粵教版選修32 第一章 第四節(jié) 法拉第電磁感應(yīng)定律 作業(yè).docx

第四節(jié)法拉第電磁感應(yīng)定律1在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)，叫做感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的那部分導(dǎo)體就相當(dāng)于電源，導(dǎo)體的電阻相當(dāng)于電源的內(nèi)阻2電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，跟穿過這一電路的磁通量變化率成正比，表達(dá)式e(單匝線圈)，en(多匝線圈)當(dāng)導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)時(shí)eblv(b、l、v兩兩垂直)，eblvsin_(vl但v與b夾角為)3關(guān)于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，下列說(shuō)法中正確的是()a電源電動(dòng)勢(shì)就是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)b產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的那部分導(dǎo)體相當(dāng)于電源c在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中沒有感應(yīng)電流就一定沒有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)d電路中有電流就一定有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)答案b解析電源電動(dòng)勢(shì)的來(lái)源很多，不一定是由于電磁感應(yīng)產(chǎn)生的，所以選項(xiàng)a錯(cuò)誤；在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，如果沒有感應(yīng)電流，也可以有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，c錯(cuò)誤；電路中的電流可能是由化學(xué)電池或其它電池作為電源提供的，所以有電流不一定有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)4穿過一個(gè)單匝線圈的磁通量始終保持每秒鐘均勻地減少2wb，則()a線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)每秒鐘增加2vb線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)每秒鐘減少2vc線圈中無(wú)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)d線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)保持不變答案d5一根導(dǎo)體棒ab在水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中自由下落，并始終保持水平方向且與磁場(chǎng)方向垂直如圖1所示，則有()圖1auab0buaub，uab保持不變cuaub，uab越來(lái)越大duaua，由uabeblv及棒自由下落時(shí)v越來(lái)越大，可知uab越來(lái)越大，d項(xiàng)正確b，所以u(píng)bua，由uabeblv及棒自由下落時(shí)v越來(lái)越大，可知uab越來(lái)越大，d項(xiàng)正確【概念規(guī)律練】知識(shí)點(diǎn)一公式en的理解1一個(gè)200匝、面積為20cm2的線圈，放在磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)的方向與線圈平面成30角，若磁感應(yīng)強(qiáng)度在0.05s內(nèi)由0.1t增加到0.5t，在此過程中穿過線圈的磁通量的變化量是_wb；磁通量的平均變化率是_wb/s；線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小是_v.答案410481031.6解析磁通量的變化量是由磁場(chǎng)的變化引起的，應(yīng)該用公式bssin來(lái)計(jì)算，所以bssin(0.50.1)201040.5wb4104wb磁通量的變化率為wb/s8103wb/s，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小可根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得en2008103v1.6v點(diǎn)評(píng)要理解好公式en，首先要區(qū)分好磁通量，磁通量的變化量，磁通量的變化率，現(xiàn)列表如下：物理量單位物理意義計(jì)算公式磁通量wb表示某時(shí)刻或某位置時(shí)穿過某一面積的磁感線條數(shù)的多少bs磁通量的變化量wb表示在某一過程中穿過某一面積的磁通量變化的多少21磁通量的變化率wb/s表示穿過某一面積的磁通量變化的快慢特別提醒(1)對(duì)、而言，穿過一匝線圈和穿過n匝是一樣的，而感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)則不一樣，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與匝數(shù)成正比(2)磁通量和磁通量的變化率的大小沒有直接關(guān)系，很大時(shí)，可能很小，也可能很大；0時(shí)，可能不為零2下列說(shuō)法正確的是()a線圈中磁通量變化越大，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一定越大b線圈中磁通量越大，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一定越大c線圈處在磁場(chǎng)越強(qiáng)的位置，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一定越大d線圈中磁通量變化得越快，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大答案d解析線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)en，即e與成正比，與或的大小無(wú)直接關(guān)系磁通量變化得越快，即越大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大，故只有d正確點(diǎn)評(píng)正確理解決定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小的因素是磁通量的變化率，這是分析本題的關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)二公式eblvsin 