高中物理人教版选修32 4.4电磁感应专题分析

4/44/44/4电磁感应专题分析一根本概念1.感应电动势在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势,产生电动势的那局部导体相当于电源。2.产生感应电动势的条件穿过电路中的磁通量发生变化或导体切割磁感线3.感应电动势的大小〔1〕法拉第电磁感应定律内容：电路中感应电动势的大小,跟穿过这一电路中的磁通量的变化率成正比,即。说明：量的变化量〕。重点、难点分析磁通量与时刻对应,磁通量的变化量是两个时刻穿过这个面的磁通量之差,即量决定,还跟发生这个变化所用的时间有关,它描述的是磁通量变化的快慢,以上三个量根据以上三个量的比照,可以发现：穿过一个平面的磁通量大,磁通量的变化不一定大,磁通量的变化率也不一定大；穿过一个平面的磁通量的变化量大,磁通量不一定大,磁通量的变化率也不一定大；穿过一个平面的磁通量的变化率大,磁通量和磁通量的变化量都不一定大。E和回路总电阻R有关。3.导体棒切割磁感线的电动势〔1〕导体棒平动切割磁感线如图,电路一局部导体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？解析：设在Δt时间内导体棒由原来的位置运动到,这时线框面积的变化量为穿过闭合电路磁通量的变化量为据法拉第电磁感应定律,得导体棒转动切割磁感线如下图,长为L的金属棒ab,绕b端在垂直于匀强磁场的平面内以角速度ω匀速转动,磁感应强度为B,求ab两端的电势差。解析：ab两端的电势差等于金属棒切割磁感线产生的感应电动势,因此,只要求出感应电动势即可。此题是导体棒转动切割磁感线产生感应电动势的情况,棒上各点的速率不相等,由知,棒上各点的线速度跟半径成正比,故可用棒的中点的速率作为平均切割速率代入公式求解。此题也可以设时间ab棒扫过的扇形面积为,根据求解。【解析】解法一：解法二：①①②③得例题直升飞机停在南半球的地磁极上空。该处地磁场的方向竖直向上,磁感应强度为B。直升飞机螺旋桨叶片的长度为l,螺旋桨转动的频率为f,顺着地磁场的方向看螺旋桨,螺旋桨按顺时针方向转动。螺旋桨叶片的近轴端为a,远轴端为b,如下图。如果忽略a到转轴中心线的距离,用E表示每个叶片中的感应电动势,那么〔〕A.,且a点电势低于b点电势B.,且a点电势低于b点电势C.,旦a点电势高于b点电势D.,且a点电势高于b点电势解析螺旋桨叶片旋转切割磁感线产生感应电动势相当于电源,由右手定那么可知,a相当于电源的负极,b相当于电源的正极,即a点电势低于b点电势。由于从a→b叶片上各点的速度大小按的规律呈线性变化,由。综上分析可知,选项A正确。磁通量的变化量与感应电荷量的关系由法拉第电磁感应定律：(1)由闭合电路欧姆定律：(2)电荷量：(3)联立以上三式得(4)结论：感应电荷量正比于磁通量的变化量。5、安培力对时间的平均值的两种处理方法力对时间的平均值和力对位移的平均值通常不等。力对时间的平均值可以通过作F-t图象,求出曲线与tPAGEXXX轴围成的面积〔即总冲量〕,再除以总时间,其大小就是力对时间的平均值。角度一安培力对时间的平均值求电荷量安培力的冲量公式是,这是安培力在电磁感应中的一个重要推论。感应电流通过直导线时,直导线在磁场中受到安培力的作用,当导线与磁场垂直时,安培力的大小为F=BIL。在时间△t内安培力的冲量根据电流的定义式,式中q是时间t内通过导体截面的电量欧姆定律,R是回路中的总电阻电磁感应中可以得到安培力的冲量公式,此公式的特殊性决定了它在解题过程中的特殊应用。例如下图,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垂直磁场边界进入磁场,滑过磁场后速度变为v〔v<v0〕那么〔〕A．完全进入磁场中时线圈的速度大于〔v0+v〕/2；B．完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是不可能的解析：设线圈完全进入磁场中时的速度为。线圈在穿过磁场的过程中的感应电荷量为因为框进出磁场时面积变化量相等所以磁通量的变化量相等即进、出磁场感应电荷量相等下面是线圈在进入磁场、穿出磁场的过程中的动量定理：由上述二式可得,即B选项正确。点评：此题具有很强的综合性。由电磁感应知识推出,当减小时也减小,所以线圈在进入磁场和穿出磁场的过程都是变减速运动,所以不能用运动学的公式来解决问题了。进入磁场和穿出磁场的过程线圈的位移相同,我们可以利用动能定理,但无法对此题最终做出解答。这时要求学生能及时调节思维,合理进行选择,结合线圈在进入磁场和穿出磁场的过程中磁通量的变化量相等,利用安培力的冲量公式,会有柳暗花明又一村的感觉。角度二安培力对时间的平均值求位移安培力的冲量公式是①闭合电路欧姆定律②平均感应电动势：③位移：④①②③④得这是安培力在电磁感应中的又一个重要推论。6、安培力做功的类比学习电磁感应中的力学问题,常常涉及安培力做功及对应的能量转化,所以能量守恒与转化思想是解这类问题的法宝。为了开拓视野,发散思维,在学习的过程中还可以采用类比的方法,把导体棒受到的安培力类比为力学中的滑动摩擦力,克服滑动摩擦力做功对应着摩擦生热,克服安培力做功对应着感应电流的电能,最终转化为焦耳热；一对滑动摩擦力和一对安培力对系统做负功,对应的热都可用下面公式去计算：等等。例如下图,两根平行长直金属导轨倾斜放置,导轨平面与水平面的夹角为,导轨的间距为L,两导轨上端之间接有阻值为R的电阻。质量为m的导体棒ab垂直跨接在导轨上,接触良好,导体棒与导轨间的动摩擦因数为μ,导轨和导体棒的电阻均不计。在导轨平面上的矩形区〔如图6中虚线框所示〕域内存在着匀强磁场,磁场方向垂直导轨平面向上,磁感应强度的大小为B。当磁场以某一速度沿导轨平面匀速向上运动时,导体棒以速度v0随之匀速向上运动。设导体棒在运动过程中始终处于磁场区域内。求：(1)通过导体棒ab的电流大小和方向；(2)磁场运动的速度大小；(3)维持导体棒匀速向上运动,外界在时间t内需提供的能量是多少？解析：(1)导体棒ab做匀速运动,I=电流的方向由b到a(2)当导体棒以恒定速度v0匀速运动时,设磁场运动的速度为v那么E=BL(v-v0)通过导体棒的电流I=解得v=〔3〕用类比的方法,时间t内产生的焦耳热