高三物理专题复习课件 电磁感应



2009高三物理专题复习 2009高三物理专题复习
电磁感应
电磁感应现象 产生电磁感应现象的条件
自感现象
感应电动势的大小 E=nΦ/t E=BLv
感应电流的方向 楞次定律 右手定则
应用牛顿第二定律, 应用牛顿第二定律,解决导体切割磁感应线运动问题 应用动量定理, 应用动量定理,动量守恒定律解决导体切割磁感应线运动问题 应用能的转化和守恒定律解决电磁感应问题
一. 法拉第电磁感应定律
  1. 引起某一回路磁通量变化的原因 (
  1)磁感强度的变化 ) (
  2)线圈面积的变化 ) (
  3)线圈平面的法线方向与磁场方向夹角的变化 )
  2. 电磁感应现象中能的转化 电磁感应现象中,克服安培力做功,其它形式的能 电磁感应现象中,克服安培力做功, 转化为电能. 转化为电能.
  3. 法拉第电磁感应定律: 法拉第电磁感应定律: (
  1)决定感应电动势大小因素:穿过这个闭合电路中 )决定感应电动势大小因素: 的磁通量的变化快慢(即磁通量的变化率) 的磁通量的变化快慢(即磁通量的变化率) (
  2)注意区分磁通量,磁通量的变化量,磁通量的变 )注意区分磁通量,磁通量的变化量, 化率的不同 φ?磁通量, 磁通量, φ?磁通量的变化量, 磁通量的变化量, 磁通量 磁通量的变化量 φ/t=( φ2 - φ
  1)/ t 磁通量的变化率 ( 磁通量的变化率
φ (
  4)感应电动势大小的计算式: E = n )感应电动势大小的计算式: t
SB B E=n = nS t t
(
  3)定律内容 : 感应电动势大小与穿过这一电路磁 ) 定律内容: 通量的变化率成正比. 通量的变化率成正比。
(
  5)几种题型 ) 线圈面积S不变 磁感应强度均匀变化: 不变, ①线圈面积 不变,磁感应强度均匀变化:
不变, ②磁感强度B不变,线圈面积均匀变化: 磁感强度 不变 线圈面积均匀变化: BS S E=n = nB t t 均不变, ③B,S均不变,线圈绕过线圈平面内的某一轴转动时 , 均不变
BS cos θ 2 BS cos θ 1 cos θ 2 cos θ 1 E=n = nBS t t
导体切割磁感线时产生感应电动势大小的计算: 二. 导体切割磁感线时产生感应电动势大小的计算:
  1. 公式: 公式:
E = Blv sin θ

  2. 若导体在磁场中绕着导体上的某一点转动时, 若导体在磁场中绕着导体上的某一点转动时,
1 2 E = Bl ω 2

  3. 矩形线圈在匀强磁场中绕轴匀速转动时产生交流电 从中性面计时 最大值 e = Em sin ωt Em =nBωS
三. 楞次定律应用题型
  1. 阻碍原磁通的变化, 即"增反减同" 阻碍原磁通的变化, 增反减同"
  2. 阻碍(导体间的)相对运动, 阻碍(导体间的)相对运动, 即"来时拒,去时留" 来时拒,去时留"
  3. 阻碍原电流的变化,(线圈中的电流不能突变) 阻碍原电流的变化,(线圈中的电流不能突变) ,(线圈中的电流不能突变 应用在解释自感现象的有关问题. 应用在解释自感现象的有关问题. 四. 综合应用题型
  1. 电磁感应现象中的动态过程分析
  2. 用功能观点分析电磁感应现象中的有关问题
水平放置于匀强磁场中的光滑导轨上,有一根导体棒ab 例
  1. 水平放置于匀强磁场中的光滑导轨上,有一根导体棒 用恒力F作用在 作用在ab上 由静止开始运动,回路总电阻为R, ,用恒力 作用在 上,由静止开始运动,回路总电阻为 ,分 的运动情况,并求ab的最大速度 的最大速度. 析ab 的运动情况,并求 的最大速度. 分析: 作用下向右加速运动, 分析:ab 在F作用下向右加速运动,切割磁感应线,产生感应 作用下向右加速运动 切割磁感应线, 电流,感应电流又受到磁场的作用力f,画出受力图: 电流,感应电流又受到磁场的作用力 ,画出受力图: a=(F-f)/m v =BLv I= /R f=BIL
最后,当f=F 时,a=0,速度达到最大, 最后, ,速度达到最大, F=f=BIL=B2 L2 vm /R a R f1 f2 b B F f F F
vm=FR / B2 L2
vm称为收尾速度 称为收尾速度. 又解:匀速运动时, 又解:匀速运动时,拉力 所做的功使机械能转化为 电阻R上的内能 上的内能. 电阻 上的内能.
