法拉第電磁感應(yīng)定律-自感

1、法拉第電磁感應(yīng)定律_自感第1頁，共57頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)22分，星期四二、法拉第電磁感應(yīng)定律1.法拉第電磁感應(yīng)定律 (1)定律內(nèi)容:電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小,跟穿過 這一電路的 成正比. (2)公式: .2.導(dǎo)體切割磁感線的情形 (1)一般情況:運(yùn)動(dòng)速度v和磁感線方向夾角為 , 則E= . (2)常用情況:運(yùn)動(dòng)速度v和磁感線方向垂直,則 E= .磁通量的變化率BlvsinBlv第2頁，共57頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)22分，星期四(3)導(dǎo)體棒在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)體棒以端點(diǎn)為軸,在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中垂直于磁感線方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=Bl =(平均速度取中點(diǎn)位置線速度 ).名師點(diǎn)撥

2、E=n 往往用來求t時(shí)間內(nèi)的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì);而E=Blvsin 常用來求瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).但兩公式又是統(tǒng)一的,一般來說,公式E=n 適用于磁場(chǎng)變化求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),E=Blv用于導(dǎo)體切割磁感線求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).第3頁，共57頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)22分，星期四三、自感和渦流1.互感現(xiàn)象 兩個(gè)線圈之間并沒有導(dǎo)線相連,但當(dāng)一個(gè)線圈中的電 流變化時(shí),它所產(chǎn)生的變化的 會(huì)在另一個(gè)線 圈中產(chǎn)生 的現(xiàn)象.互感現(xiàn)象可以把能量 由一個(gè)線圈傳遞到另一個(gè)線圈, 就是利用互 感現(xiàn)象制成的.2.自感現(xiàn)象 當(dāng)一個(gè)線圈中的電流變化時(shí),它產(chǎn)生的變化的磁場(chǎng)不僅在鄰近的電路中激發(fā)出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),同樣也在它本身激發(fā)出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的

3、現(xiàn)象.磁場(chǎng)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)變壓器第4頁，共57頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)22分，星期四3.自感電動(dòng)勢(shì) (1)定義:在 中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì). (2)表達(dá)式: . (3)自感系數(shù)L 相關(guān)因素:與線圈的 、形狀、 以及是否有鐵芯有關(guān). 單位:亨利(H,1 mH= H,1 H= H.4.渦流 當(dāng)線圈中的電流發(fā)生變化時(shí),由于電磁感應(yīng),附近的 任何導(dǎo)體中都會(huì)產(chǎn)生 ,這種電流像水的 旋渦所以叫渦流.自感現(xiàn)象大小匝數(shù)10-310-6感應(yīng)電流第5頁，共57頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)22分，星期四(1)電磁阻尼:當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí),感應(yīng)電流會(huì)使導(dǎo)體受到 ,安培力的方向總是 導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng).(2)電磁驅(qū)動(dòng):

4、如果磁場(chǎng)相對(duì)于導(dǎo)體轉(zhuǎn)動(dòng),在導(dǎo)體中會(huì)產(chǎn)生 使導(dǎo)體受到安培力的作用,安培力 使導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)起來.安培力阻礙感應(yīng)電流第6頁，共57頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)22分，星期四1.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E的大小決定于穿過電路的磁通量的 變化率 ,而與 的大小和 的大小沒有必然的關(guān)系,與電路的電阻R無關(guān).感應(yīng)電流的大小與 E和回路總電阻R有關(guān).2.磁通量的變化率 是 t圖象上某點(diǎn)切線的 斜率.3.在高中階段所涉及的磁通量發(fā)生變化有兩種方式:一是磁感應(yīng)強(qiáng)度B不變,垂直于磁場(chǎng)的回路面積發(fā) 生變化,此時(shí)E=nB ;二是垂直于磁場(chǎng)的回路面積不變,磁感應(yīng)強(qiáng)度發(fā)生變化,此時(shí)E=n S,其中 是Bt圖象的斜率.熱點(diǎn)一 對(duì)法拉第電

