《创新设计》高中物理教科版选修3-2课件第1章第8讲
高中创新设计物理教科版选修32课件第一章 习题课法拉第电磁感应定律的应用[可修改版ppt]
![高中创新设计物理教科版选修32课件第一章 习题课法拉第电磁感应定律的应用[可修改版ppt]](https://img.taocdn.com/s3/m/54fbcd3d4afe04a1b171de8c.png)
大小随时间线性变化.为了产生与线框转动
半周过程中同样大小的电流，磁感应强度
随时间的变化率
ΔB Δt
的大小应为(
)
A.4ωπB0
B.2ωπB0
C.ωπB0
D.ω2Bπ0
Δt
典例精析
例1 如图1所示，导轨OM和ON都在纸面内，导体AB可在导轨上无摩擦 滑动，若AB以5 m/s的速度从O点开始沿导轨匀速右滑，导体与导轨都足 够长，它们每米长度的电阻都是0.2 Ω，磁场的磁感应强度为0.2 T.求： (1)3 s末夹在导轨间的导体长度是多少？ 此时导体切割磁场产生的感应电动势多大？ 回路中的电流约为多少？
高中创新设计物理教科版选修32课件第一章 习题课法拉第电磁感应定律的应用
目标 定位
1.理解公式E＝n ΔΦ与E＝BLv的区别和联系. Δt
2.会分析求解导体绕一端转动切割磁感线的问题. 3.会计算电磁感应中的电荷量.
栏目 索引
二、导体转动切割磁感线产生的感应电动势的计算 三、电磁感应中的电荷量问题 对点检测 自查自纠
B.感应电动势一直增大
C.感应电动势最大值Em＝Bav
D.感应电动势平均值 E ＝14πBav
图7
解析答案
1234
3.(转动切割产生的电动势)如图8所示，均匀磁场中有一由半圆弧及其直径构成
的导线框，半圆直径与磁场边缘重合；磁场方向垂直于纸面向里，磁感应强度
大小为B0.使该线框从静止开始绕过圆心O、垂直于半圆面的轴以角速度ω匀速 转动半周，在线框中产生感应电流.现使线框保持图中所示位置，磁感应强度
的感应电动势 E＝nΔΔΦt ，由闭合电路的欧姆定 律知金属环中的感应电流为 I＝ER，通过金属 环截面的电荷量 q＝I·Δt＝ΔRΦ＝100×10－40×.10.2－0.1 C＝0.01 C.
2025届物理《创新设计》一轮资料(配套PPT课件)第一章 运动的描述 匀变速直线运动的研究 第3讲
目录
研透核心考点
2.科技馆中的一个展品如图2所示，在较暗处有一个不断均匀滴水的水龙头，在 一种特殊的间歇闪光灯的照射下，若调节间歇闪光间隔时间正好与水滴从A下 落到B的时间相同，可以看到一种奇特的现象，水滴似乎不再下落，而是像固 定在图中的A、B、C、D四个位置不动，对出现的这种现象，下列描述正确的
目录
研透核心考点
3.(多选)在某高塔顶层的墙外侧，以 20 m/s 的速度竖直上抛一个小石子(小石子
可看成质点)，忽略空气阻力，当小石子运动到离抛出点 15 m 时，运动时间可
能是(g 取 10 m/s2)( ABD )
A.1 s
B.3 s
C.4 s
D.(2＋ 7) s
解析 小石子离抛出点最远的距离为 sm＝2vg20＝20 m，当小石子运动到离抛出点
②由Δv＝gΔt知，相等时间内，速度变化量相同。
③连续相等时间T内下落的高度之差Δs＝gT2。
(2)物体由静止开始的自由下落过程才是自由落体运动，从中间截取的一段运动
过程不是自由落体运动，等效于竖直下抛运动，应该用初速度不为零的匀变速
直线运动规律去解决此类问题。
目录
研透核心考点
例1 (2024·广东省深圳市调研)如图1所示，一个小 孩在公园里玩“眼疾手快”游戏。游戏者需接 住从支架顶部随机落下的圆棒。已知支架顶部 距离地面2.3 m，圆棒长0.4 m，小孩站在支架旁 边，手能触及所有圆棒的下落轨迹的某一段范 围AB，上边界A距离地面1.1 m，下边界B距离地 面0.5 m。不计空气阻力，重力加速度g＝10 m/s2。 求：
图1
目录
研透核心考点
(1)圆棒下落到A点所用的时间t1； 解析 圆棒底部距离A点的高度 h1＝2.3 m－0.4 m－1.1 m＝0.8 m 圆棒做自由落体运动下落到 A 点，有 h1＝21gt21 代入数据解得t1＝0.4 s。 答案 0.4 s
2025届物理《创新设计》一轮资料(配套PPT课件)第一章 运动的描述 匀变速直线运动的研究 实验一
研透核心考点
(2)获得加速度方法的改进 长木板倾斜，靠小车的重力获得加速度(如图甲、乙所示)―替―代→靠重物的拉力获 得加速度。
目录
研透核心考点
(3)计时方法的改进 采用频闪照相法和滴水法获得两点间的时间间隔―替―代→打点计时器。
目录
研透核心考点
例2 (2024·重庆巴蜀中学期末)某实验小组用图4甲所示的装置“研究匀变速直线 运动的规律”，实验步骤如下：
目录
2
研透核心考点
考点一 教材原型实验
考点二 拓展创新实验
目录
研透核心考点
考点一 教材原型实验
1.由纸带计算某点的瞬时速度 根据匀变速直线运动某段时间内的平均速度等于该段时间中间时刻的瞬时速 度，即 vn＝sn＋2Tsn＋1来计算。
目录
研透核心考点
2.利用纸带求物体加速度的两种方法
(1)逐差法
目录
研透核心考点
解析 将坐标点(0.3 s，80.0 cm/s)在图中描点，如图所示。
答案 如解析图所示
目录
研透核心考点
(b) (3)从实验结果可知，小车运动的－v－Δt 图线
可视为一条直线，此直线用方程－v ＝kΔt＋b
表 示 ， 其 中 k ＝ _______cm/s2 ， b ＝
_______cm/s(结果均保留 3 位有效数字)。
目录
研透核心考点
2.某实验小组用如图6甲所示的装置研究物体做匀变速直线运动的规律。
图6 (1)将木板水平固定在桌面上，在木板上装有两个光电门1、2，测得两光电门 间的距离L＝0.250 m，用游标卡尺测出遮光片的宽度如图乙所示，则遮光片的 宽度d＝________mm。
目录
研透核心考点
高中创新设计物理教科版选修3-2：第一章 电磁感应 章末检测B