F vm=I2 R= B2 L2 v2 m /R
vm=FR / B2 L2
爱因斯坦由光电效应的实验规律,猜测光具有粒子性, 例2 爱因斯坦由光电效应的实验规律,猜测光具有粒子性, 从而提出光子说.从科学研究的方法来说,这属于 ( C ) A.等效替代 B.控制变量 等效替代 控制变量 C.科学假说 D.数学归纳 科学假说 数学归纳

  3.粗细均匀的电阻丝围成的正方形线框置于有界匀 粗细均匀的电阻丝围成的正方形线框置于有界匀 强磁场中,磁场方向垂直于线框平面, 强磁场中,磁场方向垂直于线框平面,其边界与正方 形线框的边平行. 形线框的边平行.现使线框以同样大小的速度沿四个 不同方向平移出磁场,如图所示, 不同方向平移出磁场,如图所示,则在移出过程中线 框一边a,b两点间的电势差绝对值最大的是( v B) a b
a a b b a b
v
v C. D.
A.
B.
v
如图示,正方形线圈边长为a,总电阻为R, 例4 如图示,正方形线圈边长为 ,总电阻为 , 以速度v从左向右匀速穿过两个宽为 从左向右匀速穿过两个宽为L( ),磁 以速度 从左向右匀速穿过两个宽为 (L> a),磁 ), 感应强度为B,但方向相反的两个匀强磁场区域, 感应强度为 ,但方向相反的两个匀强磁场区域,运 动方向与线圈一边,磁场边界及磁场方向均垂直, 动方向与线圈一边,磁场边界及磁场方向均垂直, 则这一过程中线圈中感应电流的最大值为 , 2Bav/R 全过程中产生的内能为 .
6B2a3v/R
解:在磁场分界线两侧时感应电流最大 I2=2Bav/R 此时产生的电能为 W2=I22 Rt=4B2a2v2/R×a/v= 4B2a3v/R × a 进入和出来的感应电流为 I1=Bav/R 产生的电能分别为 L L W1= W3= I12 Rt=B2a2v2/R×a/v × = B2a3v/R
用同样的材料,不同粗细导线绕成两个质量, 例
  5. 用同样的材料,不同粗细导线绕成两个质量,面 积均相同的正方形线圈I和 , 积均相同的正方形线圈 和II,使它们从离有理想界面 的匀强磁场高度为h 的地方同时自由下落,如图所示, 的匀强磁场高度为 的地方同时自由下落,如图所示, 线圈平面与磁感线垂直,空气阻力不计, 线圈平面与磁感线垂直,空气阻力不计,则( ) A.A 两线圈同时落地, 两线圈同时落地,线圈发热量相同 I II B. 细线圈先落到地,细线圈发热量大 细线圈先落到地, h C. 粗线圈先落到地,粗线圈发热量大 粗线圈先落到地, D. 两线圈同时落地,细线圈发热量大 两线圈同时落地,
B
解:设导线横截面积之比为n,则长度之 设导线横截面积之比为 , 比为1 匝数之比为
  1∶ 比为 ∶ n ,匝数之比为 ∶ n ,电阻之 比为1 比为 ∶ n 2,进入磁场时 v2 =2gh I1 /I2= E1 R2 /E2 R1 =n E1 /E2=BLv/ nBLv=1/n 安培力之比为 F1 /F2=BI1L/ nBI2L=1:1 : 所以两线圈下落情况相同
  1) / (mg-F
  2) =1:1 加速度之比为 a1 /a2=(mg-F ( :
下列是一些说法:正确的是( 例
