高中物理 第1章 法拉第电磁感应定律的应用学案 教科版选修3-2-教科版高二选修3-2物理学案VIP免费

学案3习题课：法拉第电磁感应定律的应用[目标定位]1.知道公式E＝n与E＝BLv的区别和联系，能够应用这两个公式求解感应电动势.2.掌握导体棒转动切割磁感线产生感应电动势的计算.3.掌握电磁感应电路中电荷量求解的基本思路和方法．一、E＝n和E＝BLv的选用技巧1．E＝n适用于任何情况，一般用于求平均感应电动势．当Δt→0时，E可为瞬时值．2．E＝BLv是法拉第电磁感应定律在导体切割磁感线时的具体表达式，一般用于求瞬时感应电动势，此时v为瞬时速度，但当v为平均速度时，E为平均感应电动势．3．当回路中同时存在两部分导体切割磁感线产生感应电动势时，总电动势在两者方向相同时相加，方向相反时相减(方向相同或相反是指感应电流在回路中的方向)．例1如图1甲所示，固定在水平面上电阻不计的光滑金属导轨，间距d＝0.5m．右端接一阻值为4Ω的小灯泡L，在CDEF矩形区域内有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度B按如图乙规律变化．CF长为2m．从t＝0时开始，金属棒ab从图中位置由静止在恒力F作用下向右运动到EF位置，整个过程中，小灯泡亮度始终不变．已知金属棒ab的电阻为1Ω，求：图1(1)通过小灯泡的电流大小；(2)恒力F的大小；(3)金属棒的质量．解析(1)金属棒未进入磁场时，电路总电阻R总＝RL＋Rab＝5Ω回路中感应电动势为E1＝＝S＝0.5V灯泡中的电流强度为IL＝＝0.1A(2)因灯泡亮度不变，故在t＝4s末金属棒刚好进入磁场，且做匀速运动，此时金属棒中的1电流强度为I＝IL＝0.1A恒力大小为F＝F安＝BId＝0.1N(3)因灯泡亮度不变，金属棒在磁场中运动时，产生的感应电动势为E2＝E1＝0.5V金属棒在磁场中的速度为v＝＝0.5m/s金属棒未进入磁场的加速度为a＝＝0.125m/s2故金属棒的质量为m＝＝0.8kg答案(1)0.1A(2)0.1N(3)0.8kg例2如图2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5m/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0.2Ω，磁场的磁感应强度为0.2T．问：图2(1)3s末夹在导轨间的导体长度是多少？此时导体切割磁感线产生的感应电动势多大？回路中的电流为多少？(2)3s内回路中的磁通量变化了多少？此过程中的平均感应电动势为多少？解析(1)夹在导轨间的部分导体切割磁感线运动产生的电动势才是电路中的感应电动势．3s末，夹在导轨间导体的长度为L＝vt·tan30°＝5×3×tan30°m＝5m此时产生的感应电动势为E＝BLv＝0.2×5×5V＝5V电路电阻为R＝(15＋5＋10)×0.2Ω＝(3＋3)Ω所以I＝＝A.(2)3s内回路中磁通量的变化量ΔΦ＝BS－0＝0.2××15×5Wb＝Wb3s内电路产生的平均感应电动势为＝＝V＝V.答案(1)5m5VA(2)WbV二、电磁感应中的电荷量问题电磁感应现象中通过闭合电路某截面的电荷量q＝Δt，而＝＝n，则q＝n，所以q只和线圈2匝数、磁通量的变化量及总电阻有关，与完成该过程需要的时间无关．注意：求解电路中通过的电荷量时，一定要用平均电动势和平均电流计算．例3如图3甲所示，一个圆形线圈的匝数n＝1000，线圈面积S＝300cm2，线圈的电阻r＝1Ω，线圈外接一个阻值R＝4Ω的电阻，线圈处在一方向垂直线圈平面向里的圆形磁场中，圆形磁场的面积S0＝200cm2，磁感应强度随时间的变化规律如图乙所示．求：图3(1)第4秒时穿过线圈的磁通量及前4s内磁通量的变化量；(2)前4s内的平均感应电动势；(3)前4s内通过R的电荷量．解析(1)磁通量Φ＝BS0＝0.4×200×10－4Wb＝8×10－3Wb因此磁通量的变化量为ΔΦ＝0.2×200×10－4Wb＝4×10－3Wb(2)由图像可知前4s内磁感应强度B的变化率＝0.05T/s4s内的平均感应电动势为＝nS0＝1000×0.05×0.02V＝1V(3)电路中平均电流＝q＝t通过R的电荷量q＝n所以q＝0.8C.答案(1)8×10－3Wb4×10－3Wb(2)1V(3)0.8C三、转动切割产生感应电动势的计算例4长为l的金属棒ab以a点为轴在垂直于匀强磁场的平面内以角速度ω做匀速转动，如图4所示，磁感应强度为B.求：3图4(1)金属棒ab各点速率的平均值；(2)ab两端的电势差；(3)经时间Δt金属棒ab所扫过面积中磁通量为多少？此过程中平均感应电动势多大？解析(1)金属棒ab各点速率的平均值为＝＝＝ωl(2)ab两端的电势差为Uab＝E＝Bl＝Bl2ω(3)经时间Δt金属棒ab所扫过的扇形面积为ΔS，则Δ...