变化越大,线圈中产生的感应电动势一定越大B、线圈中的磁通量越大,线圈中产生的感应电动势一定越大C、线圈处在磁场越强的位置,线圈中产生的感应电动势一定越大D、线圈中磁通量变化得越快,线圈中产生的感应电动势越大2.一个匝数为100、面积为10cm2的线圈垂直磁场放置,在0. 5s内穿过它的磁场从1
16、T增加到9T。求线圈中的感应电动势。3.横截面积S=0.2 m2、n=100匝的圆形线圈A处在如图所示的磁场内,磁感应强度变化率为0.02 T/s.开始时S未闭合,R1=4 ,R2=6,C=30 F,线圈内阻不计,求:闭合S后,通过R2的电流的大小;闭合S后一段时间又断开,问S断开后通过R2的电荷量是多少?LvacRMNPQ4.如图所示,水平放置的平行金属导轨MN和PQ,相距L =0.50 m,导轨左端接一电阻 R = 0.20,磁感应强度B = 0.40T的匀强磁场方向垂直于导轨平面,导体棒ac垂直导轨放在导轨上,并能无摩擦地沿导轨滑动,导轨和导体棒的电阻均可忽略不计。当ac棒以v = 4.
17、0 m/s的速度水平向右匀速滑动时,求:ac棒中感应电动势的大小;回路中感应电流的大小和方向;维持ac棒做匀速运动的水平外力F的大小和方向。5. 如图,两根相距为l的平行直导轨ab、cd.b、d间连有一固定电阻R,导线电阻可忽略不计.MN为放在ab和cd上的一导体杆,与ab垂直,其电阻也为R.整个装置处于匀强磁场中,磁感应强度的大小为B,磁场方向垂直于导轨所在平面(指向图中纸面内).现对MN施力使它沿导轨方向以速度v(如图)做匀速运动.令U表示MN两端电压的大小,则( )A.U=Blv,流过固定电阻R的感应电流由b到dB.U=Blv,流过固定电阻R的感应电流由d到bC.U=Blv,流过固定电阻
18、R的感应电流由b到dD.U=Blv,流过固定电阻R的感应电流由d到b6.一个边长为L的正方向导线框,其电阻为R.线框以恒定速度v沿x轴运动,并穿过磁感应强度为B匀强磁场区域.试求在穿越磁场过程中BD两端的电压。x3LLA BC D巩固练习:1.法拉第电磁感应定律可以这样表述:闭合电路中感应电动势的大小 ( )A.跟穿过这一闭合电路的磁通量成正比B.跟穿过这一闭合电路的磁感应强度成正比C.跟穿过这一闭合电路的磁通量的变化率成正比D.跟穿过这一闭合电路的磁通量的变化量成正比2.将一磁铁缓慢地或迅速地插到闭合线圈中同样位置处,不发生变化的物理量有 ( )A.磁通量的变化率 B.感应电流的大小C.消耗
19、的机械功率 D.磁通量的变化量3.恒定的匀强磁场中有一圆形闭合导线圈,线圈平面垂直于磁场方向,当线圈在磁场中做下列哪种运动时,线圈中能产生感应电流 ( )A.线圈沿自身所在平面运动 B.沿磁场方向运动C.线圈绕任意一直径做匀速转动 D.线圈绕任意一直径做变速转动4一个N匝的圆线圈,放在磁感应强度为B的匀强磁场中,线圈平面跟磁感应强度方向成30角,磁感应强度随时间均匀变化,线圈导线规格不变.下列方法中可使线圈中感应电流增加一倍的是 ( )A.将线圈匝数增加一倍 B.将线圈面积增加一倍C.将线圈半径增加一倍 D.适当改变线圈的取向5如图所示,在竖直向下的匀强磁场中,将一个水平放置的金属棒ab以水平
