2019年高中物理第一章電磁感應(yīng)第五節(jié)電磁感應(yīng)規(guī)律的應(yīng)用講義（含解析）粵教版.docx

電磁感應(yīng)規(guī)律的應(yīng)用1導(dǎo)體棒在垂直于勻強磁場的平面上轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢EBL2。2導(dǎo)體棒切割磁感線，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，導(dǎo)體棒等效為電源，其它為外電路，遵循閉合電路歐姆定律。3電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電能是通過克服安培力做功轉(zhuǎn)化而來的，克服安培力做了多少功，就產(chǎn)生多少電能。一、法拉第電機1原理法拉第電機是應(yīng)用導(dǎo)體棒在磁場中切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的原理制成的，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的導(dǎo)體相當于電源。2應(yīng)用法拉第電機與其他部分的導(dǎo)體或線框構(gòu)成閉合電路，遵從閉合電路歐姆定律。3電流方向在電源內(nèi)部，感應(yīng)電流方向從電源的負極流向正極；在外電路中，電流從電源的正極經(jīng)用電器流向負極。二、電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化1電磁感應(yīng)中的能量：在由導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，導(dǎo)體克服安培力做多少功，就有多少其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，即電能是通過克服安培力做功轉(zhuǎn)化來的。2電磁感應(yīng)現(xiàn)象符合能量守恒定律。3反電動勢(1)定義：直流電動機模型通電后，線圈因受安培力而轉(zhuǎn)動，切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢。(2)方向：與外加電壓的方向相反。(3)決定因素：電動機線圈轉(zhuǎn)動越快，反電動勢越大。1自主思考判一判(1)法拉第電機是法拉第發(fā)明的。()(2)法拉第電機中圓盤相當于電源，由于其形狀為圓形，所以無法區(qū)分正、負極。()(3)導(dǎo)體棒切割磁感線運動時，只要有電流通過，導(dǎo)體棒也會產(chǎn)生焦耳熱。()(4)電磁感應(yīng)現(xiàn)象總能產(chǎn)生焦耳熱，所以創(chuàng)造了能量。()(5)當線圈減速轉(zhuǎn)動時，也存在反電動勢。()2合作探究議一議(1)圖151甲、乙所示電路中哪部分導(dǎo)體相當于電源？a、b兩點哪點的電勢高？圖151提示：圖甲中線圈相當于電源，圖乙中導(dǎo)體棒相當于電源；根據(jù)楞次定律可判斷甲圖中線圈外電流方向由ba，b點電勢高。根據(jù)右手定則可判定乙圖中棒上電流方向由ba，a點電勢高。(2)在有安培力做功的電路中，歐姆定律還適用嗎？提示：有安培力做功的電路為非純電阻電路，電路中發(fā)生了電能與機械能的轉(zhuǎn)化，歐姆定律不再適用。導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢 典例如圖152所示，水平放置的兩平行金屬導(dǎo)軌相距L050 m，左端接一電阻R020 ，磁感應(yīng)強度B040 T的勻強磁場方向垂直于導(dǎo)軌平面向下，導(dǎo)體棒ac(長為L)垂直放在導(dǎo)軌上，并能無摩擦地沿導(dǎo)軌滑動，導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒的電阻均可忽略不計。當ac棒以v40 m/s的速度水平向右勻速滑動時，求：圖152(1)ac棒中感應(yīng)電動勢的大小。(2)回路中感應(yīng)電流的大小。(3)維持ac棒做勻速運動的水平外力的大小。思路點撥本題可按以下思路進行分析：解析(1)ac棒垂直切割磁感線，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的大小為EBLv04005040 V080 V。(2)回路中感應(yīng)電流的大小為I A40 A由右手定則知，ac棒中的感應(yīng)電流由c流向a。(3)ac棒受到的安培力大小為F安BIL04040050 N080 N，由左手定則知，安培力方向向左。由于導(dǎo)體棒勻速運動，水平方向受力平衡，則F外F安080 N，方向水平向右。