章末检测B(时间：90分钟满分：100分)一、单项选择题(本大题共6小题||，每小题4分||，共24分.在每小题给出的四个选项中||，只有一个选项符合题目要求||，选对的得4分||，选错或不答的得0分)1．图1为地磁场磁感线的示意图||，在南半球磁场的竖直分量向上||，飞机MH370最后在南印度洋消失||，由于地磁场的作用||，金属机翼上有电势差||，设飞行员左方机翼末端处的电势为φ1||，右方机翼末端处的电势为φ2||，则在南印洋上时()图1A．若飞机从西往东飞||，φ1比φ2高B．若飞机从东往西飞||，φ2比φ1高C．若飞机从北往南飞||，φ1比φ2高D．若飞机从南往北飞||，φ1比φ2高答案 B解析由右手定则可判知||，在南半球||，不论沿何方向水平飞行||，都是飞机的右方机翼电势高||，左方机翼电势低||，即总有φ2比φ1高||，故B正确．2.一环形线圈放在磁场中||，设第1 s内磁感线垂直线圈平面向里||，如图2甲所示.若磁感应强度B随时间t变化的关系图线如图乙所示||，那么下列选项正确的是()图2A.第1 s内线圈中感应电流的大小逐渐增加B.第2 s内线圈中感应电流的大小恒定C.第3 s内线圈中感应电流的方向为顺时针方向D.第4 s内线圈中感应电流的方向为顺时针方向答案 B解析由图像分析可知||，磁场在每1 s内为均匀变化||，斜率恒定||，线圈中产生的感应电流大小恒定||，因此A错误||，B正确；由楞次定律可判断出第3 s、第4 s内线圈中感应电流的方向均为逆时针方向||，C、D错误.3.竖直面内有两圆形区域内分别存在水平的匀强磁场||，其半径均为R且相切于O点||，磁感应强度大小相等、方向相反||，且不随时间变化.一长为2R的导体杆OA绕O点且垂直于纸面的轴顺时针匀速旋转||，角速度为ω||，t＝0时||，OA恰好位于两圆的公切线上||，如图3所示||，若选取从O指向A的电动势为正||，下列描述导体杆中感应电动势随时间变化的图像可能正确的是()图3答案 A解析由右手定则可判||，开始时感应电动势为正||，故B错误；由E＝12ω可知||，B、ω不2Bl变||，切割有效长度随时间先增大后减小||，且做非线性变化||，经半个周期后||，电动势的方向反向||，故C、D错误||，A正确.4.在如图4所示的电路中||，a、b、c为三盏完全相同的灯泡||，L是一个自感系数很大、直流电阻为零的自感线圈||，E为电源||，S为开关.关于三盏灯泡||，下列说法正确的是()图4A.闭合开关||，c先亮||，a、b后亮B.闭合开关一会后||，a、b一样亮C.断开开关||，b、c同时熄灭||，a缓慢熄灭D.断开开关||，c马上熄灭||，b闪亮一下后和a一起缓慢熄灭答案 B解析闭合开关||，由于自感线圈自感系数很大||，所以b灯先亮||，a灯后亮||，A错；电路稳定后||，线圈相当于一根导线||，a、b灯一样亮||，B对；开关断开||，c灯马上熄灭||，此时线圈相当于一个电源||，a、b灯构成一个串联电路||，缓慢熄灭||，C、D错.5.如图5所示||，铝质的圆筒形管竖直立在水平桌面上||，一条形磁铁从铝管的正上方由静止开始下落||，然后从管内下落到水平桌面上.已知磁铁下落过程中不与管壁接触||，不计空气阻力||，下列判断正确的是()图5A.磁铁在整个下落过程中做自由落体运动B.磁铁在管内下落过程中机械能守恒C.磁铁在管内下落过程中||，铝管对桌面的压力大于铝管的重力D.磁铁在下落过程中动能的增加量等于其重力势能的减少量答案 C解析磁铁在铝管中运动的过程中||，铝管的磁通量发生变化||，产生感应电流||，磁铁受到向上的安培力的阻碍||，铝管中产生热能||，所以磁铁的机械能不守恒||，磁铁做的是非自由落体运动||，A、B选项错误；铝管受到的安培力向下||，则铝管对桌面的压力大于铝管的重力||，C 选项正确；磁铁在整个下落过程中||，除重力做功外||，还有安培力做负功||，导致减小的重力势能||，部分转化为动能外||，还产生内能.所以根据能量守恒定律可知||，磁铁在下落过程中动能的增加量小于其重力势能的减少量.D 选项错误.6.电吉他中电拾音器的基本结构如图6所示||，磁体附近的金属弦被磁化||，因此弦振动时||，在线圈中产生感应电流||，电流经电路放大后传送到音箱发出声音||，下列说法不正确的有( )图6A ．选用铜质弦||，电吉他仍能正常工作B ．取走磁体||，电吉他将不能正常工作C ．增加线圈匝数可以增大线圈中的感应电动势D ．弦振动过程中||，线圈中的电流方向不断变化答案 A解析 铜质弦为非磁性材料||，不能被磁化||，选用铜质弦||，电吉他不能正常工作||，A 项错误；若取走磁体||，金属弦不能被磁化||，其振动时||，不能在线圈中产生感应电动势||，电吉他不能正常工作||，B 项对；由E ＝n ΔΦΔt可知||，C 项正确；弦振动过程中||，穿过线圈的磁通量大小不断变化||，由楞次定律可知||，线圈中感应电流方向不断变化||，D 项正确．二、多项选择题(本大题共4小题||，每小题5分||，共20分.在每小题给出的四个选项中||，有多个选项符合题目要求||，全部选对得5分||，选对但不全的得3分||，有选错或不答的得0分)7.如图7所示||，两条平行虚线之间存在匀强磁场||，磁场方向垂直纸面向里||，虚线间的距离为l ||，金属圆环的直径也是l ||，圆环从左边界进入磁场||，以垂直于磁场边界的恒定速度v 穿过磁场区域.则下列说法正确的是( )图7A.感应电动势的大小先增大后减小再增大再减小B.感应电流的方向先逆时针后顺时针C.金属圆环受到的安培力先向左后向右D.进入磁场时感应电动势平均值E ＝12πBlv 答案 AB解析 在圆环进入磁场的过程中||，通过圆环的磁通量逐渐增大||，根据楞次定律||，可知感应电流的方向为逆时针方向||，有效长度先增大后减小||，所以感应电动势先增大后减小||，同理可以判断出磁场时的情况||，A 、B 选项正确；根据左手定则可以判断||，进入磁场和出磁场时受到的安培力都向左||，C 选项错误；进入磁场时平均感应电动势E ＝ΔΦΔt ＝B ·14πl 2l v＝14πBlv ||，D 选项错误.8.如图8所示||，电阻不计、间距为l 的光滑平行金属导轨水平放置于磁感应强度为B 、方向竖直向下的匀强磁场中||，导轨左端接一定值电阻R .质量为m 、电阻为r 的金属棒MN 置于导轨上||，受到垂直于金属棒的水平外力F 的作用由静止开始运动||，外力F 与金属棒速度v 的关系是F ＝F 0＋kv (F 、k 是常量)||，金属棒与导轨始终垂直且接触良好．金属棒中感应电流为i ||，受到的安培力大小为F A ||，电阻R 两端的电压为U R ||，感应电流的功率为P ||，它们随时间t 变化图像可能正确的有( )图8答案 BC解析 设金属棒在某一时刻速度为v ||，由题意可知||，感应电动势E ＝BLv ||，回路电流I ＝E R ＋r＝BL R ＋r v ||，即I ∝v ；安培力F A ＝BIL ＝B 2L 2R ＋rv ||，方向水平向左||，即F A ∝v ；R 两端电压U R ＝IR ＝BLR R ＋r v ||，即U R ∝v ；感应电流功率P ＝EI ＝B 2L 2R ＋rv 2||，即P ∝v 2. 分析金属棒运动情况||，由牛顿运动第二定律可得F 0＋kv －B 2L 2R ＋r v ＝ma ||，即F 0＋(k －B 2L 2R ＋r)v ＝ma .因为金属棒从静止出发||，所以F 0>0 .