20、初速度v0抛出,设运动的整个过程中棒的取向不变且不计空气阻力,则金属棒在运动过程中产生的感应电动势大小将 ( )A.越来越大B.越来越小C.保持不变D.无法确定6.如图所示,用长度La:Lb=2:1的同种导线做成圆环a、b,并在A、C处相连,(水平长度可忽略)当均匀变化的磁场垂直穿过a环时,环内电流为Il,A、C间电压为U1;若同样均匀变化的磁场穿过b环,环内电流为I2,A、C间电压为U2,则 ( )Al1:I2=4:1 BI1:I2=2:1CU1:U2=2:1 DU1:U2=4:1电磁感应综合问题学习目标:1. 掌握电磁感应中常见的四类问题:电路问题、动力学问题、能量问题、图像问题主要内容:
21、一. 电磁感应中的电路问题:例题讲解:1.如图所示,两个互连的金属圆环,粗金属环的电阻是细金属环电阻的二分之一,磁场垂直穿过粗金属环所在区域,当磁感应强度随时间均匀变化时,在粗环内产生的感应电动势为E,则a、b两点间的电势差为A.B.C.D.E2如图所示,金属环半径为a,总电阻为2R,匀强磁场磁感应强度为B,垂直穿过环所在平面电阻为R2的导体杆AB沿环表面以速度v向右滑至环中央时,杆的端电压为A、 B、 C、 D、3. 如图所示,导体杆op可绕o轴沿半径为r的光滑的半圆形框架在匀强磁场中以角速度转动,磁感应强度为B,ao 间接有电阻R,杆和框架电阻不计,则所施外力的功率为4如图所示,在一个磁感
22、应强度为B的匀强磁场中,有一弯成45角的金属导轨,且导轨平面垂直磁场方向一导线MN以速度v从导轨的o点处开始无摩擦地匀速滑动,速率v的方向与ox方向平行,导线和导轨单位长度的电阻为r450O x写出感应电动势的表达式感应电流的大小如何?MN写出作用在导线MN上的外力瞬时功率的表达式5如图所示,一个圆形线圈的匝数n1000,线圈面积S200cm2,线圈的电阻为r1W,在线圈外接一个阻值R4W的电阻,把线圈放人一个方向垂直线圈平面向里的匀强磁场中,磁感强度随时间变化规律如图线Bt所示求: (1) 从计时起在t3s、t5s时穿过线圈的磁通量是多少? (2)在t3s、t5s时,a、b两点的电势差分别是
23、多少 巩固练习:1.如图所示,两个互相连接的金属圆环用同样规格、同种材料的导线制成,大环半径是小环半径的4倍若穿过大环磁场不变,小环磁场的磁通量变化率为K时,其路端电压为U;若小环磁场不变,大环磁场的磁通量变化率也为K时,其路端电压为AU BU2 CU4 D4U2. 半径为a的圆形区域内有均匀磁场,磁感强度为B0.2T,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a0.4m,b0.6m,金属环上分别接有灯L1、L2,两灯的电阻均为R02,一金属棒MN与金属环接触良好,棒与环的电阻均忽略不计(1)若棒以v05m/s的速率在环上向右匀速滑动,求棒滑过圆环直径OO的
24、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90,若此时磁场随时间均匀变化,其变化率为B/t(4 /)T/s,求L1的功率3.匀强磁场的磁感应强度B=0.2 T,磁场宽度L=3 m,一正方形金属框边长l=1 m,每边电阻r=0.2,金属框以v=10 m/s的速度匀速穿过磁场区,其平面始终保持与磁感线方向垂直,如图所示.求:(1)画出金属框穿过磁场区的过程中,金属框内感应电流的I-t图线.(2)画出ab两端电压的U-t图线.(两题要求写出作图依据)4.光滑平行金属导轨水平面内固定,导轨间距L=0.5m,导轨右端接有电阻RL=