答案(1)080 V(2)40 A(3)080 N1平動切割產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢(1)一般直接利用公式EBLvsin 進行計算。(2)感應(yīng)電動勢或感應(yīng)電流的方向可以根據(jù)右手定則判斷。(3)當導(dǎo)體棒上有感應(yīng)電流流過時要受到安培力的作用，安培力的方向與導(dǎo)體棒相對磁場的運動方向相反，阻礙導(dǎo)體棒與磁場的相對運動。 2轉(zhuǎn)動切割產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢如圖所示，長為l的導(dǎo)體棒ab以a為圓心，以角速度在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動，其感應(yīng)電動勢可從兩個角度推導(dǎo)。(1)棒上各點速度不同，其平均速度l，由EBlv得棒上感應(yīng)電動勢大小為EBllBl2。(2)若經(jīng)時間t，棒掃過的面積為Sl2l2t，磁通量的變化量BSBl2t，由E得棒上感應(yīng)電動勢大小為EBl2。1如圖153所示，在豎直向下的勻強磁場中，將一個水平放置的金屬棒ab以水平初速度v0拋出，設(shè)運動的整個過程中棒的取向不變且不計空氣阻力，則金屬棒在運動過程中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大小將()圖153A越來越大B越來越小C保持不變 D無法確定解析：選CEBLvsin BLvx；ab做平拋運動，水平速度保持不變，感應(yīng)電動勢保持不變。2如圖154所示，在蹄形磁鐵的兩極間有一可以自由轉(zhuǎn)動的銅盤(不計各種摩擦)，現(xiàn)讓銅盤轉(zhuǎn)動。下面對觀察到的現(xiàn)象描述及解釋正確的是()圖154A銅盤中沒有感應(yīng)電動勢、沒有感應(yīng)電流，銅盤將一直轉(zhuǎn)動下去B銅盤中有感應(yīng)電動勢、沒有感應(yīng)電流，銅盤將一直轉(zhuǎn)動下去C銅盤中既有感應(yīng)電動勢又有感應(yīng)電流，銅盤將很快停下D銅盤中既有感應(yīng)電動勢又有感應(yīng)電流，銅盤將越轉(zhuǎn)越快解析：選C銅盤轉(zhuǎn)動時，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律及楞次定律知，盤中有感應(yīng)電動勢，也產(chǎn)生感應(yīng)電流，并且受到阻尼作用，機械能很快轉(zhuǎn)化為電能進而轉(zhuǎn)化為焦耳熱，銅盤將很快停下，故C對，A、B、D錯。3(多選)一根直導(dǎo)線長01 m，在磁感應(yīng)強度為01 T的勻強磁場中以10 m/s的速度勻速運動，則導(dǎo)線中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的說法正確的是()A一定為01 VB可能為零C可能為001 V D最大值為01 V解析：選BCD當公式EBlv中B、l、v互相垂直而導(dǎo)體切割磁感線運動時感應(yīng)電動勢最大：EmBlv010110 V01 V，考慮到它們?nèi)叩目臻g位置關(guān)系，B、C、D正確，A錯誤。電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化與守恒電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化(1)與感生電動勢有關(guān)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，磁場能轉(zhuǎn)化為電能，若電路是純電阻電路，轉(zhuǎn)化過來的電能將全部轉(zhuǎn)化為電阻的內(nèi)能。(2)與動生電動勢有關(guān)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，通過克服安培力做功，把機械能或其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能?？朔才嗔ψ龆嗌俟?，就產(chǎn)生多少電能。若電路是純電阻電路，轉(zhuǎn)化過來的電能也將全部轉(zhuǎn)化為電阻的內(nèi)能。典例在圖155中，設(shè)運動導(dǎo)線ab長為L，速度為v，勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B，閉合電路總電阻為R。探究為了保持導(dǎo)線做勻速運動，外力所做的功W外和感應(yīng)電流的電功W電的關(guān)系。圖155思路點撥解析運動導(dǎo)體產(chǎn)生的電動勢EBLv電路中感應(yīng)電流I磁場對這個電流的作用力F安ILB保持勻速運動所需外力F外F安在t時間內(nèi)，外力所做的功W外F外vt t而此時間內(nèi)，感應(yīng)電流的電功是W電I2R tt可見W外W電。