(1)若k ＝B 2L 2R ＋r||，金属棒水平向右做匀加速直线运动．所以在此情况下没有选项符合； (2)若k >B 2L 2R ＋r||，F 合随v 增大而增大||，即a 随v 增大而增大||，说明金属棒在做加速度增大的加速运动||，根据四个物理量与速度的关系可知B 选项符合；(3)若k <B 2L 2R ＋r||，F 合随v 增大而减小||，即a 随v 增大而减小||，说明金属棒在做加速度减小的加速运动||，直到加速度减小为0后金属棒做匀速直线运动||，根据四个物理量与速度关系可知C 选项符合．综上所述||，选项B 、C 符合题意．9.如图9所示||，正方形线框的边长为L ||，电容器的电容为C .正方形线框的一半放在垂直纸面向里的匀强磁场中||，当磁感应强度以k 的变化率均匀减小时||，则( )图9A.线框产生的感应电动势大小为kL 2B.电压表没有读数C.a 点的电势高于b 点的电势D.电容器所带的电荷量为零答案 BC解析 由于线框的一半放在磁场中||，因此线框产生的感应电动势大小为kL 22||，A 错误；由于线框所产生的感应电动势是恒定的||，且线框连接了一个电容器||，相当于电路断路||，外电压等于电动势||，内电压为零||，而接电压表的这部分相当于回路的内部||，因此||，电压表两端无电压||，电压表没有读数||，B 正确；根据楞次定律可以判断||，a 点的电势高于b 点的电势||，C 正确；电容器所带电荷量为Q ＝C kL 22||，D 错误. 10.在光滑的水平面上方||，有两个磁感应强度大小均为B 、方向相反的水平匀强磁场||，如图10所示．PQ 为两个磁场的边界||，磁场范围足够大．一个边长为a 、质量为m 、电阻为R 的金属正方形线框||，以速度v 垂直磁场方向从图中实线位置开始向右运动||，当线框运动到分别有一半面积在两个磁场中时||，速度为v 2||，则下列说法正确的是( ) 图10A.此过程中通过线框横截面的电荷量为2Ba 2RB.此时线框的加速度为B 2a 2v 2mRC.此过程中回路产生的电能为38mv 2 D.此时线框中的电功率为4B 2a 2v 2R答案 CD解析 对此过程||，由能量守恒定律可得||，回路产生的电能E ＝12mv 2－12m ×14v 2＝38mv 2||，选项C 正确；线圈中磁通量的变化ΔΦ＝Ba 2||，则由电流的定义和欧姆定律可得q ＝ΔΦR ＝Ba 2R||，选项A 错误；此时线框产生的电流I ＝2Bav R ||，由牛顿第二定律和安培力公式可得加速度a 1＝2BIa m＝4B 2a 2v mR ||，选项B 错误；由电功率定义可得P ＝I 2R ＝4B 2a 2v 2R||，选项D 正确. 三、填空题(共2小题||，共10分)11.(5分)把一个用丝线悬挂的铅球放在电路中的线圈上方||，如图11所示||，在下列三种情况下||，悬挂铅球的丝线所受的拉力与铅球不在线圈上方时比较：图11(1)当滑动变阻器的滑片向右移动时||，拉力__________.(2)当滑片向左移动时||，拉力______________.(3)当滑片不动时||，拉力____________.(填“变大”、“不变”或“变小”)答案(1)变小(2)变大(3)不变解析滑片向右移动时||，电路中电阻变小||，电流变大||，穿过铅球横截面积的磁通量变大||，根据楞次定律||，铅球有向上运动的趋势||，阻碍磁通量的变化||，所以拉力减小；相反||，滑片向左移动时||，拉力变大；滑片不动时||，电流不变||，磁通量不动时||，所以拉力不变. 12.(5分)用如图12所示的实验装置探究电磁感应现象的规律图12(1)(多选)当有电流从电流表的正极流入时||，指针向右偏转||，下列说法正确的是()A.当把磁铁的N极向下插入线圈时||，电流表指针向左偏转B.当把磁铁的N极从线圈中拔出时||，电流表指针向左偏转C.保持磁铁在线圈中静止||，电流表指针不发生偏转D.磁铁插入线圈后||，将磁铁和线圈一起以同一速度向上运动||，电流表指针向左偏转(2)某同学在实验过程中发现||，灵敏电流计的指针摆动很小||，如果电路连接正确||，接触也良好||，原因可能是电流计灵敏度较低、线圈电阻较大||，除此以外还可能是因为__________.(写一种可能原因)答案(1)AC(2)导体运动的慢或者磁场较弱解析(1)当有电流从电流表的正极流入时||，指针向右偏转||，这说明：电流从哪极流入||，指针向哪偏转.当把磁铁的N极向下插入线圈时||，由楞次定律可知||，感应电流从负极流入||，电流表指针向左偏转||，故A正确；当把磁铁的N极从线圈中拔出时||，由楞次定律可知||，感应电流从正极流入||，电流表指针向右偏转||，故B错误；保持磁铁在线圈中静止||，穿过线圈的磁通量不变||，不产生感应电流||，电流表指针不发生偏转||，故C正确；磁铁插入线圈后||，将磁铁和线圈一起以同一速度向上运动||，穿过线圈的磁通量不变||，不产生感应电流||，电流表指针不偏转||，故D错误.(2)感应电流是由于导体在磁场中做切割磁感线运动而产生的||，如果电路连接正确||，接触也良好||，原因可能是电流计灵敏度较低、线圈电阻较大||，除此以外还可能是因为导体运动的慢或者磁场较弱.四、解答题(本题共4小题||，共46分.解答时应写出必要的文字说明、只写出最后答案的不能得分||，有数值计算的题||，答案中必须明确写出数值和单位)13.(10分)轻质细线吊着一质量为m ＝0.32 kg 、边长为L ＝0.8 m 、匝数n ＝10的正方形线圈||，总电阻为r ＝1 Ω.边长为L 2的正方形磁场区域对称分布在线圈下边的两侧||，如图13甲所示||，磁场方向垂直纸面向里||，大小随时间变化的图线如图乙所示||，从t ＝0开始经t 0时间细线开始松弛||，取g ＝10 m/s 2.求：图13(1)在前t 0时间内线圈中产生的感应电动势；(2)在前t 0时间内线圈的电功率；(3)t 0的值.答案 (1)0.4 V (2)0.16 W (3)2 s解析 (1)由法拉第电磁感应定律得E ＝n ΔΦΔt ＝n ×12×(L 2)2ΔB Δt＝10×12×(0.82)2×0.5 V ＝0.4 V . (2)I ＝E r＝0.4 A||，P ＝I 2r ＝0.16 W. (3)分析线圈受力可知||，当细线松弛时有：F 安＝nBI ·L 2＝mg ||，I ＝E r ||，B ＝2mgr nEL＝2 T 由题图乙知：B ＝1＋0.5t 0(T)||，解得t 0＝2 s.14.(10分)两根光滑的长直金属导轨MN 、M ′N ′平行置于同一水平面内||，导轨间距为L ||，电阻不计||，M 、M ′处接有如图14所示的电路||，电路中各电阻的阻值均为R ||，电容器的电容为C .