25、4小灯泡,导轨电阻不计。如图甲,在导轨的MNQP矩形区域内有竖直向上的磁场,MN、PQ间距d=3m,此区域磁感应强度B随时间t变化规律如图乙所示,垂直导轨跨接一金属杆,其电阻r=1,在t=0时刻,用水平恒力F拉金属杆,使其由静止开始自GH位往右运动,在金属杆由GH位到PQ位运动过程中,小灯发光始终没变化,求:(1)小灯泡发光电功率;(2)水平恒力F大小;(3)金属杆质量m.二. 电磁感应中的动力学问题:例题讲解:1.如图所示,水平固定的光滑U形金属框架宽为L,足够长,其上放一质量为m的金属棒ab,左端连接有一阻值为R的电阻(金属框架、金属棒及导线的电阻匀可忽略不计),整个装置处在竖直向下的匀强
26、磁场中,磁感应强度大小为B试讨论:如果在ab上加一恒力F,金属棒的运动情况。若给棒ab一个初速度0,使棒始终垂直框架并沿框架运动,金属棒的运动情况变式1.如果轨道倾斜,与水平面的夹角为,则金属棒运动情况如何?(可只讨论初速度为0的情况)变式2.如果轨道竖直,则金属棒运动情况如何?(可只讨论初速度为0的情况)巩固练习:1.如图甲所示,两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为的绝缘斜面上,两导轨间距为L.M、P两点间接有阻值为R的电阻.一根质量为m的均匀直金属杆ab放在两导轨上,并与导轨垂直.整套装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场方向垂直斜面向下.导轨和金属杆的电阻可忽略.让ab杆沿
27、导轨由静止开始下滑,导轨和金属杆接触良好,不计它们之间的摩擦.由b向a方向看到的装置如图乙所示,请在此图中画出ab杆下滑过程中某时刻的受力示意图.在加速下滑过程中,当ab杆的速度大小为v时,求此时ab杆中的电流及其加速度的大小.求在下滑过程中,ab杆可以达到的速度最大值.2如图所示,MN、PQ为平行光滑导轨,其电阻忽略不计,与地面成30角固定N、Q间接一电阻R=10,M、P端与电池组和开关组成回路,电动势E=6V,内阻r=1.0,导轨区域加有与两导轨所在平面垂直的匀强磁场现将一条质量m=10g,电阻R=10 的金属导线置于导轨上,并保持导线ab水平。已知导轨间距L=0.1m,当开关S接通后导线
28、ab恰静止不动(1)试计算磁感应强度的大小。(2)若某时刻将电键S断开,求导线ab能达到的最大速度。(设导轨足够长)3如图(甲)所示,一对平行光滑轨道放置在水平面上,两轨道间距l0.20m,电阻R1.0;有一导体杆静止地放在轨道上,与两轨道垂直,杆及轨道的电阻皆可忽略不计,整个装置处于磁感强度B0.50T的匀强磁场中,磁场方向垂直轨道面向下,现用一外力F沿轨道方向拉杆,使之做匀加速运动,测得力F与时间t的关系如图(乙)所示,求杆的质量m和加速度a三. 电磁感应中的能量问题:例题讲解:1如图所示PQ、MN为足够长的两平行金属导轨,它们之间连接一个阻值的电阻;导轨间距为,电阻,长约的均匀金属杆水平
29、放置在导轨上,它与导轨的滑动摩擦因数,导轨平面的倾角为在垂直导轨平面方ABMPQN向有匀强磁场,磁感应强度为,今让金属杆AB由静止开始下滑从杆静止开始到杆AB恰好匀速运动的过程中经过杆的电量,求:(1)当AB下滑速度为时加速度的大小(2)AB下滑的最大速度(3)从静止开始到AB匀速运动过程R上产生的热量aBbcdH2如图所示,具有水平的上界面的匀强磁场,磁感强度为B,方向水平指向纸内,一个质量为m,总电阻为R的闭合矩形线框abcd在竖直平面内,其ab边长为L,bc边长为h,磁场宽度大于h,线框从ab边距磁场上界面H高处自由落下,线框下落时,保持ab边水平且线框平面竖直已知ab边进入磁场以后,c