  6. 下列是一些说法:正确的是( B D ) A. 在闭合金属线圈上方有一个下端为 极的条形 在闭合金属线圈上方有一个下端为N极的条形 磁铁自由下落,直至穿过线圈的过程中,磁铁减少 磁铁自由下落, 直至穿过线圈的过程中, 的机械能等于线圈增加的内能与线圈产生的电能之 和 B. 将一条形磁铁缓慢和迅速地竖直插到闭合线圈 中的同一位置处, 中的同一位置处,流过导体横截面的电量相同 C. 两个相同金属材料制成的边长相同,横截面积 两个相同金属材料制成的边长相同, 不同的正方形线圈, 不同的正方形线圈 , 先后从水平匀强磁场外同一高 度自由下落,线圈进入磁场的过程中, 度自由下落 , 线圈进入磁场的过程中 , 线圈平面与 磁场始终垂直, 磁场始终垂直 , 则两线圈在进入磁场过程中产生的 电能相同 D. 通电导线所受的安培力是作用在运动电荷上的 洛仑兹力的宏观表现
下图a中 , 为两个相同的环形线圈 为两个相同的环形线圈, 例
  7. 下图 中A,B为两个相同的环形线圈,共轴并 靠近放置, 线圈中通有如图 线圈中通有如图( )所示的交流电i 靠近放置,A线圈中通有如图(b)所示的交流电 , 则( A B) C 时间内A, 两线圈相吸 A. 在t1到t2时间内 ,B两线圈相吸 B. 在t2到t3时间内A,B两线圈相斥 时间内 , 两线圈相斥 C. t1时刻两线圈间作用力为零 D. t2时刻两线圈间吸力最大
A B 0
i
t3 t1 t2 t4
i a b
t
如图示:质量为m 边长为a 例8 如图示:质量为 ,边长为 的正方形金属 线框自某一高度由静止下落,依次经过B 线框自某一高度由静止下落,依次经过 1和B2两匀 磁场的高度为a, 强磁场区域,已知B 强磁场区域,已知 1 =2B2,且B2磁场的高度为 , 线框在进入B 的过程中做匀速运动,速度大小为v 线框在进入 1的过程中做匀速运动,速度大小为 1 中加速一段时间后又匀速进入和穿出B ,在B1中加速一段时间后又匀速进入和穿出 2,进 入和穿出B 时的速度恒为v 入和穿出 2时的速度恒为 2,求: a ⑴ v1和v2之比 ⑵在整个下落过程中产生的焦耳热 解: 进入 1时 mg = B1 I1 a= B1 2 a2 v1 / R 进入B v 进入B 进入 2时 I2 = (B1- B
  2) a v2 / R mg = (B1- B
  2) I2 a = (B1- B
  2)2 a2 v2 / R ∴ v1 /v2 =(B1- B
  2)2 / B12 =1/4 由能量守恒定律 Q=3mga a
1
B1 v2 B2
又解: 又解:
进入B 进入 1时 mg = B1I1a = B12 a2 v1 / R 出B2时 mg = B2I2 a = B22 a2 v2 / R ∴ v1 /v2 = B22 / B12 =1/4 由能量守恒定律
v1 a
Q=3mga
B1 v2 a v2B2
在光滑绝缘水平面上,一边长为10厘米 电阻1 厘米, 例
  9. 在光滑绝缘水平面上,一边长为 厘米,电阻 6 2m / s 质量
  0.1千克的正方形金属框 千克的正方形金属框abcd以 ,质量 千克的正方形金属框 以 的速度 向一有界的匀强磁场滑去,磁场方向与线框面垂直, 向一有界的匀强磁场滑去,磁场方向与线框面垂直, B=
  0.5T,当线框全部进入磁场时,线框中已放出了 焦 ,当线框全部进入磁场时,线框中已放出了
  1.8焦 耳的热量,则当线框ab边刚穿出磁场的瞬间 边刚穿出磁场的瞬间, 耳的热量,则当线框 边刚穿出磁场的瞬间,线框中电 流的瞬时功率为
  0.09W ,加速度大小为
  0.15m/s2 ,当 线框全部穿出磁场时, 线框全部穿出磁场时,线框的速度 > 零(填>=) >=). 由能量守恒定律1/2mv 解:Ⅰ到Ⅱ,由能量守恒定律1/2mv02 = 1/2mv12 +Q v1=6m/s 得 EK1=1/2mv12 =