长度也为L 、阻值同为R 的金属棒ab 垂直于导轨放置||，导轨处于磁感应强度为B 、方向竖直向下的匀强磁场中.ab 在外力作用下向右匀速直线运动且与导轨保持良好接触||，在ab 运动距离为x 的过程中||，整个回路中产生的焦耳热为Q .求：图14(1)ab 棒的速度v 的大小；(2)电容器所带的电荷量q .答案 (1)4QR B 2L 2x (2)CQR BLx解析 (1)设ab 上产生的感应电动势为E ||，回路中电流为I ||，ab 运动距离x 所用时间为t ||，则有：E ＝BLv I ＝E 4R t ＝x vQ ＝I 2(4R )t 由上述方程得：v ＝4QR B 2L 2x. (2)设电容器两极板间的电势差为U ||，则有：U ＝IR电容器所带电荷量为：q ＝CU解得：q ＝CQR BLx. 15．(12分)如图15||，两条相距l 的光滑平行金属导轨位于同一水平面(纸面)内||，其左端接一阻值为R 的电阻；一与导轨垂直的金属棒置于两导轨上；在电阻、导轨和金属棒中间有一面积为S 的区域||，区域中存在垂直于纸面向里的均匀磁场||，磁感应强度大小B 1随时间t 的变化关系为B 1＝kt ||，式中k 为常量；在金属棒右侧还有一匀强磁场区域||，区域左边界MN (虚线)与导轨垂直||，磁场的磁感应强度大小为B 0||，方向也垂直于纸面向里．某时刻||，金属棒在一外加水平恒力的作用下从静止开始向右运动||，在t 0时刻恰好以速度v 0越过MN ||，此后向右做匀速运动．金属棒与导轨始终相互垂直并接触良好||，它们的电阻均忽略不计．求：图15(1)在t ＝0到t ＝t 0时间间隔内||，流过电阻的电荷量的绝对值；(2)在时刻t (t >t 0)穿过回路的总磁通量和金属棒所受外加水平恒力的大小．答案 (1)kt 0S R (2)B 0lv 0(t －t 0)＋kSt (B 0lv 0＋kS )B 0l R解析 (1)在金属棒未越过MN 之前||，穿过回路的磁通量的变化量为ΔΦ＝ΔBS ＝k ΔtS ①由法拉第电磁感应定律有E ＝ΔΦΔt② 由欧姆定律得I ＝E R③ 由电流的定义得I ＝Δq Δt④ 联立①②③④式得|Δq |＝kS RΔt ⑤由⑤式得||，在t ＝0到t ＝t 0的时间间隔内即Δt ＝t 0||，流过电阻R 的电荷量q 的绝对值为 |q |＝kt 0S R⑥ (2)当t >t 0时||，金属棒已越过MN .由于金属棒在MN 右侧做匀速运动||，有F ＝F 安⑦式中||，F 是外加水平恒力||，F 安是金属棒受到的安培力．设此时回路中的电流为I ||， F 安＝B 0lI ⑧此时金属棒与MN 之间的距离为s ＝v 0(t －t 0)⑨匀强磁场穿过回路的磁通量为Φ′＝B 0ls ⑩回路的总磁通量为Φt ＝Φ＋Φ′⑪其中Φ＝B 1S ＝ktS ⑫由⑨⑩⑪⑫式得||，在时刻t (t >t 0)||，穿过回路的总磁通量为Φt ＝B 0lv 0(t －t 0)＋kSt ⑬在t 到t ＋Δt 的时间间隔内||，总磁通量的改变ΔΦt 为ΔΦt ＝(B 0lv 0＋kS )Δt ⑭由法拉第电磁感应定律得||，回路感应电动势的大小为E t ＝ΔΦt Δt⑮ 由欧姆定律得I ＝E t R⑯ 联立⑦⑧⑭⑮⑯式得F ＝(B 0lv 0＋kS )B 0l R⑯ 16.(14分)如图16所示||，相距为L 的两条足够长的光滑平行金属导轨||，MN 、PQ 与水平面的夹角为θ||，N 、Q 两点间接有阻值为R 的电阻.整个装置处于磁感应强度为B 的匀强磁场中||，磁场方向垂直导轨平面向下.将质量为m 、阻值也为R 的金属杆ab 垂直放在导轨上||，杆ab 由静止释放||，下滑距离x 时达到最大速度.重力加速度为g ||，导轨电阻不计||，杆与导轨接触良好.求：图16(1)杆ab 下滑的最大加速度；(2)杆ab 下滑的最大速度；(3)上述过程中||，杆上产生的热量.答案 见解析解析 (1)设ab 杆下滑到某位置时速度为v ||，则此时杆产生的感应电动势E ＝BLv回路中的感应电流I ＝E R ＋R杆所受的安培力F ＝BIL根据牛顿第二定律有：mg sin θ－B 2L 2v 2R＝ma 当速度v ＝0时||，杆的加速度最大||，最大加速度a ＝g sin θ||，方向沿导轨平面向下.(2)由(1)问知||，当杆的加速度a ＝0时||，速度最大||，最大速度v m ＝2mgR sin θB 2L 2||，方向沿导轨平面向下. (3)ab 杆从静止开始到最大速度过程中||，根据能量守恒定律有mgx sin θ＝Q 总＋12mv 2m又Q 杆＝12Q 总 所以Q 杆＝12mgx sin θ－m 3g 2R 2sin 2θB 4L 4.。
《创新设计》高中物理教科版选修3-2课件第3章第1讲
电信号 电学量(如电压、电流和频率等) 二、非电信息
物理效应抗体激素
减小增大
磁场 大于 小于 分开 由磁场控制的开关
课堂讲义
传感器及其工作原理
一、传感器对信号的转化
1．传感器的原理
传感器感受的通常是非电学量，如压力、温度、位移、浓度、速 度、酸碱度等，而它输出的大多是电学量，如电压、电流、电荷 量等，这些输出信号是非常微弱的，一般要经过放大等处理后， 再通过控制系统产生各种控制动作．
对点练习
传感器及其工作原理
传感器对信号的转化
3．如图所示，由电源、小灯泡、电阻丝、开关组成的 电路中，当闭合开关S后，小灯泡正常发光，若用酒精灯 加热电阻丝时，发现小灯泡亮度变化是变暗，发生这一 现象的主要原因是( )
A．小灯泡的电阻发生了变化 B．小灯泡灯丝的电阻率随温度发生了变化 C．电阻丝的电阻率随温度发生了变化 D．电源的电压随温度发生了变化
传感器及其工作原理
传感器对信号的转化
2．如图所示是变隙电感式压力传感 器的结构图．它由膜盒、铁芯、衔 铁及线圈等组成，衔铁与膜盒的上 端连在一起．根据变隙电感式压力 传感器的结构图分析其工作原理
当压力进入膜盒时 膜盒顶端位移与压力F成正比 衔铁移动使气隙发生变化 电流也发生相应变化 电流数值反映被测压力大小
R1两端电压减小
灯L电压增大，灯泡亮度变强
对点练习
传感器及其工作原理
传感器对信号的转化 1．关于传感器，下列说法正确的是( ) A．所有传感器都是由半导体材料做成的 B．金属材料也可以制成传感器 C．干簧管是一种能够感知电场的传感器 D．传感器一定是通过感知电压的变化就跟着振动
穿过线圈的磁通量发生改变，产生感应电流
声音信号转变为电信号
《创新设计》2014-2015学年高中物理鲁科版选修3-2第1章章末整合
(1)R上的最大电功率； (2)通过R的电荷量．
A