30、d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,此时cd边距上边界为h1,求:线框ab边进入磁场时的速度大小;从线框ab边进入磁场到线框速度达到最大的过程中,线框中产生的热量;巩固练习:1.如图所示,水平桌面上固定一个无电阻的光滑导轨,导轨左端由一个R=0.08欧的电阻相连,轨距d=50厘米。金属杆ab的质量m=0.1千克,电阻r=0.02欧,横跨导轨。磁感应强度B=0.2特的匀强磁场垂直穿过导轨平面。现用水平力F=0.1牛拉ab向右运动,杆ab匀速前进时速度大小为_米/秒;电路中消耗的电功率为_瓦,突然撤消外力F后,电阻R上还能产生的热量为_焦。 翰2.如图所示,电阻为R的矩形
31、导线框abcd,边长ab=L, ad=h,质量为 m,自某一高度自由下落,通过一匀强磁场,磁场方向垂直纸面向里,磁场区域宽度为h.若不计空气阻力,线框恰好以恒定速度通过磁场,则线框中产生的焦耳热是_.3. 如图所示,AB和CD是足够长的平行光滑导轨,其间距为l,导轨平面与水平面的夹角为。整个装置处在磁感应强度为B、方向垂直于导轨平面且向上的匀强磁场中。AC端连有阻值为R的电阻。若将一质量为M、垂直于导轨的金属棒EF在距BD端s处由静止释放,则棒滑至底端前会有加速和匀速两个运动阶段。现用大小为F、方向沿斜面向上的恒力把金属棒EF从BD位置由静止推至距BD端s处,此时撤去该力,金属棒EF最后又回到
32、BD端。求:(1)金属棒下滑过程中的最大速度。ABDCEFBsR(2)金属棒棒自BD端出发又回到BD端的整个过程中,有多少电能转化成了内能(金属棒及导轨的电阻不计)? 四. 电磁感应中的图象问题:例题讲解:1、如图所示, A 是一边长为 l 的正方形线框,电阻为 R 今维持线框以恒定速度 v 沿 x 轴运动,并穿过图中所示的匀强磁场 B 区域,若以X轴正方向作为力的正方向,线框在图示位置的时刻作为时间的零点,则磁场对线框的作用力 F 随时间 t 的变化图线为图中的 3.矩形导线框abcd固定在匀强磁场中,磁感线的方向与导线框所在平面垂直,规定磁场的正方向垂直纸面向里,磁感应强度B随时间变化的规
33、律如图所示.若规定顺时针方向为感应电流i的正方向,下列各图中正确的是电磁感应计算题集锦1.如图,一边长为L的正方形金属框,质量为m,电阻为R,用细线把它悬挂在一个有界的磁场边缘.金属框的上半部处于磁场内,下半部处于磁场外,磁场随时间均匀变化且满足B=kt规律,已知细线所能承受的最大拉力T=2mg,求从t=0时刻起,经多长时间细线会被拉断.2如图所示,竖直向上的匀强磁场在初始时刻的磁感应强度B0=0.5T,并且以=1T/s在增加,水平导轨的电阻和摩擦阻力均不计,导轨宽为0.5m,左端所接电阻R= 0.4。在导轨上l=1.0m处的右端搁一金属棒ab,其电阻R0=0.1,并用水平细绳通过定滑轮吊着质
34、量为M = 2kg 的重物,欲将重物吊起,问:(1)感应电流的方向(请将电流方向标在本题图上)以及感应电流的大小;lRBab(2)经过多长时间能吊起重物。3.均匀导线制成的单匝正方形闭合线框abcd,每边长为L,总电阻为R,总质量为m.将其置于磁感强度为B的水平匀强磁场上方h处,如图所示.线框由静止自由下落,线框平面保持在竖直平面内,且cd边始终与水平的磁场边界面平行.当cd边刚进入磁场时:(1)求线框中产生的感应电动势大小.(2)求cd两点间的电势差大小.(3)若此时线框加速度恰好为零,求线框下落的高度h所应满足的条件.4如图所示,cd,ef是两根电阻不计的光滑金属导轨,导轨间距离为L=0.