  1.8J 在位置Ⅲ 在位置Ⅲ ,E=BLv1=
  0.3V P=E2 /R=
  0.09W F=BIL=B2L2v/R=
  0.015N d a v0 v1 a=F/m=
  0.15m/s2 c b
Ⅰ Ⅱ Ⅲ 线框全部穿出磁场过程中,速度减小,产生热量Q 线框全部穿出磁场过程中,速度减小,产生热量 2 应小 于
  1.8J, EK2 = EK1 - Q2 >0 ∴ v2 >0 ,
如图所示, 例10 如图所示 , 在水平面内有一对平行放置的金属 导轨,其电阻不计, 导轨,其电阻不计,连接在导轨左端的电阻 R=2 , 垂直放置在导轨上的金属棒ab的电阻为 r=1 ,整个 垂直放置在导轨上的金属棒 的电阻为 装置放置在垂直于导轨平面的匀强磁场中, 装置放置在垂直于导轨平面的匀强磁场中 , 方向如 图所示. 现给ab一个方向向右的瞬时冲量 一个方向向右的瞬时冲量, 图所示 . 现给 一个方向向右的瞬时冲量 , 使杆获 得 的 动 量 p=
  0.25kgm/s , 此 时 杆 的 加 速 度 大 小 为 a=5m/s
  2. 已 知 杆 与 导 轨 间 动 摩 擦 因 数 =
  0.2 , g=10m/s2, 则此时通过电阻 上的电流大小为多少? 则此时通过电阻R上的电流大小为多少 上的电流大小为多少?
a p R b
解:画出示意图如图示, 画出示意图如图示,
导体棒向右运动时产生感应电流, 导体棒向右运动时产生感应电流,受到安培力和摩擦力
BIL+mg=ma 即BIL=ma- mg=3m…… ⑴ I=E/ (R+r)=BL v0 / (R+r) ∴ B2L2 v0 / (R+r)=3m…… ⑵ 以v0 =p/m B2L2 p =9m2 ∴ p = 9m2 /B2L2 I=3m/BL=p1/2 =
  0.5 A (R+r)=3代入上式得 代入上式得 F安
f=mg v0 =p/m
× B
如图所示,半径为R,单位长度电阻为λ的均匀导电圆环 例11 如图所示,半径为 ,单位长度电阻为 的均匀导电圆环 固定在水平面上, 圆环中心为O. 固定在水平面上 , 圆环中心为 . 匀强磁场垂直水平方向向 磁感强度为B.平行于直径MON的导体杆, 沿垂直于杆 的导体杆, 下 , 磁感强度为 .平行于直径 的导体杆 的方向向右运动.杆的电阻可以忽略不计, 的方向向右运动 . 杆的电阻可以忽略不计 , 杆与圆环接触良 某时刻, 好,某时刻,杆的位置如图,∠aOb=2θ ,速度为v.求此时刻 某时刻 杆的位置如图, 作用在杆上的安培力的大小. 作用在杆上的安培力的大小.
等效电路如图示: 解:E= Bv lab=Bv×2Rsin 等效电路如图示: ×
此时弧acb和弧 和弧adb的电阻分别为 λR(π - θ)和 2 R λθ , 的电阻分别为2 此时弧 和弧 的电阻分别为 和
它们的并联电阻为 R并= 2 Rθ (π-θ)/π I=E/ R并= Bvπsinθ /λθ (π-θ)
a
M
F=BI(2Rsinθ)
F=
R
a d b
2πvB R sin 2 θ λ θ (π θ )
2
c
d c b
O
N
如图示,固定于水平桌面上的金属框架cdef,处 例12 如图示,固定于水平桌面上的金属框架 , 在竖直向下的匀强磁场中,金属棒ab搁在框架上 搁在框架上, 在竖直向下的匀强磁场中,金属棒
 

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