章末整合
(1)当 B 端恰转至 N 时
Em＝B·2l·0＋22lω＝2Bωl2
③磁感应强度B和回路面积S同时发生变化，此时可由ΔΦ＝ Φ1－Φ0计算并判断磁通量是否发生变化．
④线圈面积S不变，磁感应强度B也不变，但二者之间夹角发 生变化，例如线圈在磁场中转动时．
专题分类突破
例1 某同学在实验室重做 法拉第发现电磁感应现象的 实验，他将电流表、线圈A 和B、蓄电池、开关用导线连 接成如图1所示的实验装 置．当他接通、断开开关时， 电流表的指针都没有偏转， 其原因是( )
e
g
h
f
专题分类突破
二、感应电动势的计算
章末整合
1．法拉第电磁感应定律 E＝nΔΔΦt (1)E＝nΔΔΦt 是计算感应电动势普遍适用的公式，但对于回路中 的磁感应强度 B 发生变化时求解较方便；
(2)E＝nΔΔΦt 一般计算的是平均感应电动势．但当 Δt→0 时，比 如利用 Φ－t 图象求 E 时ΔΔΦt 也可求瞬时值．
专题分类突破
例2 如图所示，导轨是水平的，间 距L1＝0.5 m，ab杆与导轨左端的距 离L2＝0.8 m，由导轨与ab杆所构成 的回路的总电阻R＝0.2 Ω，方向竖直 向下的匀强磁场的磁感应强度B0＝1 T．现使磁场以ΔB/Δt＝0.2 T/s的变化 率均匀地增大，求当t＝5 s时，杆受 到的安培力是多大？(整个过程中ab 杆没有运动)
章末整合
专题分类突破
【教育资料】2017-2018学年高中创新设计物理教科版选修3-2学案：第一章 1-2 电磁感应的发现 感应电流产生的
[目标定位] 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.通过实验观察和实验探究，理解感应电流的产生条件.3.能说出磁通量变化的含义，会利用电磁感应产生的条件解决实际问题.一、电磁感应的发现1.奥斯特实验的启迪1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应.不少物理学家根据对称性的思考提出，既然电能产生磁，是否磁能产生电呢？2.电磁感应现象的发现1831年，英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象，即“由磁生电”的条件，产生的电流叫感应电流.法拉第将“磁生电”的现象分为五类：(1)变化中的电流；(2)变化中的磁场；(3)运动中的恒定电流；(4)运动中的磁铁；(5)运动中的导线.深度思考电流的磁效应与电磁感应有什么区别？答案电流的磁效应是指电流周围产生磁场，即“电生磁”.电磁感应现象是利用磁场产生感应电流，即“磁生电”.“电生磁”和“磁生电”是两种因果关系相反的现象，要正确区分这两种现象，弄清现象的因果关系是关键.例1下列属于电磁感应现象的是()A.通电导体周围产生磁场B.磁场对感应电流发生作用，阻碍导体运动C.由于导体自身电流发生变化，在回路中产生感应电流D.电荷在磁场中定向移动形成电流解析根据引起电流原因的五类情况可知，导体自身电流发生变化，在回路中产生感应电流为电磁感应现象.故选项C正确.答案 C二、磁通量及其变化1.磁通量的计算(1)B与S垂直时：Φ＝BS，S为线圈的有效面积.如图1(a)所示.(2)B与S不垂直时：Φ＝BS⊥＝B⊥S，S⊥为线圈在垂直磁场方向上的投影面积.B⊥为B在垂直于S方向上的分量.如图(b)、(c)所示.(3)某线圈所围面积内有不同方向的磁场时，规定某个方向的磁通量为正，反方向的磁通量为负，求其代数和，如图(d)所示.图12.磁通量是标量，但有正、负，其正、负分别表示与规定的穿入方向相同、相反.3.磁通量的变化大致可分为以下几种情况：(1)磁感应强度B不变，有效面积S发生变化.如图2(a)所示.(2)有效面积S不变，磁感应强度B发生变化.如图(b)所示.(3)磁感应强度B和有效面积S都不变，它们之间的夹角发生变化.如图(c)所示.图24.用磁感线的条数表示磁通量.当回路中有不同方向的磁感线穿过时，磁通量是指穿过某一面磁感线的“净”条数，即不同方向的磁感线的条数差.深度思考将两个同圆心但大小不同的线圈套在条形磁铁上，通过哪个线圈的磁通量大？答案通过小线圈的磁通量大.若穿过某一平面的磁感线既有穿出，又有穿入，则穿过该面的合磁通量为磁感线的净条数.例2磁通量是研究电磁感应现象的重要物理量，如图3所示，通有恒定电流的导线MN与闭合线框共面，第一次将线框由位置1平移到位置2，第二次将线框绕cd边翻转到位置2，设先后两次通过线框的磁通量变化分别为ΔΦ1和ΔΦ2，则()图3A.ΔΦ1>ΔΦ2B.ΔΦ1＝ΔΦ2C.ΔΦ1<ΔΦ2D.无法确定解析设闭合线框在位置1时的磁通量为Φ1，在位置2时的磁通量为Φ2，直线电流产生的磁场在位置1处比在位置2处要强，故Φ1>Φ2.将闭合线框从位置1平移到位置2，磁感线是从闭合线框的同一面穿过的，所以ΔΦ1＝|Φ2－Φ1|＝Φ1－Φ2；将闭合线框从位置1绕cd边翻转到位置2，磁感线分别从闭合线框的正反两面穿过，所以ΔФ2＝|(－Φ2)－Φ1|＝Φ1＋Φ2(以原来穿过的方向为正方向，则后来从另一面穿过的方向为负方向).故正确选项为C.答案 C磁通量虽然是标量，但有正、负.该题中线框由位置1平移到位置2和绕cd边翻转到位置2时，在位置2的磁通量大小都相等，但磁感线穿入的方向相反.例3边长L＝10cm的正方形线框有10匝，固定在匀强磁场中，磁场方向与线框平面间的夹角θ＝30°，如图4所示，磁感应强度随时间的变化规律为B＝2＋3t (T)，求：图4(1)2s末穿过线框的磁通量.(2)第3s内穿过线框的磁通量的变化量ΔΦ.解析(1)2s末穿过线框的磁感应强度B2＝(2＋3×2) T＝8T，由Φ＝BS sinθ，知2s末穿过线框的磁通量Φ＝B2S sinθ＝8×(0.1)2×sin30°Wb＝4×10－2Wb.(2)第3s内磁感应强度的变化ΔB＝3T，所以ΔΦ＝ΔBS sinθ＝3×(0.1)2×sin30°Wb＝1.5×10－2Wb.答案(1)4×10－2Wb(2)1.5×10－2Wb(1)求解磁通量的变化量时要取有效面积；(2)磁通量的变化与线圈的匝数无关；(3)磁感线从不同侧面穿过线圈时磁通量的正、负不同.三、产生感应电流的条件1.导体在磁场中做切割磁感线运动如图5所示，将可移动导体棒AB放置在磁场中，并和电流表组成闭合回路.实验操作及现象如下：图52.如图6所示，实验操作及电流计指针的摆动情况如下：图63.(1)电路闭合；(2)磁通量发生变化.如果电路不闭合，不会产生感应电流，但仍会产生感应电动势，就像直流电路一样，电路不闭合，没有电流，但电源仍然存在.深度思考在螺线管A(如图7甲所示)中电流随时间变化的图像如图乙所示，则t＝t0时刻线圈B中有感应电流吗？