35、5m,导轨所在的平面与水平面间的夹角为60 0,两导轨间有垂直于导轨平面向上的匀强磁场,磁感应强度为B=0.5T, ab是质量为m=10g,电阻R=5的金属棒,导轨足够长,问:(1)若开关S断开,将ab由静止释放,经过多长时间将S接通,ab将刚好做匀速运动。(2)若开关S闭合,将ab由静止开始释放,ab上的最大热功率多大?5如图所示,处于匀强磁场中的两根足够长、电阻不计的平行金属导轨相距lm,导轨平面与水平面成=37角,下端连接阻值为尺的电阻匀强磁场方向与导轨平面垂直质量为0.2kg、电阻不计的金属棒放在两导轨上,棒与导轨垂直并保持良好接触,它们之间的动摩擦因数为0.25(1)求金属棒沿导轨由
36、静止开始下滑时的加速度大小;(2)当金属棒下滑速度达到稳定时,电阻R消耗的功率为8W,求该速度的大小;(3)在上问中,若R2,金属棒中的电流方向由a到b,求磁感应强度的大小与方向(g=10rns2,sin370.6, cos370.8)6. 如图所示,倾角=30、宽度L=1m的足够长的“U”形平行光滑金属导轨固定在磁感应强度B =1T,范围足够大的匀强磁场中,磁场方向垂直于斜面向下。用平行于轨道的牵引力拉一根质量m =0.2、电阻R =1的垂直放在导轨上的金属棒a b,使之由静止开始沿轨道向上运动。牵引力做功的功率恒为6W,当金属棒移动2.8m时,获得稳定速度,在此过程中金属棒产生的热量为5.
37、8J,不计导轨电阻及一切摩擦,取g=10m/s2。求:(1)金属棒达到稳定时速度是多大?(2)金属棒从静止达到稳定速度时所需的时间多长?7.水平面上两根足够长的金属导轨平行固定放置,问距为L,一端通过导线与阻值为R的电阻连接;导轨上放一质量为m的金属杆(见右上图),金属杆与导轨的电阻忽略不计;均匀磁场竖直向下.用与导轨平行的恒定拉力F作用在金属杆上,杆最终将做匀速运动.当改变拉力的大小时,相对应的匀速运动速度v也会变化,v与F的关系如右下图。(取重力加速度g=10m/s2)(1)金属杆在匀速运动之前做什么运动?(2)若m=0.5kg,L=0.5m,R=0.5;磁感应强度B为多大?(3)由vF图
38、线的截距可求得什么物理量?其值为多少?8如图所示,边长L=2.5m、质量m=0.50kg的正方形金属线框,放在磁感应强度B=0.80T的匀强磁场中,它的一边与磁场的边界MN重合。在水平力作用下由静止开始向左运动,在5.0s内从磁场中拉出。测得金属线框中的电流随时间变化的图象如下图所示。已知金属线框的总电阻R=4.0。试判断金属线框被拉出的过程中,线框中的感应电流方向,并在图中标出。求t=2.0s时金属线框的速度大小和水平外力的大小。OI/At/s1234560.60.50.40.30.20.1MNB已知在5.0s内力F做功1.92J,那么金属线框从磁场拉出的过程中,线框中产生的焦耳热是多少?9
39、. 如图所示,将边长为a、质量为m、电阻为R的正方形导线框竖直向上抛出,穿过宽度为b、磁感应强度为B的匀强磁场,磁场的方向垂直纸面向里线框向上离开磁场时的速度刚好是进人磁场时速度的一半,线框离开磁场后继续上升一段高度,然后落下并匀速进人磁场整个运动过程中始终存在着大小恒定的空气阻力f且线框不发生转动求: (1)线框在下落阶段匀速进人磁场时的速度v2; (2)线框在上升阶段刚离开磁场时的速度v1; Bba(3)线框在上升阶段通过磁场过程中产生的焦耳热Q 感应电荷量的计算1如图所示,边长为a,总电阻为R的闭合正方形单匝线框,放在磁感应强度为B的匀强磁场中,磁感线与线框平面垂直.当线框由图示位置转过