答案見解析求解電磁感應(yīng)現(xiàn)象中能量守恒問題的一般步驟(1)分析回路，分清電源和外電路。在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，切割磁感線的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化的回路將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，該導(dǎo)體或回路就相當于電源，其余部分相當于外電路。(2)分析清楚有哪些力做功，明確有哪些形式的能量發(fā)生了轉(zhuǎn)化。如：做功情況能量變化特點滑動摩擦力做功有內(nèi)能產(chǎn)生重力做功重力勢能必然發(fā)生變化克服安培力做功必然有其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，并且克服安培力做多少功，就產(chǎn)生多少電能安培力做正功電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能(3)根據(jù)能量守恒列方程求解。 1(多選)如圖156所示，勻強磁場方向垂直于線圈平面，先后兩次將線圈從同一位置勻速地拉出有界磁場，第一次拉出時速度為v1v0，第二次拉出時速度為v22v0，前后兩次拉出線圈的過程中，下列說法錯誤的是()圖156A線圈中感應(yīng)電流之比是12B線圈中產(chǎn)生的熱量之比是21C沿運動方向作用在線框上的外力的功率之比為12D流過任一橫截面感應(yīng)電荷量之比為11解析：選BC線框在拉出磁場的過程中，導(dǎo)體做切割磁感線運動，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢EBlv，線框中的感應(yīng)電流I，所以I1I2v1v212；線框中產(chǎn)生的電熱QI2Rt2R，所以Q1Q2v1v212；由于勻速運動，施加的外力與安培力相等，故外力的功率PFvBIlv，所以P1P2vv14；流過線圈任一橫截面的電荷量為qIt，所以q1q211。2MN為中間接有電阻R5 的足夠長的U形金屬框架，框架寬L02 m，豎直放置在如圖157所示的水平勻強磁場中，磁感應(yīng)強度B5 T。一長度也為L、電阻為r1 的導(dǎo)體棒PQ可沿MN無摩擦滑動且接觸良好?，F(xiàn)無初速釋放導(dǎo)體棒PQ，發(fā)現(xiàn)PQ下滑h6 m時恰好達到穩(wěn)定下滑狀態(tài)。已知導(dǎo)體棒PQ的質(zhì)量m01 kg，其余電阻不計。求：圖157(1)導(dǎo)體棒PQ穩(wěn)定下滑時的速度；(2)此過程中電阻R上產(chǎn)生的熱量。(g取10 m/s2)解析：(1)導(dǎo)體棒PQ穩(wěn)定下滑時，做勻速運動。則F安BILmg而I故v m/s6 m/s。(2)根據(jù)能的轉(zhuǎn)化與守恒定律得：mghmv2Q總而電阻R上產(chǎn)生的熱量為QR Q總代入數(shù)據(jù)解得QR35 J。答案：(1)6 m/s(2)35 J1(多選)在直流電動機中，下列說法正確的是()A直流電動機正常工作時，電功大于電熱B直流電動機的轉(zhuǎn)速越大，感應(yīng)電動勢越大，線圈中電流越大，產(chǎn)生的電熱越多C如果電動機工作中，因機械阻力過大而停止轉(zhuǎn)動，此時反電動勢為零，線圈中會有很大電流而容易燒壞電動機D由于反電動勢的存在，不能用閉合電路的歐姆定律計算電動機的工作電流解析：選AC由UIIEI2R可知選項A正確；轉(zhuǎn)速越大時，反電動勢E越大，由I知，I越小，線圈中產(chǎn)生的熱量越少，B錯誤；盡管存在反電動勢，仍可用閉合電路的歐姆定律計算電動機的工作電流，D錯誤；當電動機因阻力而停止轉(zhuǎn)動時，反電動勢為零，電功等于電熱，電流I很大，線圈中產(chǎn)生的熱功率很大，C選項正確。2(多選)一個面積S4102 m2、匝數(shù)n100匝的線圈，放在勻強磁場中，磁場方向垂直于線圈平面，磁感應(yīng)強度B隨時間t變化的規(guī)律如圖1所示，則下列判斷正確的是()圖1A在開始的2 s內(nèi)穿過線圈的磁通量的變化率等于008 Wb/sB在開始的2 s內(nèi)穿過線圈的磁通量的變化量等于零C在開始的2 s內(nèi)線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢等于8 VD在第3 s末線圈中的感應(yīng)電動勢等于零解析：選AC由Bt圖像可知，在開始的2 s內(nèi)， Wb/s008 Wb/s，選項A正確，B錯誤；在開始的2 s內(nèi)，En100008 V8 V，故選項C正確；第3 s末磁感應(yīng)強度的變化率不為零，則感應(yīng)電動勢也不為零，故選項D錯誤。