图7答案有.虽然此时穿过B的磁通量为0，但磁通量在变化，感应电流的产生取决于Φ的变化，与Φ的大小无关.例4图中能产生感应电流的是()解析根据产生感应电流的条件：A选项中，电路没有闭合，无感应电流；B选项中，面积增大，闭合电路的磁通量增大，有感应电流；C选项中，穿过线圈的磁感线相互抵消，Φ恒为零，无感应电流；D选项中，磁通量不发生变化，无感应电流.答案 B(1)电路闭合和磁通量发生变化是产生感应电流的两个条件，二者缺一不可.(2)磁通量发生变化，其主要内涵体现在“变化”上，磁通量很大若没有变化也不会产生感应电流，某时刻磁通量虽然是零但是如果在变化仍然可以产生感应电流.1．(磁通量的理解)六根绝缘的导线，在同一平面内组成四个相等的正方形，导线中通以大小相等的电流，方向如图8所示，在这个四个正方形区域中，指向纸面内且磁通量最大的区域是()图8A．ⅠB．ⅡC．ⅢD．Ⅳ答案 A解析由于是直线电流的磁场，6支电流在每个区域的磁感线的分布都有区别，只有逐一求出6支电流在每个区域的分磁通量之和，才能进行比较．设每支电流的磁感线穿过相邻区域的有两条，穿过较远区域的有1条，就可以作出穿过各区域的磁感线分布图，如图所示．故本题正确答案为A.2.(电磁感应现象)在法拉第时代，下列验证“由磁产生电”设想的实验中，能观察到感应电流的是()A.将绕在磁铁上的线圈与电流表组成一闭合回路，然后观察电流表的变化B.在一通电线圈旁放置一连有电流表的闭合线圈，然后观察电流表的变化C.将一房间内的线圈两端与相邻房间的电流表连接，往线圈中插入条形磁铁后，再到相邻房间去观察电流表的变化D.绕在同一铁环上的两个线圈，分别接电源和电流表，在给线圈通电或断电的瞬间，观察电流表的变化答案 D解析产生感应电流必须满足的条件：①电路闭合；②穿过闭合电路的磁通量要发生变化.选项A、B电路闭合，但磁通量不变，不能产生感应电流，故选项A、B不能观察到电流表的变化；选项C满足产生感应电流的条件，也能产生感应电流，但是等我们从一个房间到另一个房间后，电流表中已没有电流，故选项C也不能观察到电流表的变化；选项D满足产生感应电流的条件，能产生感应电流，可以观察到电流表的变化，所以选D.3.(产生感应电流的判断)(多选)如图9所示，竖直放置的长直导线通有恒定电流，有一矩形线框与导线在同一平面内，在下列情况中线框产生感应电流的是()图9A.导线中的电流变大B.线框向右平动C.线框向下平动D.线框以AB边为轴转动答案ABD4.(磁通量的变化)一电阻为R、面积为S的矩形导线框abcd处在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向与线框平面成θ＝45°角(如图10所示).当导线框以ab边为轴顺时针转过90°的过程中，穿过导线框abcd的磁通量的变化量ΔΦ＝____________.图10答案2BS(正、负均可)解析由Φ＝BS sinθ，θ＝45°知，初、末状态磁通量大小都为22BS，但由于初、末状态磁场穿过线框某一面方向相反，若选Φ初＝22BS，则Φ末＝－22BS，所以ΔΦ＝Φ末－Φ初＝－2BS，若选Φ初＝－22BS，则ΔΦ＝2BS.题组一电磁感应现象1.法拉第经过精心设计的一系列实验，发现了电磁感应现象，将历史上认为各自独立的学科“电学”与“磁学”真正联系起来.在下面几个典型的实验设计思想中，所做的推论后来被实验否定的是()A.既然磁铁可使近旁的铁块带磁性，静电荷可使近旁的导体表面感应出电荷，那么静止导线上的稳恒电流可使在近旁静止的线圈中感应出电流B.既然磁铁可使近旁运动的导体中感应出电动势，那么稳恒电流也可使近旁运动的线圈中感应出电流C.既然运动的磁铁可使近旁静止的线圈中感应出电流，那么静止的磁铁也可使近旁运动的导体中感应出电动势D.既然运动的磁铁可使近旁的导体中感应出电动势，那么运动导线上的稳恒电流也可使近旁的线圈中感应出电流答案 A解析法拉第经过研究发现引起感应电流的原因都与变化和运动有关，B、C、D三项所叙述的情况都被实验证实了，A项中的推论不成立.2．唱卡拉OK用的话筒内有传感器，其中一种是动圈式的，它的工作原理是在弹性膜片后粘接一个轻小的金属线圈，线圈处于永磁体的磁场中，当声波使膜片振动时，就将声音信号转化为电信号，下列说法中正确的是()A．该传感器是根据电流的磁效应工作的B．该传感器是根据电磁感应原理工作的C．膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变D．膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势答案 B解析当声波使膜片前后振动时，膜片后的金属线圈就会跟着振动，从而使处于永磁体的磁场中的线圈切割磁感线，穿过线圈的磁通量发生变化，产生感应电流，从而将声音信号转化为电信号，这是电磁感应现象，故B项正确，A、C、D项均错误．题组二磁通量及其变化的分析3.如图1所示，虚线框内有匀强磁场，大环和小环是垂直于磁场方向放置的两个圆环，分别用Φ1和Φ2表示穿过大、小两环的磁通量，则有()图1A.Φ1>Φ2B.Φ1<Φ2C.Φ1＝Φ2D.无法确定答案 C解析对于大环和小环来说，磁感线的净条数没有变化，所以选C.4.如图2所示，ab是水平面内一个圆的直径，在过ab的竖直平面内有一根通电直导线ef，已知ef平行于ab.当ef向上竖直平移时，电流产生的磁场穿过圆的磁通量将()图2A.逐渐增大B.逐渐减小C.始终为零D.不为零，但保持不变答案 C解析作出磁感线穿过圆的情况的俯视图，如图所示，根据磁场具有对称性可以知道，穿入圆的磁感线的条数与穿出圆的磁感线的条数是相等的，故磁通量始终为零，C项正确.5.如图3所示，a、b是两个同平面、同心放置的金属圆环，条形磁铁穿过圆环且与两环平面垂直，则穿过两圆环的磁通量Φa、Φb的大小关系为()图3A.Φa>ΦbB.Φa<ΦbC.Φa＝ΦbD.不能比较答案 A解析条形磁铁磁场的磁感线的分布特点是：①磁铁内外磁感线的条数相同；②磁铁内外磁感线的方向相反；③磁铁外部磁感线的分布是两端密、中间疏.两个同心放置的同平面的金属圆环与磁铁垂直且磁铁在中央时，通过其中的磁感线的俯视图如图所示，穿过圆环的磁通量Φ＝Φ进－Φ出，由于两圆环面积S a<S b，两圆环的Φ进相同，而Φ出a<Φ出，所以穿过两圆环的有效磁通量Φa>Φb，故A正确.b题组三有无感应电流的判断6.(多选)下列情况中都是线框在磁场中做切割磁感线运动，其中线框中有感应电流的是() 答案BC解析A中导体虽然“切割”了磁感线，但穿过闭合线框的磁通量并没有发生变化，没有感应电流；B中线框的一部分导体“切割”了磁感线，穿过线框的磁感线条数越来越少，线框中有感应电流；C中虽然与A近似，但由于是非匀强磁场，运动过程中，穿过线框的磁感线条数增加，线框中有感应电流；D中尽管线框是部分切割，但磁感线条数不变，无感应电流.