5、磁感應(yīng)定律的理解熱點(diǎn)聚焦第7頁，共57頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)22分，星期四4.公式E= 與E=Blvsin 的區(qū)別和聯(lián)系 (1)區(qū)別:一般來說,E= 求出的是t時(shí)間內(nèi)的 平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).公式E=Blvsin ,若v為瞬時(shí)速 度,則E為瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì);若v為平均速度,則E為平均電動(dòng)勢(shì). 求得的電動(dòng)勢(shì)是整個(gè)回路的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),而不是回路中某段導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).整個(gè)回路的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零時(shí),其回路中某段導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不一定為零.如正方形線框在磁場(chǎng)中垂直于磁感線做勻速運(yùn)動(dòng).第8頁，共57頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)22分，星期四(2)聯(lián)系:公式E= 與E=Blvsin 是統(tǒng)一的.當(dāng)E= 中

6、的t0時(shí),則E為瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),只是由于高中數(shù)學(xué)知識(shí)的限制,我們現(xiàn)在不能這樣求出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).公式E=Blvsin 中的v若代入平均速度,則求出的E為平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).第9頁，共57頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)22分，星期四熱點(diǎn)二 導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算1.導(dǎo)體平動(dòng)切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 對(duì)于導(dǎo)體平動(dòng)切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算 式E=Blv,應(yīng)從以下幾個(gè)方面理解和掌握: (1)正交性 本公式是在一定條件下得出的,除了磁場(chǎng)是勻強(qiáng)磁場(chǎng)外,還需B、l、v三者相互垂直.實(shí)際問題中當(dāng)它們不相互垂直時(shí),應(yīng)取垂直的分量進(jìn)行計(jì)算.第10頁，共57頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)22分，

7、星期四如一個(gè)與水平面成 角的寬為l的U型框架中,一金屬棒MN自導(dǎo)軌上滑下,當(dāng)速度為v時(shí),由于B與v不垂直,可把v分解為垂直B的v1和平行于B的v2,則E=Blv1=Blvcos .(如圖1所示)(2)平均性導(dǎo)體平動(dòng)切割磁感線時(shí),若 為平均速度,則E為平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),即E=Bl .(3)瞬時(shí)性若v為瞬時(shí)速度,則E亦為相應(yīng)的瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).圖1第11頁，共57頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)22分，星期四(4)有效性導(dǎo)體平動(dòng)切割磁感線,l為導(dǎo)體兩端點(diǎn)的有效長(zhǎng)度,若lB,lv,則E=Blv.如圖2所示的導(dǎo)線切割磁感線的運(yùn)動(dòng)中,運(yùn)用E=Blv公式求a、b兩點(diǎn)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)時(shí),都以虛線的長(zhǎng)度l為各自的有效

8、長(zhǎng)度,即感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)都為E=Blv.(5)相對(duì)性E=Blv中的速度v是相對(duì)于磁場(chǎng)B的速度,若磁場(chǎng)也運(yùn)動(dòng)時(shí),應(yīng)注意速度間的相對(duì)關(guān)系.圖2第12頁，共57頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)22分，星期四2.導(dǎo)體轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁感線產(chǎn)生的感 應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 當(dāng)求導(dǎo)體在垂直于磁場(chǎng)的平面 內(nèi)因繞一端以角速度 勻速轉(zhuǎn)動(dòng) 而切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)時(shí), 如圖3所示.E=Blv中=Bl = Bl2 .式中的v中為導(dǎo)體桿中點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)線速度(v中實(shí)為整個(gè)桿的平均速度 ).圖3第13頁，共57頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)22分，星期四特別提示在利用E=Blv計(jì)算電動(dòng)勢(shì)時(shí),要特別注意:先判定屬于上述哪種情況,是否符合公式的使用

9、條件.交流與思考:做切割磁感線運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體相當(dāng)于電源,如何判斷其正負(fù)極?提示:產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的導(dǎo)體相當(dāng)于電源,在電源內(nèi)部電流由低電勢(shì)流向高電勢(shì),常由此來確定電源的正負(fù)極及內(nèi)外電路電勢(shì)的高低.第14頁，共57頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)22分，星期四熱點(diǎn)三 通電自感和斷電自感的比較通電自感斷電自感電路圖第15頁，共57頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)22分，星期四器材要求A1、A2同規(guī)格,R=RL,L較大L很大(有鐵芯),RLRA現(xiàn)象在S閉合瞬間,A2燈立即亮起來,A1燈逐漸變亮,最終一樣亮在開關(guān)S斷開時(shí),燈A突然閃亮一下后再漸漸熄滅(當(dāng)抽掉鐵芯后,重做實(shí)驗(yàn),斷開開關(guān)S時(shí),會(huì)看到燈A馬上熄