的理解3如圖2所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為1t的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一根跟磁場(chǎng)垂直長(zhǎng)20cm的導(dǎo)線以2m/s的速度運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)方向垂直導(dǎo)線與磁感線成30角，則導(dǎo)線中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為_圖2答案0.2v解析eblvsin30(10.22sin30) v0.2v點(diǎn)評(píng)(1)當(dāng)導(dǎo)體平動(dòng)垂直切割磁感線時(shí)，即b、l、v兩兩垂直時(shí)(如圖所示)eblv.(2)當(dāng)導(dǎo)體平動(dòng)但不垂直切割磁感線時(shí)即v與b有一夾角，如右圖所示，此時(shí)可將導(dǎo)體的速度v向垂直于磁感線和平行于磁感線兩個(gè)方向分解，則分速度v2vcos不使導(dǎo)體切割磁感線，使導(dǎo)體切割磁感線的是分速度v1vsin，從而使導(dǎo)體產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：eblv1blvsin.特別提醒不要死記公式，要理解含意vsin是導(dǎo)體切割磁感線的速度圖34如圖3所示，mn、pq為兩條平行放置的金屬導(dǎo)軌，左端接有定值電阻r，金屬棒ab斜放在兩導(dǎo)軌之間，與導(dǎo)軌接觸良好，磁感應(yīng)強(qiáng)度為b的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于導(dǎo)軌平面，設(shè)金屬棒與兩導(dǎo)軌接觸點(diǎn)之間的距離為l，金屬棒與導(dǎo)軌間夾角為60，以速度v水平向右勻速運(yùn)動(dòng)，不計(jì)導(dǎo)軌和棒的電阻，則流過金屬棒中的電流為()aibicidi答案b解析本題考查公式eblvsin.公式eblv適用于b、l、v三者互相垂直的情況，本題b與l，b與v是相互垂直的，但l與v不垂直，故取l垂直于v的長(zhǎng)度lsin即有效切割長(zhǎng)度，所以eblvsin60blv，由歐姆定律i得i.故正確答案為b.點(diǎn)評(píng)當(dāng)l與v不垂直時(shí)，要找出有效切割長(zhǎng)度【方法技巧練】電動(dòng)勢(shì)公式en和eblvsin 的選用技巧5如圖4所示，兩根相距為l的平行直導(dǎo)軌abdc，bd間連有一固定電阻r，導(dǎo)軌電阻可忽略不計(jì)mn為放在ab和dc上的一導(dǎo)體桿，與ab垂直，其電阻也為r.整個(gè)裝置處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為b，磁場(chǎng)方向垂直于導(dǎo)軌所在平面(指向圖中紙面內(nèi))現(xiàn)對(duì)mn施力使它沿導(dǎo)軌方向以速度v做勻速運(yùn)動(dòng)令u表示mn兩端電壓的大小，則()圖4auvbl，流過固定電阻r的感應(yīng)電流由b到dbuvbl，流過固定電阻r的感應(yīng)電流由d到bcuvbl，流過固定電阻r的感應(yīng)電流由b到dduvbl，流過固定電阻r的感應(yīng)電流由d到b答案a解析此回路的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有兩種求法：(1)因b、l、v兩兩垂直可直接選用eblv得evbl(2)可由法拉第電磁感應(yīng)定律e求解因在t時(shí)間內(nèi)，桿掃過的面積slvt所以回路磁通量的變化bsblvt由e得eblv題目中的導(dǎo)體棒相當(dāng)于電源，其電動(dòng)勢(shì)eblv，其內(nèi)阻等于r，則u，電流方向可以用右手定則判斷，a正確方法總結(jié)求解導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生大小不變的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的問題時(shí)，兩個(gè)公式都可使用6如圖5所示，a、b兩個(gè)閉合線圈用同樣的導(dǎo)線制成，匝數(shù)都為10匝，半徑ra2rb，圖示區(qū)域內(nèi)有磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻減小的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，則a、b線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)之比為eaeb_，線圈中的感應(yīng)電流之比為iaib_.圖5答案1112解析a、b兩環(huán)中磁通量的變化率相同，線圈匝數(shù)相同，由en可得eaeb11；又因?yàn)閞，故rarb21，所以iaib12.方法總結(jié)當(dāng)導(dǎo)體和磁場(chǎng)間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，磁通量的變化完全是由磁場(chǎng)的變化引起的，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算只能采用公式en.7如圖6所示，圓形金屬線框半徑r0.5m，圓形線框平面垂直于磁場(chǎng)方向放置，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度b1.0t，現(xiàn)把圓形線框翻轉(zhuǎn)180，所用時(shí)間t0.2s，則這段時(shí)間內(nèi)線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為多大？如果金屬導(dǎo)線的電阻率1.0107m，導(dǎo)線的橫截面積s01.0107m2，則圓形線框內(nèi)產(chǎn)生的平均感應(yīng)電流為多大？圖6答案7.85v2.5a解析本題考查磁通量、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在時(shí)間t內(nèi)磁通量的變化量為21br2(br2)2r2b.