故选B、C.7.如图4所示，恒定的匀强磁场中有一个有小缺口的圆形的导体线圈，线圈平面垂直于磁场方向．当线圈在此磁场中做下列哪种运动(均未出磁场)时，线圈能产生感应电流()图4A．ab连在一起，线圈沿自身所在的平面做匀速运动B．线圈沿自身所在的平面做加速运动C．线圈绕任意一条直径做匀速转动D．ab连在一起，线圈绕任意一条直径做变速转动答案 D解析B、C两个选项错误的原因是线圈没有形成回路，A选项错误的原因是匀速平移不会改变磁通量的大小．8.(多选)如图5所示，在匀强磁场中有两条平行的金属导轨，磁场方向与导轨平面垂直.导轨上有两条可沿导轨自由移动的金属棒ab、cd，与导轨接触良好.这两条金属棒ab、cd的运动速度分别是v1、v2，若井字形回路中有感应电流通过，则可能()图5A.v1>v2B.v1<v2C.v1＝v2D.无法确定答案AB9.(多选)如图6所示，开始时矩形线框与匀强磁场的方向垂直，且一半在磁场内，一半在磁场外，若要使线框中产生感应电流，下列方法中可行的是()图6A.将线框向左拉出磁场B.以ab边为轴转动C.以ad边为轴转动(小于60°)D.以bc边为轴转动(小于60°)答案ABC解析将线框向左拉出磁场的过程中，线框的bc部分做切割磁感线运动，或者说穿过线框的磁通量减少，所以线框中将产生感应电流；当线框以ab边为轴转动时，线框的cd边的右半段在做切割磁感线运动，或者说穿过线框的磁通量在发生变化，所以线框中将产生感应电流；当线框以ad边为轴转动(小于60°)时，穿过线框的磁通量在减小，所以在这个过程中线框中会产生感应电流.如果转过的角度超过60°(60°～300°)，bc边将进入无磁场区，那么线框中将不产生感应电流；当线框以bc边为轴转动时，如果转动的角度小于60°，则穿过线框的磁通量始终保持不变(其值为磁感应强度与矩形线框面积的一半的乘积).10.某学生做观察电磁感应现象的实验，将电流表、线圈A和B、蓄电池、开关用导线连接成如图7所示的实验电路，当他接通、断开开关时，电流表的指针都没有偏转，其原因是()图7A.开关位置接错B.电流表的正、负极接反C.线圈B的接头3、4接反D.蓄电池的正、负极接反答案 A解析图中所示开关的连接不能控制含有电源的电路中电流的通断.而本实验的内容之一就是用来研究在开关通断瞬间，电流的有无是否导致磁场发生变化，进而产生感应电流的情况.因而图中接法达不到目的.关键是开关没有起到控制电源接通、断开的作用，开关应串联到电源和接头1、2之间.11.如图8所示，固定于水平面上的金属架CDEF处在竖直向下的匀强磁场中，金属棒MN沿框架以速度v向右做匀速运动.t＝0时刻，磁感应强度为B0，此时刻MN到达的位置使MDEN 构成一个边长为l的正方形.为使MN棒中不产生感应电流，从t＝0开始，磁感应强度B应怎样随时间t变化？请推导出这种情况下B与t的关系式.图8答案B＝B0ll＋v t解析要使MN棒中不产生感应电流，应使穿过线框平面的磁通量不发生变化，在t＝0时刻，穿过线框平面的磁通量Φ1＝B0S＝B0l2设t时刻的磁感应强度为B，此时刻磁通量为Φ2＝Bl(l＋v t)由Φ1＝Φ2得B＝B0ll＋v t.。
高中创新设计物理教科版选修31课件第一章 第8讲 习题课带电粒子在电场中的运动[可修改版ppt]
![高中创新设计物理教科版选修31课件第一章 第8讲 习题课带电粒子在电场中的运动[可修改版ppt]](https://img.taocdn.com/s3/m/8722b90149649b6649d7477d.png)
解析 第1 s内电场方向向右，电子受到的电场力方向向左，电子向左做匀
加速直线运动，位移为l，第2 s内电子受到的电场力方向向右，由于电子
此时有向左的速度，因而电子继续向左做匀减速直线运动，根据运动的对
称性，位移也是l，t＝2 s时总位移为2l，向左.
解析答案
4.(电场中粒子的圆周运动)如图9所示，半径为R的环 形塑料管竖直放置，AB为该环的水平直径，且管的 内径远小于环的半径，环的AB及以下部分处于水平 向左的匀强电场中，管的内壁光滑.现将一质量为m、 带电荷量为＋q的小球从管中A点由静止释放，已知 qE＝mg.求： (1)小球释放后，第一次经过最低点D时的速度和对 管壁的压力；
一、带电粒子在电场中的直线运动
典例精析
例1 如图1所示，水平放置的A、B两平行板相距h，上
极板A带正电，现有质量为m、电荷量为＋q的小球在B
板下方距离B板为H处，以初速度v0竖直向上从B板小孔
进入板间电场.
图1
(1)带电小球做何种运动？
解析 带电小球在电场外只受重力的作用做匀减速直线运动，在电场中受
高中创新设计物理教科版选修31课件第一章 第8讲 习题课带电粒子在电场中的运动
目标 定位
1.加深对电场中带电粒子的加速和偏转的理解和应用. 2.掌握电场中带电粒子的圆周运动问题的分析方法.
栏目 索引
一、带电粒子在电场中的直线运动 二、带电粒子在电场中的类平抛运动 三、带电粒子在交变电场中运动 四、带电粒子在电场中的圆周运动 对点检测 自查自纠
板上加上如图乙所示的交变电压，开始B板
的电势比A板高，这时两极板中间原来静止
的电子在电场力作用下开始运动，设电子在
运动中不与极板发生碰撞，则下述说法正确
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
此时 F 安＝mg，即B2LR2vm＝mg，vm＝mB2gLR2＝0.5 m/s.
课堂讲义
电磁感应中的能量转化与守恒
二、电磁感应中的能量问题
1．电磁感应现象中的能量守恒：电磁感应现象中的“阻碍” 就是能量守恒的具体体现，在这种“阻碍”的过程中，其他形 式的能转化为电能．
③克服安培力做功，必然有其他形式的能转化为电能，并且克服 安培力做多少功，就产生多少电能；
(3)列有关能量的关系式．
课堂讲义
电磁感应中的能量转化与守恒
4．电磁感应中焦耳热的计算技巧
(1)感应电路中电流恒定，则电阻产生的焦耳热等于电流通过电阻 做的功，即Q＝I2Rt.
(2)感应电路中电流变化，可用以下方法分析：
m，框的电阻不计，匀强磁场的磁感应强度B＝1T，方向 M
N
与框面垂直，金属棒MN的质量为100 g，电阻为1 Ω，现让
MN无初速的释放并与框保持接触良好的竖直下落，从释
放到达到最大速度的过程中通过棒某一截面的电荷量2C，
求此过程回路中产生的电能为多少？(空气阻力不计，g＝
10 m/s2) 金属棒下落过程做加速度逐渐减小的加速运动，加速度减小到零时速度达到最大，
vm＝mgBR2sLi2n
θ .
