2018版高中物理 第1章 電磁感應(yīng)章末整合提升學(xué)案 魯科版選修3-2.docx

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第1章 電磁感應(yīng) 一、產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件判斷 1．產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件 (1)電路閉合． (2)磁通量發(fā)生變化． 2．穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化，大致有以下幾種情況： (1)磁感應(yīng)強度B不變，線圈面積S發(fā)生變化． (2)線圈面積S不變，磁感應(yīng)強度B發(fā)生變化． (3)磁感應(yīng)強度B和回路面積S同時發(fā)生變化，此時可由ΔΦ＝Φ2－Φ1計算并判斷磁通量是否發(fā)生變化． (4)線圈面積S不變，磁感應(yīng)強度B也不變，但二者之間夾角發(fā)生變化． 例1　某同學(xué)在實驗室重做法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的實驗，他將電流表、線圈A和B、蓄電池、開關(guān)用導(dǎo)線連接成如圖1所示的實驗裝置．當(dāng)他接通、斷開開關(guān)時，電流表的指針都沒有偏轉(zhuǎn)，其原因是(　　) 圖1 A．開關(guān)的位置接錯 B．電流表的正負極接錯 C．線圈B的接頭3、4接反 D．蓄電池的正負極接反 答案　A 解析　當(dāng)開關(guān)位置接錯時，開關(guān)的閉合和斷開不會使A線圈中的電流發(fā)生變化，電流恒定使其產(chǎn)生的磁場不變，從而不會產(chǎn)生感應(yīng)電流． 針對訓(xùn)練1　如圖2所示，繞在鐵芯上的線圈與電源、滑動變阻器和開關(guān)組成一閉合回路，在鐵芯的右端套有一個表面絕緣的銅環(huán)a，下列各種情況銅環(huán)a中不產(chǎn)生感應(yīng)電流的是(　　) 圖2 A．線圈中通以恒定的電流 B．通電時，使變阻器的滑片P勻速移動 C．通電時，使變阻器的滑片P加速移動 D．將開關(guān)突然斷開的瞬間 答案　A 解析　線圈中通以恒定電流時，銅環(huán)a處磁場不變，穿過銅環(huán)的磁通量不變，銅環(huán)中不產(chǎn)生感應(yīng)電流；變阻器滑片移動或開關(guān)斷開時，線圈中電流變化，銅環(huán)a處磁場變化，穿過銅環(huán)的磁通量變化，產(chǎn)生感應(yīng)電流，故應(yīng)選A. 二、感應(yīng)電動勢的計算 1．法拉第電磁感應(yīng)定律E＝n (1)E＝n是計算感應(yīng)電動勢普遍適用的公式，但對于回路中的磁感應(yīng)強度B發(fā)生變化時求解較方便． (2)E＝n一般計算的是平均感應(yīng)電動勢．但當(dāng)Δt→0時，比如利用Φ－t圖象求E時也可求瞬時值． 2．導(dǎo)體桿切割磁感線產(chǎn)生的電動勢E＝Blv (1)公式E＝Blv是E＝n的特殊情況，適用于導(dǎo)體桿切割磁感線運動時產(chǎn)生的電動勢． (2)公式E＝Blv一般求的是瞬時值，此時v為瞬時速度．但當(dāng)v為平均速度時，也可求平均電動勢． (3)對于導(dǎo)體桿圍繞一個點轉(zhuǎn)動切割磁感線時E＝Bl2ω. 例2　如圖3甲所示，一個500 匝的線圈的兩端跟R＝99 Ω的電阻相連接，置于豎直向下的勻強磁場中，線圈的橫截面積是20 cm2，電阻為1 Ω，磁場的磁感應(yīng)強度隨時間變化的圖象如圖乙所示，求磁場變化過程中通過電阻R的電流． 圖 3 答案　0.1 A 解析　由題圖乙知：線圈中磁感應(yīng)強度B均勻增加，其變化率＝ T/s＝10 T/s. 由法拉第電磁感應(yīng)定律得線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為E＝n＝nS＝500102010－4V＝10 V 由閉合電路歐姆定律得感應(yīng)電流大小為I＝＝ A＝0.1 A. 例3　如圖4所示，導(dǎo)線全部為裸導(dǎo)線，半徑為r，兩端開有小口的圓內(nèi)有垂直紙面向里的勻強磁場，磁感應(yīng)強度大小為B，一根長度大于2r的導(dǎo)線MN以速度v在圓環(huán)上無摩擦地自左端勻速滑到右端、電路中固定電阻阻值為R，其余部分電阻均忽略不計．試求MN從圓環(huán)左端滑到右端的過程中： 圖4 (1)電阻R上的最大電流；(2)電阻R上的平均電流；(3)通過電阻R的電荷量． 答案　(1)　(2)　(3) 解析　(1)MN向右滑動時，切割磁感線的有效長度不斷變化，當(dāng)MN經(jīng)過圓心時，有效切割長度最長，此時感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流達到最大值．所以Imax＝＝. (2)由于MN向右滑動中電動勢和電流大小不斷變化，且不是簡單的線性變化，故難以通過E＝Blv求解平均值，可以通過磁通量的平均變化率計算平均感應(yīng)電動勢和平均感應(yīng)電流．所以， E＝＝，I＝＝. (3)通過電阻R的電荷量等于平均電流與時間的乘積．所以，q＝It＝＝. 例4　金屬桿MN和PQ間距為l，MP間接有電阻R，磁場如圖5所示，磁感應(yīng)強度為B.金屬棒AB長為2l，由圖示位置以A為軸，以角速度ω勻速轉(zhuǎn)過90(順時針)．求該過程中(其他電阻不計)： 圖5 (1)R上的最大電功率； (2)通過R的電荷量． 答案　(1)　(2) 解析　AB轉(zhuǎn)動切割磁感線，且切割長度由l增至2l以后AB離開MN，電路斷開． (1)當(dāng)B端恰轉(zhuǎn)至N時，E最大． Em＝B2l＝2Bωl2，Pm＝＝ (2)AB由初位置轉(zhuǎn)至B端恰在N點的過程中 ΔΦ＝Bl2lsin60＝Bl2 q＝IΔt＝＝. 針對訓(xùn)練2　如圖6所示，邊長為50cm的正方形導(dǎo)線框，放置在B＝0.40T的勻強磁場中．已知磁場方向與水平方向成37角，線框電阻為0.10Ω，求線框繞其一邊從水平方向轉(zhuǎn)至豎直方向的過程中通過導(dǎo)線橫截面積的電荷量． 圖6 答案　1.4C 解析　設(shè)線框在水平位置時法線n方向向上，穿過線框的磁通量Φ1＝BScos53＝6.010－2Wb 當(dāng)線框轉(zhuǎn)至豎直位置時，線框平面的法線方向水平向右，與磁感線夾角θ＝143，穿過線框的磁通量 Φ1＝BScos143＝－8.010－2Wb 通過導(dǎo)線橫截面的電荷量： Q＝Δt＝Δt＝＝1.4C.