在t時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)ev7.85v線圈的電阻r3.14所以線圈中的平均電流ia2.5a方法總結(jié)若產(chǎn)生感應(yīng)電流的原因是線圈面積變化，則可直接應(yīng)用公式en.8如圖7所示，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為b，方向豎直向下，在磁場(chǎng)中有一邊長(zhǎng)為l的正方形導(dǎo)線框，ab邊質(zhì)量為m，其余邊質(zhì)量不計(jì)，cd邊有固定的水平軸，導(dǎo)線框可以繞其轉(zhuǎn)動(dòng)；現(xiàn)將導(dǎo)線框拉至水平位置由靜止釋放，不計(jì)摩擦和空氣阻力，金屬框經(jīng)過時(shí)間t運(yùn)動(dòng)到豎直位置，此時(shí)ab邊的速度為v，求：圖7(1)此過程中線框產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小；(2)線框運(yùn)動(dòng)到豎直位置時(shí)線框感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小答案(1)(2)blv解析(1)1bsbl2，轉(zhuǎn)到豎直位置2021bl2根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，有e平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為e(2)轉(zhuǎn)到豎直位置時(shí)，bc、ad兩邊不切割磁感線，ab邊垂直切割磁感線，eblv，此時(shí)求的是瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方法總結(jié)求解某一過程(或某一段時(shí)間)中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)而平均速度又不能求得時(shí)，應(yīng)選用公式en.如問題(1)，要求某一瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)時(shí)應(yīng)采用eblvsin.1閉合的金屬環(huán)處于隨時(shí)間均勻變化的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于圓環(huán)平面，則()a環(huán)中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)均勻變化b環(huán)中產(chǎn)生的感應(yīng)電流均勻變化c環(huán)中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)保持不變d環(huán)上某一小段導(dǎo)體所受的安培力保持不變答案c解析磁場(chǎng)均勻變化，也就是說(shuō)k，根據(jù)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的定義式，eks，其中k是一個(gè)常量，所以圓環(huán)中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的數(shù)值是一個(gè)常量2單匝矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)軸垂直于磁場(chǎng)，若線圈所圍面積里磁通量隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖8所示，則od過程中()圖8a線圈中o時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最小b線圈中d時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零c線圈中d時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大d線圈中o至d時(shí)間內(nèi)平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為0.2v答案b解析由法拉第電磁感應(yīng)定律知線圈中o至d時(shí)間內(nèi)的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)ev0.4v由感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的物理意義知，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與磁通量的大小和磁通量的改變量均無(wú)必然聯(lián)系，僅由磁通量的變化率決定，而任何時(shí)刻磁通量的變化率就是t圖象上該時(shí)刻切線的斜率，不難看出o點(diǎn)處切線斜率最大，d點(diǎn)處切線斜率最小為零，故b正確3(雙選)如圖9所示，閉合開關(guān)s，將條形磁鐵插入閉合線圈，第一次用0.2s，第二次用0.4s，并且兩次的起始和終止位置相同，則()圖9a第一次磁通量變化較快b第一次g的最大偏角較大c第二次g的最大偏角較大d若斷開s，g均不偏轉(zhuǎn)，故均無(wú)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)答案ab解析將磁鐵插到閉合線圈的同一位置磁通量的變化量相同，而用的時(shí)間不同，所以磁通量的變化率不同，第一次時(shí)間短變化快，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大，故a、b正確；若斷開s，無(wú)感應(yīng)電流，但有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，故d錯(cuò)誤4一閉合線圈放在隨時(shí)間均勻變化的磁場(chǎng)中，線圈平面和磁場(chǎng)方向垂直若想使線圈中的感應(yīng)電流增強(qiáng)一倍，下述方法可行的是()a使線圈匝數(shù)增加一倍b使線圈面積增加一倍c使線圈匝數(shù)減少一半d使磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化率增大一倍答案d解析根據(jù)enns求電動(dòng)勢(shì)，考慮到當(dāng)n、s發(fā)生變化時(shí)導(dǎo)體的電阻也發(fā)生了變化若匝數(shù)增加一倍，電阻也增加一倍，感應(yīng)電流不變，故a錯(cuò)；若匝數(shù)減少一半，感應(yīng)電流也不變，故c錯(cuò)；若面積增加一倍，長(zhǎng)度變?yōu)樵瓉?lái)的倍，因此電阻為原來(lái)的倍，電流為原來(lái)的倍，故b錯(cuò)，d正確5在圖10中，ef、gh為平行的金屬導(dǎo)軌，其電阻不計(jì)，r為電阻，c為電容器，ab為可在ef和gh上滑動(dòng)的導(dǎo)體橫桿有勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于導(dǎo)軌平面若用i1和i2分別表示圖中該處導(dǎo)線中的電流，則當(dāng)橫桿ab()圖10a勻速滑動(dòng)時(shí)，i10，i20b勻速滑動(dòng)時(shí)，i10，i20c加速滑動(dòng)時(shí)，i10，i20d加速滑動(dòng)時(shí)，i10，i20答案d解析導(dǎo)體棒水平運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，對(duì)整個(gè)電路，可把a(bǔ)b棒看做電源，等效電路如下圖中(1)、(2)所示當(dāng)棒勻速滑動(dòng)時(shí)，電動(dòng)勢(shì)e不變，故i10，i20.