10、滅)原因由于開關(guān)閉合時(shí),流過電感線圈的電流迅速增大,使線圈產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì),阻礙了電流的增大,使流過A1燈的電流比流過A2燈的電流增加得慢斷開開關(guān)S時(shí),流過線圈L的電流減小,產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì),阻礙了電流的減小,使電流繼續(xù)存在一段時(shí)間;在S斷開后,通過L的電流反向通過電燈A,且由于RLRA,使得流過A燈的電流在開關(guān)斷開瞬間突然增大,從而使A燈的發(fā)光功率突然變大能量轉(zhuǎn)化情況電能轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電能第16頁，共57頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)22分，星期四特別提示1.通電時(shí)線圈產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)阻礙電流的增加且與電流方向相反,此時(shí)含線圈L的支路相當(dāng)于斷開.2.斷開時(shí)線圈產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)與原電

11、流方向相同,在與線圈串聯(lián)的回路中,線圈相當(dāng)于電源,它提供的電流從原來的IL逐漸變小.但流過燈A的電流方向與原來相反.3.自感電動(dòng)勢(shì)只是延緩了過程的進(jìn)行,但它不能使過程停止,更不能使過程反向.第17頁，共57頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)22分，星期四交流與思考:如何判斷斷電自感中小燈泡是否閃亮一下才熄滅?提示:如圖所示,原來電路閉合處于穩(wěn)定狀態(tài),L和A分別有向右流動(dòng)的電流IL和IA.在斷開S的瞬間,燈A的電流IA立即消失,線圈L由于自感作用,其中的電流IL不會(huì)立即消失,而在L和A組成的回路中逐漸減弱,因此燈A在斷開S時(shí),不會(huì)立即熄滅,而會(huì)亮一會(huì)兒再熄滅,其間流過燈A的電流方向?yàn)樽杂蚁蜃?在

12、S斷開之前,若ILIA,則在燈A熄滅前會(huì)閃亮一下;若ILIA,則燈A不會(huì)閃亮.至于原來的IL與IA哪個(gè)大,要由L的直流電阻RL與RA的大小關(guān)系來確定.第18頁，共57頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)22分，星期四題型1 法拉第電磁感應(yīng)定律E=n 的應(yīng)用【例1】如圖4所示,導(dǎo)線全部為裸導(dǎo)線,半徑為r的圓內(nèi)有垂直于圓平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,一根長(zhǎng)度大于2r的導(dǎo)線MN以速率v在圓環(huán)上無摩擦地自左端勻速滑到右端.電路的固定電阻為R,其余電阻不計(jì),求MN從圓環(huán)的左端滑到右端的過程中電阻R上的電流的平均值和通過電阻R的電荷量.圖4題型探究第19頁，共57頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)22分，

13、星期四思路點(diǎn)撥(1)求電荷量要從電流的平均值來考慮.第20頁，共57頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)22分，星期四解析 MN做切割磁感線運(yùn)動(dòng),有效切割長(zhǎng)度在不斷變化,用E=Blv難以求得平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),從另一角度看,回路中的磁通量在不斷變化,可利用法拉第電磁感應(yīng)定律求平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).從左端到右端磁通量的變化量 =BS=Br2從左到右的時(shí)間:t=根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) =第21頁，共57頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)22分，星期四所以,電路中平均感應(yīng)電流通過R的電荷量q=答案第22頁，共57頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)22分，星期四變式練習(xí)1 如圖5所示,空間存在垂直