40、180角过程中,流过线框导线横截面的电荷量是多少?2.如图所示。在有明显边界MN的匀强磁场外有一个与磁场垂直的正方形闭合线框。有一个平行线框的力将此线框匀速地拉进磁场。设第一次拉时速度为v,第二次拉时速度为2 v,则在这两次拉的过程中,拉力大小之比为F1:F2=_,拉力做的功之比为W1:W2=_,拉力功率之比为P1:P2=_,流过导线横截面的电量之比为Q1:Q2=_2如图所示,在物理实验中,常用“冲击式电流计”来测定通过某闭合电路的电荷量探测器线圈和冲击电流计串联后,又能测定磁场的磁感应强度已知线圈匝数为n,面积为S,线圈与冲击电流计组成的回路电阻为R,把线圈放在被测匀强磁场中,开始时线圈与磁
41、场方向垂直,现将线圈翻转180,冲击式电流计测出通过线圈的电荷量为q,由此可知,被测磁场的磁磁感应强度B=_3. 如图所示,一矩形金属框架与水平面成=37角,宽L =0.4m,上、下两端各有一个电阻R0 =2,框架的其他部分电阻不计,框架足够长,垂直于金属框平面的方向有一向上的匀强磁场,磁感应强度B=1.0Tab为金属杆,与框架良好接触,其质量m=0.1Kg,杆电阻r=1.0,杆与框架的动摩擦因数0.5杆由静止开始下滑,在速度达到最大的过程中,上端电阻R0产生的热量Q0=0. 5J(sin37=0.6,cos37=0.8)求:(1)流过R0的最大电流;(2)从开始到速度最大的过程中ab杆沿斜面
42、下滑的距离;(3)在时间1s内通过杆ab横截面积的最大电量4. 如图甲所示, 两根足够长的平行光滑金属导轨固定放置在水平面上,间距L0.2m,一端通过导线与阻值为R=1的电阻连接;导轨上放一质量为m0.5kg的金属杆,金属杆与导轨的电阻均忽略不计.整个装置处于竖直向上的大小为B0.5T的匀强磁场中.现用与导轨平行的拉力F作用在金属杆上,金属杆运动的v-t图象如图乙所示. (取重力加速度g=10m/s2)求:(1)t10s时拉力的大小及电路的发热功率.t/s15105024v (m/s)图乙(2)在010s内,通过电阻R上的电量.FRB图甲4.6互感和自感学习目标:1.知道什么是互感现象和自感现
43、象。2.知道自感系数是表示线圈本身特征的物理量,知道它的单位及其大小的决定因素。3.知道自感现象的利与弊及对它们的利用和防止。4.能够通过电磁感应部分知识分析通电、断电自感现象的原因及磁场的能量转化问题。主要内容:问题讨论1:在法拉第的实验中两个线圈并没有用导线连接,当一个线圈中的电流变化时,在另一个线圈中为什么会产生感应电动势呢?(一)互感现象两个线圈之间并没有导线相连,但当一个线圈中的电流变化时,它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势。这种现象叫做 ,这种感应电动势叫做 。利用互感现象可以把 由一个线圈传递到另一个线圈。变压器就是利用互感现象制成的。如上图所示。翰(二)自感现象
44、问题讨论2:当电路自身的电流发生变化时,会不会产生感应电动势呢?演示通电自感现象。电路图,A1、A2是规格完全一样的灯泡。闭合电键S,调节变阻器R,使A1、A2亮度相同,再调节R1,使两灯正常发光,然后断开开关S。重新闭合S,观察到什么现象?(实验反复几次)现象:原因: 演示断电自感。电路图,接通电路,待灯泡A正常发光。然后断开电路,观察到什么现象?现象:原因:总结:导体本身电流发生变化而产生的电磁感应现象叫自感现象。自感现象中产生的电动势叫自感电动势。一自感电动势的大小例题讲解:1.实验1中,当电键闭合后,通过灯泡1的电流随时间变化的图像为 图;通过灯泡2的电流随时间变化的图像为 图。ItI
