人教版高中物理必修3-2讲义资料,复习补习资料:05【提高】法拉第电磁感应定律-

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人教版高中物理必修3-2讲义资料,复习补习资料:05【提高】法拉第电磁感应定律-

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法拉第电磁感应定律

【学习目标】
1.通过实验过程理解法拉第电磁感应定律,理解磁通量的变化率,并能熟练地计算;能够熟练地计算平均感应电动势()和瞬时感应电动势(),切割情形)。   2.了解感生电动势和动生电动势产生机理。   3.熟练地解决一些电磁感应的实际问题。   4.理解并运用科学探究的方法。
【巩固练习】
一、选择题
1.穿过一个单匝线圈的磁通量始终保持每秒钟均匀地减少2Wb,则( )
A.线圈中的感应电动势每秒钟增加2 V
B.线圈中的感应电动势每秒钟减少2 V
C.线圈中无感应电动势
D.线圈中感应电动势保持不变
2.闭合回路的磁通量随时间t变化图象分别如图所示,关于回路中产生的感应电动势的下列论述,其中正确的是 ( )

A.图甲回路中感应电动势恒定不变
B.图乙回路中感应电动势恒定不变
C.图丙回路中0~t1,时间内感应电动势小于t1~t2时间内感应电动势
D.图丁回路中感应电动势先变大后变小
3.在匀强磁场中,有一个接有电容器的导线回路,如图所示,已知电容C=30μF,回路的长和宽分别为=5 cm,=8 cm,磁场变化率为5×10-2 T/s,则( )
A.电容器带电荷量为2×10-9 C
B.电容器带电荷量为4×10-9 C
C.电容器带电荷量为6×10-9 C
D.电容器带电荷量为8×10-9 C
4.(2019 哈尔滨校级期中)粗细均匀的电阻丝围成图所示的线框,置于正方形有界匀强磁场中,磁感应强度为B,方向垂直于线框平面,图中ab=bc=2cd=2de=2ef=2fa=2L。现使线框以同样大小的速度v匀速沿四个不同方向平动进入磁场,并且速度方向始终与线框先进入磁场的那条边垂直,则在通过如图所示位置时,下列说法中正确的是(  )
A.ab两点间的电势差图①中最大
B.ab两点间的电势差图②中最大
C.回路电流图③中最大
D.回路电流图④中最小
5.环形线圈放在匀强磁场中,设在第1 s内磁场方向垂直于线圈平面向里,如图甲所示。若磁感应强度随时间t的变化关系如图乙所示,那么在第2 s内,线圈中感应电流的大小和方向是( )

A.大小恒定,逆时针方向 B.大小恒定,顺时针方向
C.大小逐渐增加,顺时针方向 D.大小逐渐减小,逆时针方向
6.如图所示,一正方形线圈的匝数为n,边长为a,线圈平面与匀强磁场垂直,且一半处在磁场中。在Δt时间内,磁感应强度的方向不变,大小由B均匀地增大到2B。在此过程中,线圈中产生的感应电动势为
A. B. C. D.
7.物理实验中常用一种叫做“冲击电流计”的仪器测定通过电路的电荷量,如图所示,探测线圈与冲击电流计串联后可用来测定磁场的磁感应强度。已知线圈匝数为n,面积为S,线圈与冲击电流计组成的回路电阻为R。若将线圈放在被测匀强磁场中,开始线圈平面与磁场垂直,现把探测线圈翻转180°,冲击电流计测出通过线圈的电荷量为q,由上述数据可测出被测磁场的磁感应强度为( )
A. B. C. D.
8.(2019 张家口模拟)如图甲所示,导体棒MN置于水平导轨上,PQMN所围的面积为S,PQ之间有阻值为R的电阻,不计导轨和导体棒的电阻。导轨所在区域内存在沿竖直方向的匀强磁场,规定磁场方向竖直向上为正,在0~2t0时间内磁感应强度的变化情况如图乙所示,导体棒MN始终处于静止状态。下列说法正确的是(  )
A.在0~t0和t0~2t0时间内,导体棒受到的导轨的摩擦力方向相同
B.在0~t0时间内,通过导体棒的电流方向为N到M
C.在t0~2t0时间内,通过电阻R的电流大小为
D.在0~2t0时间内,通过电阻R的电荷量为
二、填空题
9.如图所示,A、B两个闭合线圈用同样的导线制成,匝数都为10匝,半径RA=2RB,图示区域内有磁感应强度均匀减小的匀强磁场,则A、B线圈中产生的感应电动势之比为EA∶EB=________,线圈中的感应电流之比为IA∶IB=________。
10.如图所示,长为L的导线下悬一小球,在竖直向上的匀强磁场中做圆锥摆运动,圆锥的偏角为θ,摆球的角速度为ω,磁感应强度为B,则金属导线中产生的感应电动势大小为________。