當(dāng)棒加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，電動(dòng)勢(shì)e不斷變大，電容器不斷充電，故i10，i20.圖116如圖11所示，一導(dǎo)線彎成半徑為a的半圓形閉合回路虛線mn右側(cè)有磁感應(yīng)強(qiáng)度為b的勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直于回路所在的平面回路以速度v向右勻速進(jìn)入磁場(chǎng)，直徑cd始終與mn垂直從d點(diǎn)到達(dá)邊界開始到c點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng)為止，下列結(jié)論不正確的是()a感應(yīng)電流方向不變bcd段直導(dǎo)線始終不受安培力c感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值embavd感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)平均值bav答案b解析在閉合電路進(jìn)入磁場(chǎng)的過程中，通過閉合電路的磁通量逐漸增大，根據(jù)楞次定律可知感應(yīng)電流的方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向不變，a正確根據(jù)左手定則可判斷，cd段受安培力向下，b不正確當(dāng)半圓閉合回路進(jìn)入磁場(chǎng)一半時(shí)，這時(shí)有效切割長(zhǎng)度最大為a，所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值embav，c正確感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)平均值bav，d正確故選b.7(雙選)如圖12所示，金屬三角形導(dǎo)軌cod上放有一根金屬棒mn.拉動(dòng)mn，使它以速度v向右勻速運(yùn)動(dòng)，如果導(dǎo)軌和金屬棒都是粗細(xì)相同的均勻?qū)w，電阻率都相同，那么在mn運(yùn)動(dòng)的過程中，閉合回路的()圖12a感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)保持不變b感應(yīng)電流保持不變c感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)逐漸增大d感應(yīng)電流逐漸增大答案bc8(雙選)如圖13所示，水平放置的兩條光滑軌道上有可自由移動(dòng)的金屬棒pq、mn，當(dāng)pq在外力的作用下運(yùn)動(dòng)時(shí)，mn在磁場(chǎng)力的作用下向右運(yùn)動(dòng)，則pq所做的運(yùn)動(dòng)可能是()圖13a向右加速運(yùn)動(dòng)b向左加速運(yùn)動(dòng)c向右減速運(yùn)動(dòng)d向左減速運(yùn)動(dòng)答案bcp，由安培定則可知穿過l1的磁場(chǎng)方向是自下而上的；若pq向右加速運(yùn)動(dòng)，則穿過l1的磁通量增加，用楞次定律可以判斷流過mn的感應(yīng)電流是從np，由安培定則可知穿過l1的磁場(chǎng)方向是自下而上的；若pq向右加速運(yùn)動(dòng)，則穿過l1的磁通量增加，用楞次定律可以判斷流過mn的感應(yīng)電流是從nm的，用左手定則可判定mn受到向左的安培力，將向左運(yùn)動(dòng)，可見選項(xiàng)a不正確；若pq向右減速運(yùn)動(dòng)，流過mn的感應(yīng)電流方向、mn所受的安培力的方向均將反向，mn向右運(yùn)動(dòng)，所以選項(xiàng)c是正確的；同理可判斷b項(xiàng)是正確的，d項(xiàng)是錯(cuò)誤的9(雙選)某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室里熟悉各種儀器的使用，他將一條形磁鐵放在水平轉(zhuǎn)盤上，如圖14甲所示，磁鐵可隨轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，另將一磁感應(yīng)強(qiáng)度傳感器固定在轉(zhuǎn)盤旁邊當(dāng)轉(zhuǎn)盤(及磁鐵)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，引起磁感應(yīng)強(qiáng)度測(cè)量值周期性地變化，該變化的周期與轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)周期一致經(jīng)過操作，該同學(xué)在計(jì)算機(jī)上得到了如圖乙所示的圖象該同學(xué)猜測(cè)磁感應(yīng)強(qiáng)度傳感器內(nèi)有一線圈，當(dāng)測(cè)得磁感應(yīng)強(qiáng)度最大時(shí)就是穿過線圈的磁通量最大時(shí)按照這種猜測(cè)()圖14a在t0.1s時(shí)刻，線圈內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向發(fā)生了變化b在t0.15s時(shí)刻，線圈內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向發(fā)生了變化c在t0.1s時(shí)刻，線圈內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流的大小達(dá)到了最大值d在t0.15s時(shí)刻，線圈內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流的大小達(dá)到了最大值答案ac解析根據(jù)圖象可知，0.1s為磁感應(yīng)強(qiáng)度最大的位置，并且突然從增大變?yōu)闇p小，所以感應(yīng)電流應(yīng)該最大并且改變方向10穿過單匝閉合線圈的磁通量隨時(shí)間變化的t圖象如圖15所示，由圖知05s線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為_v,5s10s線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為_v,10s15s線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)