45、tItIt2.在实验2中,若线圈L的电阻RL与灯泡A的电阻RA相等,则电键断开前后通过线圈的电流随时间的变化图像为 图,通过灯泡的电流随时间的变化图像为 图;若RL远小于RA,则电键 断开前后通过线圈的电流随时间的变化图像为 图,通过灯泡的电流图 A B C DItItItIt像为 图。3.如图所示,电路甲、乙中,电阻R和自感线圈L的电阻值都很小,接通S,使电路达到稳定,灯泡D发光。则 ( )A在电路甲中,断开S,D将逐渐变暗B在电路甲中,断开S,D将先变得更亮,然后渐渐变暗C在电路乙中,断开S,D将渐渐变暗D在电路乙中,断开S,D将变得更亮,然后渐渐变暗4.如图所示,自感线圈的自感系数很大,
46、电阻为零。电键K原来是合上的,在K断开后,分析:若R1R2,灯泡的亮度怎样变化?若R1R2,灯泡的亮度怎样变化?巩固练习:1如图所示,L为一个自感系数大的自感线圈,开关闭合后,小灯能正常发光,那么闭合开关和断开开关的瞬间,能观察到的现象分别是 ( )A小灯逐渐变亮,小灯立即熄灭B小灯立即亮,小灯立即熄灭C小灯逐渐变亮,小灯比原来更亮一下再慢慢熄灭D小灯立即亮,小灯比原来更亮一下再慢慢熄灭2.如图所示的电路中,灯泡A1、A2的规格完全相同,自感线圈L的电阻可以忽略,下列说法中正确的是 ( )A当接通电路时,A2先亮,A1后亮,最后A2比A1亮B当接通电路时,A1和A2始终一样亮 C当断开电路时,
47、A1和A2都过一会儿熄灭D当断开电路时,A2立即熄灭,A1过一会儿熄灭3如图所示,L是电感足够大的线圈,其直流电阻可忽略不计,D1和D2是两个相同的灯泡,若将电键S闭合,等灯泡亮度稳定后,再断开电键S,则 ( )A电键S闭合时,灯泡D1、2同时亮,然后D1会变暗直到不亮,D2更亮B电键S闭合时,灯泡D1很亮,D2逐渐变亮,最后一样亮C电键S断开时,灯泡D2随之熄灭,而D1会亮一下后才熄灭D电键S断开时,灯泡D1随之熄灭,而D2会更亮后一下才熄灭金坛四中高二物理单元测试电磁感应一单项选择题(本题共7小题,每题3分,共24分,每小题只有一个选项符合题意.)1、关于感应电流,下列说法中正确的是 (
48、)A只要闭合电路内有磁通量,闭合电路中就有感应电流产生B穿过螺线管的磁通量发生变化时,螺线管内部就一定有感应电流产生C线圈不闭合时,即使穿过线圈的磁通量发生变化,线圈中也没有感应电流D只要电路的一部分作切割磁感线的运动,电路中就一定有感应电流2穿过一个电阻为l 的单匝闭合线圈的磁通量始终是每秒钟均匀地减少2 Wb,则( )A线圈中的感应电动势一定是每秒减少2 V B线圈中的感应电动势一定是2 VC线圈中的感应电流一定是每秒减少2 A D线圈中的感应电流一定是2 A3、如图所示,一闭合金属圆环用绝缘细线悬挂于O点,将圆环拉离平衡位置并释放,使圆环在竖起平面内摆动,摆动过程中经过有界的水平匀强磁场区域,A、B为该磁场的竖直边界,不计空气阻力,则( ) A圆环向右穿过磁场后,还能摆至原来
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