3(多選)如圖2所示，導(dǎo)體棒AB在做切割磁感線運動時，將產(chǎn)生一個感應(yīng)電動勢，因而在電路中有電流通過。下列說法中正確的是()圖2A因?qū)w運動而產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢稱為動生電動勢B動生電動勢的產(chǎn)生與洛倫茲力有關(guān)C動生電動勢的產(chǎn)生與電場力有關(guān)D動生電動勢和感生電動勢產(chǎn)生的原因是一樣的解析：選AB動生電動勢是由于導(dǎo)體運動而產(chǎn)生的，選項A正確；動生電動勢中，非靜電力是洛倫茲力沿導(dǎo)體棒方向的分力，而感生電動勢是由感生電場產(chǎn)生的，選項B正確，C、D錯誤。4如圖3所示，等腰直角三角形OPQ區(qū)域內(nèi)存在勻強磁場，另有一等腰直角三角形導(dǎo)線框ABC以恒定的速度v沿垂直于磁場方向穿過磁場，穿越過程中速度方向始終與AB邊垂直，且保持AC平行于OQ。關(guān)于線框中的感應(yīng)電流，以下說法正確的是()圖3A開始進入磁場時感應(yīng)電流最小B開始穿出磁場時感應(yīng)電流最大C開始進入磁場時感應(yīng)電流沿順時針方向D開始穿出磁場時感應(yīng)電流沿順時針方向解析：選D線框中感應(yīng)電流的大小正比于感應(yīng)電動勢的大小，又感應(yīng)電動勢EBL有v，L有指切割磁感線部分兩端點連線在垂直于速度方向上的投影長度，故開始進入磁場時感應(yīng)電流最大，開始穿出磁場時感應(yīng)電流最小，選項A、B錯誤。感應(yīng)電流的方向可以用楞次定律判斷，可知選項D正確，C錯誤。5水平放置的金屬框架cdef處于如圖4所示的勻強磁場中，金屬棒ab處于粗糙的框架上且與框架接觸良好，從某時刻開始，磁感應(yīng)強度均勻增大，金屬棒ab始終保持靜止，則()圖4Aab中電流增大，ab棒所受摩擦力也增大Bab中電流不變，ab棒所受摩擦力也不變Cab中電流不變，ab棒所受摩擦力增大Dab中電流增大，ab棒所受摩擦力不變解析：選C磁感應(yīng)強度均勻增大時，磁通量的變化率恒定，故回路中的感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流都是恒定的；又棒ab所受的摩擦力等于安培力，即FfF安BIL，故當B增加時，摩擦力增大，選項C正確。6如圖5所示，用粗細相同的銅絲做成邊長分別為L和2L的兩只閉合線框a和b，以相同的速度從磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場區(qū)域中勻速地拉到磁場外，不考慮線框的動能，若外力對線框做的功分別為Wa、Wb，則WaWb為()圖5A14B12C11 D不能確定解析：選A根據(jù)能的轉(zhuǎn)化和守恒可知，外力做功等于電能，而電能又全部轉(zhuǎn)化為焦耳熱WaQaWbQb由電阻定律知，Rb2Ra，故WaWb14。7(多選)如圖6所示，磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場有理想界面，用力將矩形線圈從磁場中勻速拉出。在其他條件不變的情況下()圖6A速度越大時，拉力做功越多B線圈邊長L1越大時，拉力做功越多C線圈邊長L2越大時，拉力做功越多D線圈電阻越大時，拉力做功越多解析：選ABCF勻速拉出線圈過程所做的功為WFL2，又FF安IBL1，I，所以W，可知A、B、C正確，D錯誤。8一個邊長為a1 m的正方形線圈，總電阻為R2 ，當線圈以v2 m/s的速度通過磁感應(yīng)強度B05 T的勻強磁場區(qū)域時，線圈平面總保持與磁場垂直。若磁場的寬度b1 m，如圖7所示，求：圖7(1)線圈進入磁場過程中感應(yīng)電流的大??；(2)線圈在穿過整個磁場過程中釋放的焦耳熱。解析：(1)根據(jù)EBlv，I，知I A05 A。(2)線圈穿過磁場過程中，由于b1 m，故只在進入和穿出時有感應(yīng)電流，故Q2I2Rt2I2R20522 J05 J。答案：(1)05 A(2)05 J9(多選)如圖8所示，金屬桿ab以恒定的速率v在光滑平行導(dǎo)軌上向右滑行，設(shè)整個電路中總電阻為R(恒定不變)，整個裝置置于垂直紙面向里的勻強磁場中，下列敘述正確的是()圖8Aab桿中的電流與速率v成正比B磁場作用于ab桿的安培力與速率v成正比C電阻R上產(chǎn)生的熱功率與速率v成正比D外力對ab桿做功的功率與速率v成正比解析：選AB由EBlv和I，得I，所以安培力FBIl，電阻上產(chǎn)生的熱功率PI2R，外力對ab做功的功率就等于回路產(chǎn)生的熱功率。10(2016全國甲卷)如圖9，水平面(紙面)內(nèi)間距為l的平行金屬導(dǎo)軌間接一電阻，質(zhì)量為m、長度為l的金屬桿置于導(dǎo)軌上。t0時，金屬桿在水平向右、大小為F的恒定拉力作用下由靜止開始運動。t0時刻，金屬桿進入磁感應(yīng)強度大小為B、方向垂直于紙面向里的勻強磁