14、于紙面的均勻磁場(chǎng),在半徑為a的圓形區(qū)域內(nèi)、外,磁場(chǎng)方向相反,磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小均為B.一半徑為b,電阻為R的圓形導(dǎo)線環(huán)放置在紙面內(nèi),其圓心與圓形區(qū)域的中心重合,在內(nèi)、外磁場(chǎng)同時(shí)由B均勻地減小到零的過程中,通過導(dǎo)線截面的電荷量q為多少？圖5第23頁，共57頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)22分，星期四解析 據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,圓環(huán)中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E= ,據(jù)全電路歐姆定律,圓環(huán)中的電流強(qiáng)度為I= = ,據(jù)電流強(qiáng)度的定義,有I= ,由以上三式解得通過導(dǎo)線截面的電荷量為q=It=在t時(shí)間內(nèi)穿過圓環(huán)的合磁通量變化量為 =B(2a2-b2)或 =B(b2-2a2)解得通過導(dǎo)線截面的電荷量q=或q=答案第

15、24頁，共57頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)22分，星期四題型2 公式E=Blv的應(yīng)用【例2】 在范圍足夠大,方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,B=0.2 T,有一水平放置的光滑框架,寬度為L(zhǎng)=0.4 m,如圖6所示,框架上放置一質(zhì)量為0.05 kg,電阻為1 的金屬桿cd,框架電阻不計(jì).若cd桿以恒定加速度a=2 m/s2,由靜止開始做勻變速運(yùn)動(dòng),則(1)在5 s內(nèi)平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是多少?(2)第5 s末,回路中的電流多大?(3)第5 s末,作用在cd桿上的水平外力多大?圖6第25頁，共57頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)22分，星期四審題提示 解答本題時(shí)應(yīng)把握以下兩點(diǎn):(1)分清求解感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

16、時(shí)用速度的平均值還是瞬時(shí)值.(2)求解第(3)問時(shí)合理應(yīng)用牛頓第二定律.解析 (1)5 s內(nèi)的位移x= at2=25 m5 s內(nèi)的平均速度 = =5 m/s(也可用 = 求解)故平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) =BLv=0.4 V(2)第5 s末:v=at=10 m/s此時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì):E=Blv則回路電流為I= = A=0.8 A第26頁，共57頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)22分，星期四(3)桿勻加速運(yùn)動(dòng),則F-F安=ma即F=BIL+ma=0.164 N答案 (1)0.4 V (2)0.8 A (3)0.164 N第27頁，共57頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)22分，星期四變式練習(xí)2 如圖7所示,

17、水平放置的平行金屬導(dǎo)軌,相距l(xiāng)=0.50 m,左端接一電阻R=0.20 ,磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.40 T,方向垂直于導(dǎo)軌平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng),導(dǎo)體棒ab垂直放在導(dǎo)軌上,并能無摩擦地沿導(dǎo)軌滑動(dòng),導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒的電阻均可忽略不計(jì).當(dāng)ab以v=4.0 m/s的速度水平向右勻速滑動(dòng)時(shí),求:(1)ab棒中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小,并指出a、b哪端電勢(shì)高.(2)回路中感應(yīng)電流的大小.(3)維持ab棒做勻速直線運(yùn)動(dòng)的水平外力F的大小.圖7第28頁，共57頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)22分，星期四解析 (1)根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,ab 棒中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E=Blv =0.400.504.0 V=0.80 V.根據(jù)右手定則

18、可判定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向由ba,所以a端電勢(shì)高.(2)感應(yīng)電流大小為I= = A=4.0 A.(3)由于ab棒受安培力F安=BIL=0.44.00.5 N=0.8 N,故外力的大小也為0.8 N.答案 (1)0.80 V a端 (2)4.0 A (3)0.8 N第29頁，共57頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)22分，星期四題型3 自感現(xiàn)象【例3】 如圖8所示,a、b燈分別標(biāo)有“36 V,40 W”和“36 V,25 W”,閉合電鍵,調(diào)節(jié)R,能使a、b都正常發(fā)光.斷開電鍵后重做實(shí)驗(yàn),電鍵閉合后看到的現(xiàn)象是什么？穩(wěn)定后哪只燈較亮？再斷開電鍵,又將看到什么現(xiàn)象？思路點(diǎn)撥 電感線圈產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)起到