三、解答题
11.(2019 内蒙古自主招生)如图所示,在水平面内固定着足够长且光滑的平行金属轨道,轨道间距L=0.40m,轨道左侧连接一定值电阻R=0.80Ω。将一金属直导线ab垂直放置在轨道上形成闭合回路,导线ab的质量m=0.10kg、电阻r=0.20Ω,回路中其余电阻不计。整个电路处在磁感应强度B=0.50T的匀强磁场中,B的方向与轨道平面垂直。导线ab在水平向右的拉力F作用下,沿力的方向以加速度a=2.0m/s2由静止开始做匀加速直线运动,求:
(1)5s末的感应电动势大小;
(2)5s末通过R电流的大小和方向;
(3)5s末,作用在ab金属杆上的水平拉力F的大小。
12.如图所示,导体圆环半径为a,导体棒OC可绕O点转动,C端与环接触良好且无摩擦,圆环的电阻不计,导体棒OC的电阻为r,定值电阻的阻值为R,现使OC绕O以角速度ω匀速转动,求电阻R两端的电压和驱动OC棒转动的外力功率。

13.如图所示,光滑导轨MN和PQ固定在同一水平面上,两导轨距离为L,两端分别接有阻值均为R的定值电阻R1和R2,两导轨间有一边长为的正方形区域abcd,该区域内有方向竖直向下的匀强磁场,磁感应强度为B。一质量为m的金属杆与导轨接触良好并静止于ab处,现用一恒力F沿水平方向拉杆,使之由静止向右运动,若杆出磁场前已做匀速运动,不计导轨及金属杆的电阻。求:
(1)金属杆出磁场前的瞬间流过R1的电流大小和方向;
(2)金属杆做匀速运动时的速率;
(3)金属杆穿过整个磁场过程中R1上产生的电热。
【答案与解析】
一、选择题
1.【答案】D
【解析】由题意知:,故,保持不变。
2.【答案】B
【解析】因,则可据图象斜率判断知图甲中,即电动势E为0;图乙中为恒量,即电动势E为一恒定值;图丙中E前>E后;图丁中图象斜率先减后增,即回路中感应电动势先减后增,故只有B选项正确。
3.【答案】C
【解析】回路中感应电动势等于电容器两板间的电压,

电容器的电荷量为q=CU=CE=30×10-6×2×10-4 C=6×10-9C,C选项正确。
4.【答案】A
【解析】设ab段电阻为r,图①中ab两点间的电势差U=3Ir,图②中ab两点间的电势差U=Ir,图③中ab两点间的电势差U=Ir/2,图④中ab两点间的电势差U=Ir,所以ab两点间的电势差图①中最大,选项A正确B错误。回路电流图③中最小,其他回路电流相等,选项C、D错误。
5.【答案】A
【解析】由图乙可知,第2 s内为定值,由知,线圈中感应电动势为定值,所以感应电流大小恒定。第2 S内磁场方向向外,穿过线圈的磁通量减少,由楞次定律判断知感应电流为逆时针方向,A项正确。
6.【答案】B
【解析】当磁场增强时线圈中产生感生电动势:
,B项正确
7.【答案】A
【解析】,所以。
8.【答案】B
【解析】导体棒与导轨围成的线框面积不变,根据法拉第电磁感应定律可得,t0~2t0时间内感应电动势E==S=,所以感应电流I==,选项C错。0~t0时间内竖直向上的磁通量减小,根据楞次定律知感应电流的磁场方向竖直向上,感应电流的方向为N到M,选项B对。0~t0时间内导体棒有向右运动的趋势,摩擦力水平向左,t0~2t0时间内导体棒有向左运动的趋势,摩擦力水平向右,选项A错。在0~2t0时间内,通过电阻R的电荷量Q=×Δt=×Δt=S×Δt==,选项D错。
二、填空题
9.【答案】1∶1 1∶2
【解析】A、B两环中磁通量变化率相同,线圈匝数相同,由可得EA∶EB=1∶1,又因为,故RA∶RB=2∶1,所以IA∶I1=1∶2。
10.【答案】
【解析】导体在磁场中转动,导线本身与磁场不垂直,应考虑切割磁感线的有效长度。
导线的有效长度为,
据知,电动势。
三、解答题
11.【答案】(1)2V; (2)2A,方向;(3)0.6N
【解析】(1)由于导体棒ab做匀加速直线运动,设它在第5s末速度为v,
所以
根据法拉第电磁感应定律:
(2)根据闭合电路欧姆定律:?,方向
(3)因为金属直导线ab做匀加速直线运动,故
其中:
所以
12.【答案】
【解析】OC产生的电动势为,电路中电流,R两端电压,外力功率等于电路的热功率。
13.【答案】(1) ,方向从M到P;(2) ;(3) FL-。
【解析】(1)设流过金属杆中的电流为I,由平衡条件得:
F=BI·
解得I=
因R1=R2,所以流过R1的电流大小为I1==
根据右手定则判断可知,流过R1的电流方向为从M到P。
(2)设杆做匀速运动的速度为v,由法拉第电磁感应定律得:
杆切割磁感线产生的感应电动势大小为 E=Bv·
又根据闭合欧姆定律得到E=I·,
可解得v=
(3)设整个过程电路中产生的总电热为Q,根据能量守恒定律得:
Q=F·-mv2
代入v可得Q=FL-
所以Q1=Q=FL-。

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