课堂讲义
电磁感应中的能量转化与守恒
针对训练 如图所示，竖直平面内有足够长的金属
导轨，轨距0.2 m，金属导体ab可在导轨上无摩擦地
上下滑动，ab的电阻为0.4 Ω，导轨电阻不计，导体
ab的质量为0.2 g，垂直纸面向里的匀强磁场的磁感
应强度为0.2 T，且磁场区域足够大，当导体ab自由
无磁场时，只有重力做功， 机械能守恒，没有电热产生 C错误
有磁场时，ab切割磁感线产生 感应电流，重力和安培力均做 负功，机械能减小，有电热产 生，故ab上升的最大高度变小 A、B错误，D正确．
对点练习
电磁感应中的能量转化与守恒
电磁感应中的能量问题
4．如图所示，足够长的光滑金属框竖直放置，框宽L＝0.5
根据平衡条件得 mg＝B2IR2vm①
在下落过程中，金属棒减小的重力势能转化为它的动能和电能 E，
由通能过量导守体恒某定一律横得截m面g的h＝电12量mv为m2 ＋q＝E②BRhl③
由①②③解得：E＝3.2 J
再见
轨滑动，过程中棒始终保持与导轨 垂直且接触良好，求：
(1)导体棒所能达到的最大速度． (2)试定性画出导体棒运动的速度-时 间图象．
导体棒切割磁感线
E＝Blv①, I＝R＋E r②，F 安＝BIL③
根据牛顿第二定律 F－μmg－F安＝ma④
由①②③④得：F－μmg－
B2L2v R＋r
＝ma⑤
由上式可以看出，随着v增大，F安增大，a减
(2)金W属安＝棒下Q＝滑Q时R＋F Q安＝r＝B0I.L4＝J RB＋2L2rv
由牛顿第二定律得
的金属棒与轨道垂直且接触良好，从轨道上端
ab 处由静止开始下滑至底端，在此过程中金属 棒产生的焦耳热 Qr＝0.1 J．(取 g＝10 m/s2)
mgsin 30°－RB＋2L2rv＝ma
(1)金属棒在此过程中克服安培力做的功 W 安； (2)金属棒下滑速度 v＝2 m/s 时的加速度 a；
此时 I＝ER＝BRLv
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，磁场方向垂直于斜面向下，导轨和 金属杆的电阻可忽略，让ab杆沿导轨由静止开始 下滑，导轨和金属杆接触良好，不计它们之间的
根据牛顿第二定律，
maF＝安m＝gsBinILθ＝－BF2R安L＝2vmgsin
θ－B2RL2v
摩擦．
1．在解决此类问题时要注意内部各量之间的两个制约关系：
(1)力和运动关系． (2)动力学量和电学量之间的关系，表示如图所示．
2．解决此类问题的主要方法：
(1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律确定感应电动势的大小和方向． (2)依据闭合电路欧姆定律，求出回路中的电流． (3)分析导体的受力情况． (4)依据牛顿第二定律列出动力学方程或平衡方程，求解．
根据牛顿第二定律，有F－F安＝ma 解得a＝1.2 m/s2
对点练习
电磁感应中的能量转化与守恒
电磁感应中的能量问题
3.(2012·北京东城区检测)如图所示，两根足够 长的光滑金属导轨MN、PQ平行放置，导轨 平面与水平面的夹角为θ，导轨的下端接有电 阻．当导轨所在空间没有磁场时，使导体棒 ab以平行导轨平面的初速度v0冲上导轨，ab 上升的最大高度为H；当导轨所在空间存在 方向与导轨平面垂直的匀强磁场时，再次使 ab以相同的初速度从同一位置冲上导轨，ab 上升的最大高度为h，两次运动中ab始终与两 导轨垂直且接触良好，关于上述情景，下列 说法中正确的是( ) A．比较两次上升的最大高度，有H＝h B．比较两次上升的最大高度，有H＜h C．无磁场时，导轨下端的电阻中有电热产生 D．有磁场时，导轨下端的电阻中有电热产生
D．恒力F与重力的合力所做的功等于电阻R上产生的焦耳热
动能
F
棒匀速上 定理 升的过程
W＝WF＋WG＋W安＝0
A对B错
FN
F
F安 mg
Q＝ －W安＝WF＋WG
C错D对
课堂讲义
电磁感应中的能量转化与守恒
例 4 如图所示，电阻可忽略的光滑平行金属 (1)下滑过程中 QR＝3Qr＝0.3 J
导轨长 s＝1.15 m，两导轨间距 L＝0.75 m，导 轨倾角为 30°，导轨上端 ab 接一阻值 R＝1.5 Ω 的电阻，磁感应强度 B＝0.8 T 的匀强磁场垂直 轨道平面向上．阻值 r＝0.5 Ω、质量 m＝0.2 kg
小，当a减小到0时，v达到最大．
此时有 F－μmg－
B2L2vm R＋r
＝0，⑥
可得：vm＝
F－μmg R＋r B2L2
＝10 m/s⑦
F
FF安
umg
课堂讲义
电磁感应中的能量转化与守恒
例2 如图甲所示，两根足够长的直金属导轨 (2)当 ab 杆速度大小为 v 时， E＝BLv
MN、PQ平行放置在倾角为θ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，
①利用动能定理，求出克服安培力做的功，产生的焦耳热等于 克服安培力做的功，即Q＝W安．
②利用能量守恒，即感应电流产生的焦耳热等于其他形式能量 的减少，即Q＝ΔE其他．
课堂讲义
电磁感应中的能量转化与守恒
例3 如图所示，两根电阻不计的光滑平行金属导轨倾角为θ，导轨下端接有电 阻R，匀强磁场垂直斜面向上．质量为m、电阻不计的金属棒ab在沿斜面与棒 垂直的恒力F作用下沿导轨匀速上滑，上升高度为h，在这个过程中( ) A．金属棒所受各力的合力所做的功等于零 B．金属棒所受各力的合力所做的功等于mgh和电阻R上产生的焦耳热之和 C．恒力F与重力的合力所做的功等于棒克服安培力所做的功与电阻R上产生的 焦耳热之和
用下，导体棒由静止开始运动，导体
棒与轨道始终接触良好并且相互垂直，
不计轨道和导体棒的电阻，不计空气 阻力，若力F的大小保持不变，且F＝ 1.0 N，求： (1)导体棒能达到的最大速度大小vm； (2)导体棒的速度v＝5.0 m/s时，导体棒 的加速度大小a.
FF安
(1)达到 vm 时 F＝F 安 m＝B2LR2vm (2)v解=5得mv/ms ＝时1，2.F5 m安＝/sB2LR2vm=0.4N
2．电磁感应现象中的能量转化特点
外力克服安培力做功，把机械能或其他形式的能转化成 电能；感应电流通过电路做功又把电能转化成其他形式 的能．若电路是纯电阻电路，转化过来的电能也将全部 转化为电阻的内能(焦耳热)．
课堂讲义
电磁感应中的能量转化与守恒
3．分析求解电磁感应现象中能量问题的一般思路： (1)分析回路，分清电源和外电路． (2)分析清楚有哪些力做功，明确有哪些形式的能量发生了转化．如： ①有摩擦力做功，必有内能产生； ②有重力做功，重力势能必然发生变化；
F安
下落0.4 s时，突然接通电键S，则：
(1)试说出S接通后，导体ab的运动情况； (2)导体ab匀速下落的速度是多少？(g取10
ma/＝s2)F安－mmg＝Bm2LR2v－g
mg
(F1安)＝S闭BIL合＝B前2LR：2v0＝0.016vN0＞＝mggt＝＝0.4002mN/.s. S闭合后：
ab做竖直向下的加速度逐渐减小的减速运动．当速度减小至F安＝mg 时，ab做竖直向下的匀速运动
高中物理·选修3-2·教科版
第一章 电磁感应
第八讲 电磁感应中的能量转化与守恒
目标定位
电磁感应中的能量转化与守恒
1 理 综合解运楞用次楞定次律定的律内和容法，拉并第应电用磁楞感次应定定律律判解定决感电应磁电感流应的中方的向动.
力学问题
2 进一步理解能量守恒定律是自然界普遍遵循的一条规律，通过具
体实例理解电磁感应中的能量转化
进入时 F安阻 碍运动
v 减
F 安＝B2RL2v
a 减
小 减小
小
进入后 F安＝0
v不变
离开时 F安阻 碍运动
v 减
F 安＝B2RL2v
a 减
小 减小
小
综上所述，正确答案为D
对点练习
电磁感应中的能量转化与守恒
电磁感应中的动力学问题
2．如图所示，光滑金属直轨道MN和 PQ固定在同一水平面内，MN、PQ平 行且足够长，两轨道间的宽度L＝0.50 m．轨道左端接一阻值R＝0.50 Ω的电 阻．轨道处于磁感应强度大小B＝0.40 T，方向竖直向下的匀强磁场中，质 量m＝0.50 kg的导体棒ab垂直于轨道 放置．在沿着轨道方向向右的力F作
课堂讲义