19、延緩電流變化的作用,在閉合開關(guān)時(shí),自感電動(dòng)勢(shì)方向與電源電動(dòng)勢(shì)方向相反.在斷開開關(guān)時(shí),自感電動(dòng)勢(shì)使L中的電流不能發(fā)生突變,所以其電流應(yīng)由原來的值逐漸減小為零,從而使b中有原來L中的電流.圖8第30頁，共57頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)22分，星期四解析 電鍵閉合瞬間,由于電感線圈對(duì)電流增大的阻礙作用,a將慢慢亮起來,b立即變亮.這時(shí)L的作用相當(dāng)于一個(gè)大電阻;穩(wěn)定后兩燈都正常發(fā)光,a的功率大,較亮.這時(shí)L的作用相當(dāng)于一只普通的電阻(就是該線圈的內(nèi)阻).斷開瞬間,由于電感線圈對(duì)電流減小的阻礙作用,通過L的電流將逐漸減小,a、b、R、L組成同一個(gè)閉合回路,所以a、b燈也將逐漸變暗到熄滅,而且b燈

20、開始還會(huì)閃亮一下(因?yàn)樵瓉碛蠭aIb),并且通過b的電流方向與原來的電流方向相反,這時(shí)L相當(dāng)于一個(gè)電源.第31頁，共57頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)22分，星期四答案 閉合瞬間,b立即變亮,a將慢慢亮起來,穩(wěn)定后兩燈都正常發(fā)光,a較亮.斷開瞬間,a漸漸變暗到熄滅,b燈也將逐漸變暗到熄滅,而且開始還會(huì)閃亮一下.規(guī)律總結(jié) 自感現(xiàn)象是電磁感應(yīng)現(xiàn)象的一個(gè)特例,在分析這一現(xiàn)象時(shí),必須抓住其電路的三大特點(diǎn):自感電動(dòng)勢(shì)總是阻礙導(dǎo)體中原來電流的變化;通過自感線圈的電流不能突變;電流穩(wěn)定時(shí),自感線圈就是導(dǎo)體.第32頁，共57頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)22分，星期四變式練習(xí)3 如圖9所示的電路中,a

21、、b為兩個(gè)完全相同的燈泡,L為自感線圈,E為電源,S為開關(guān).關(guān)于兩燈泡點(diǎn)亮和熄滅的先后次序,下列說法正確的是 ( )A.合上開關(guān),a先亮,b后亮;斷開開關(guān),a、b同時(shí)熄滅B.合上開關(guān),b先亮,a后亮;斷開開關(guān),a先熄滅,b后 熄滅C.合上開關(guān),b先亮,a后亮;斷開開關(guān),a、b同時(shí)熄滅D.合上開關(guān),a、b同時(shí)亮;斷開開關(guān),b先熄滅,a后熄滅解析 合上開關(guān)后,由于a燈和線圈相連后接在電路中,當(dāng)電路中電流變化時(shí),線圈對(duì)電流有阻礙作用,所以閉合開關(guān)后,b先亮,a后亮;斷開開關(guān)后,a,b都要過一會(huì)再滅.C圖9第33頁，共57頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)22分，星期四題型4 電磁感應(yīng)定律與力學(xué)知識(shí)的

22、綜合應(yīng)用【例4】 圖10為飛纜系統(tǒng)的簡(jiǎn)化模型示意圖,圖中兩個(gè)物體P、Q的質(zhì)量分別為mP、mQ,柔性金屬圖10纜索長(zhǎng)為l,外有絕緣層,系統(tǒng)在近地軌道做圓周運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)過程中Q距地面高度為h.設(shè)纜索總保持指向地心,P的速度為vP.已知地球半徑為R,地面的重力加速度為g.第34頁，共57頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)22分，星期四纜索長(zhǎng)為l,外有絕緣層,系統(tǒng)在近地軌道做圓周運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)過程中Q距地面高度為h.設(shè)纜索總保持指向地心,P的速度為vP.已知地球半徑為R,地面的重力加速度為g.(1)飛纜系統(tǒng)在地磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng),地磁場(chǎng)在纜索所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向垂直于紙面向外.設(shè)纜索中無電流,問纜索P、

23、Q哪端電勢(shì)高?此問中可認(rèn)為纜索各處的速度均近似等于vP,求P、Q兩端的電勢(shì)差.(2)設(shè)纜索的電阻為R1,如果纜索兩端物體P、Q通過周圍的電離層放電形成電流,相應(yīng)的電阻為R2,求纜索所受的安培力多大?(3)求纜索對(duì)Q的拉力FQ.第35頁，共57頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)22分，星期四解析 (1)根據(jù)右手定則可知P端電勢(shì)高 P、Q兩端的電勢(shì)差U=BlvP (2)通過周圍的電離層放電形成電流I= 纜索所受的安培力F=BIl= (3)Q距地面高度為h,此處所受的重力為mQg= mQg 纜索總保持指向地心,P的速度為vP,則P、Q的角速度相等: 對(duì)Q由牛頓第二定律得:mQg-FQ=mQ 解得FQ

24、=mQ 第36頁，共57頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)22分，星期四答案 (1)BlvP (2)(3) 本題共20分.其中式各3分,式各2分.【評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)】第37頁，共57頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)22分，星期四【名師導(dǎo)析】把最高新、最前沿的科學(xué)成果與中學(xué)物理有機(jī)地結(jié)合起來,能有效地考查學(xué)生各方面的能力,如提取信息的能力、分析解決問題的能力、建立物理模型的能力等.事實(shí)上,結(jié)合社會(huì)熱點(diǎn)、科學(xué)技術(shù)熱點(diǎn)問題命題是命題的趨勢(shì)之一.本題把感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有關(guān)知識(shí)與航天懸繩發(fā)電有機(jī)結(jié)合起來,需要綜合電磁感應(yīng)、勻速圓周運(yùn)動(dòng)、牛頓運(yùn)動(dòng)定律、歐姆定律分析求解.第38頁，共57頁，2022年，5月20日，1

25、0點(diǎn)22分，星期四自我批閱(12分)如圖11所示,金屬桿ab放在光滑的水平金屬導(dǎo)軌上,與導(dǎo)軌組成閉合矩形電路,長(zhǎng)l1=0.8 m,寬l2=0.5 m,回路總電阻R=0.2 ,回路處在豎直方向的磁場(chǎng)中,金屬桿用水平繩通過定滑輪連接質(zhì)量M=0.04 kg的木塊,磁感應(yīng)強(qiáng)度從B0=1 T開始隨時(shí)間均勻增強(qiáng),5 s末木塊將離開水平面,不計(jì)一切摩擦,g取10 m/s2.求回路中的電流強(qiáng)度.圖11第39頁，共57頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)22分，星期四解析 設(shè)磁感應(yīng)強(qiáng)度B(t)=B0+kt,k是常數(shù) (1分)于是回路電動(dòng)勢(shì)E= =kS (2分)S=l1l2 (2分)回路電流I= (2分)桿受安培力

26、F(t)=BIl2=(B0+kt)Il2 (2分)5 s末有F(5)= =Mg (1分)可以得到k=0.2或k=-0.4,因?yàn)槿鬹為負(fù)值,則ab桿向右運(yùn)動(dòng),重物M不可能被提起,故舍去,取k=0.2,由式得I=0.4 A. (2分)答案 0.4 A第40頁，共57頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)22分，星期四1.如圖12所示是測(cè)定自感系數(shù)很大的 線圈L直流電阻的電路,L兩端并聯(lián) 一只電壓表,用來測(cè)自感線圈的直 流電壓,在測(cè)量完畢后,將電路拆 開時(shí)應(yīng)先 ( ) A.斷開S1 B.斷開S2 C.拆除電流表 D.拆除電阻R素能提升圖12第41頁，共57頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)22分，星期四

27、解析 當(dāng)S1、S2均閉合時(shí),電壓表與線圈L并聯(lián);當(dāng)S2閉合而S1斷開時(shí),電壓表與線圈L串聯(lián).所以在干路斷開前后自感線圈L中電流方向相同而電壓表中電流方向相反.只要不斷開S2,線圈L與電壓表就會(huì)組成回路,在斷開干路時(shí),L中產(chǎn)生與原來電流同方向的自感電流,使電壓表中指針反向轉(zhuǎn)動(dòng)而可能損壞電壓表.正確答案為B.答案 B第42頁，共57頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)22分，星期四2.如圖13所示是高頻焊接原理示意圖.線圈中通以 高頻變化的電流時(shí),待焊接的金屬工件中就產(chǎn)生 感應(yīng)電流,感應(yīng)電流通過焊縫產(chǎn)生大量熱量,將金 屬熔化,把工件焊接在一起,而工件其它部分發(fā)熱 很少.以下說法正確的是 ( )圖13

28、第43頁，共57頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)22分，星期四A.電流變化的頻率越高,焊縫處的溫度升高得越快B.電流變化的頻率越低,焊縫處的溫度升高得越快C.工件上只有焊縫處溫度升得很高是因?yàn)楹缚p處的電阻小D.工件上只有焊縫處溫度升得很高是因?yàn)楹缚p處的電阻大解析 在互感現(xiàn)象中產(chǎn)生的互感電動(dòng)勢(shì)的大小與電流的變化率成正比,電流變化的頻率越高,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大,由歐姆定律I= 知產(chǎn)生的渦流越大,又P=I2R,R越大P越大,焊縫處的溫度升高得越快.答案 AD第44頁，共57頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)22分，星期四3.水平放置的金屬框架cdef處于如圖 14所示的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,金屬棒ab處 于粗糙

29、的框架上且接觸良好,從某 時(shí)刻開始,磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻增大, 金屬棒ab始終保持靜止,則( ) A.ab中電流增大,ab棒所受摩擦力也增大 B.ab中電流不變,ab棒所受摩擦力也不變 C.ab中電流不變,ab棒所受摩擦力增大 D.ab中電流增大,ab棒所受摩擦力也不變 圖14第45頁，共57頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)22分，星期四解析 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小由磁通量的變化率的大小決定,由于磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻增大,金屬棒ab始終保持靜止,因?yàn)榇磐康淖兓室欢?故ab中電流不變,但磁感應(yīng)強(qiáng)度增大,由安培力公式=BIL知安培力增大,金屬棒ab始終保持靜止,由平衡條件知ab棒受摩擦力增大,故選C.答案 C

30、第46頁，共57頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)22分，星期四4.如圖15所示,xOy平面內(nèi)有一半徑為 R的圓形區(qū)域,區(qū)域內(nèi)有磁感應(yīng)強(qiáng)度 大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng),左半圓磁場(chǎng)方 向垂直于xOy平面向里,右半圓磁場(chǎng) 方向垂直于xOy平面向外.一平行于 y軸的長(zhǎng)導(dǎo)體棒ab以速度v沿x軸正方 向做勻速運(yùn)動(dòng),則導(dǎo)體棒ab兩端的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E(取 ab為電動(dòng)勢(shì)的正方向)與導(dǎo)體棒位置x關(guān)系的圖象 是 ( )圖15第47頁，共57頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)22分，星期四第48頁，共57頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)22分，星期四解析 導(dǎo)體棒的有效切割長(zhǎng)度為L(zhǎng),如右圖所示.在0 xR時(shí),開口向下,在Rx

31、2R時(shí)為開口向上的拋物線.當(dāng)x=R時(shí),E=2BRv最大,A正確.答案A第49頁，共57頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)22分，星期四5.如圖16所示,矩形裸導(dǎo)線框 abcd的長(zhǎng)邊長(zhǎng)度為2L,短邊 的長(zhǎng)度為L(zhǎng),在兩短邊上均 接有電阻R,其余部分電阻 不計(jì).導(dǎo)線框一長(zhǎng)邊與x軸重合,左邊的坐標(biāo)x=0, 線框內(nèi)有一垂直于線框平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁場(chǎng)的 磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.一質(zhì)量為m、電阻也為R的光滑 導(dǎo)體棒MN與短邊平行且與長(zhǎng)邊接觸良好.開始時(shí) 導(dǎo)體棒靜止于x=0處,從t=0時(shí)刻起,導(dǎo)體棒MN在沿x 軸正方向的一拉力作用下,從x=0處勻加速運(yùn)動(dòng)到 x=2L處.則導(dǎo)體棒MN從x=0處運(yùn)動(dòng)到x=2L處的過 程中通過導(dǎo)體棒的電荷量為 ( )圖16第50頁，共57頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)22分，星期四A.