专题5电磁感应规律及其应用.pptx
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1、一、一、“三定则、一定律三定则、一定律”的应用的应用1.1.安培定则、左手定则、右手定则、楞次定律应用于不同现象:安培定则、左手定则、右手定则、楞次定律应用于不同现象:基本现象基本现象应用的定则或定律应用的定则或定律运动电荷、电流产生磁场运动电荷、电流产生磁场_磁场对运动电荷、电流作用力磁场对运动电荷、电流作用力_电磁电磁感应感应部分导体切割磁感线运动部分导体切割磁感线运动_闭合电路磁通量变化闭合电路磁通量变化_安培定则安培定则左手定则左手定则右手定则右手定则楞次定律楞次定律2.2.楞次定律中楞次定律中“阻碍阻碍”的表现:的表现:(1)(1)阻碍阻碍_的变化的变化(增反减同增反减同)。(2)(
2、2)阻碍物体间的阻碍物体间的_(_(来拒去留来拒去留)。(3)(3)阻碍原电流的阻碍原电流的_(_(自感自感)。磁通量磁通量相对运动相对运动变化变化二、感应电动势的计算二、感应电动势的计算1.1.法拉第电磁感应定律:法拉第电磁感应定律:E=,E=,用于计算用于计算_。(1)(1)若若B B变而变而S S不变,则不变,则E=E=。(2)(2)若若S S变而变而B B不变,则不变,则E=E=。2.2.导体垂直切割磁感线:导体垂直切割磁感线:E=_E=_,主要用于计算,主要用于计算_。感应电动势的平均感应电动势的平均值值BLvBLv感应电动势的感应电动势的瞬时值瞬时值1.(20121.(2012新课
3、标全国卷新课标全国卷)如图如图,一载流长直导线和一矩形导线一载流长直导线和一矩形导线框固定在同一平面内框固定在同一平面内,线框在长直导线右侧线框在长直导线右侧,且其长边与长直导且其长边与长直导线平行。已知在线平行。已知在t=0t=0到到t=tt=t1 1的时间间隔内的时间间隔内,直导线中电流直导线中电流I I发生某发生某种变化种变化,而线框中感应电流总是沿顺时针方向而线框中感应电流总是沿顺时针方向;线框受到的安培线框受到的安培力的合力先水平向左、后水平向右。设电流力的合力先水平向左、后水平向右。设电流I I正方向与图中箭正方向与图中箭头方向相同头方向相同,则则I I随时间随时间t t变化的图线
4、可能是变化的图线可能是()()【解析解析】选选A A。因通电导线周围的磁场离导线越近磁场越强,。因通电导线周围的磁场离导线越近磁场越强,而线框中左、右两边的电流大小相等,方向相反,所以受到的而线框中左、右两边的电流大小相等,方向相反,所以受到的安培力方向相反,导线框的左边受到的安培力大于导线框的右安培力方向相反,导线框的左边受到的安培力大于导线框的右边受到的安培力,所以合力与左边导线框受力的方向相同。因边受到的安培力,所以合力与左边导线框受力的方向相同。因为线框受到的安培力的合力先水平向左,后水平向右,根据左为线框受到的安培力的合力先水平向左,后水平向右,根据左手定则,导线框处的磁场方向先垂直
5、纸面向里,后垂直纸面向手定则,导线框处的磁场方向先垂直纸面向里,后垂直纸面向外,根据安培定则,导线中的电流先为正,后为负,所以选项外,根据安培定则,导线中的电流先为正,后为负,所以选项A A正确,选项正确,选项B B、C C、D D错误。错误。2.(20122.(2012新课标全国卷新课标全国卷)如图如图,均匀磁均匀磁场中有一由半圆弧及其直径构成的导场中有一由半圆弧及其直径构成的导线框线框,半圆直径与磁场边缘重合半圆直径与磁场边缘重合;磁场磁场方向垂直于半圆面方向垂直于半圆面(纸面纸面)向里向里,磁感应强度大小为磁感应强度大小为B B0 0。使该线。使该线框从静止开始绕过圆心框从静止开始绕过圆
6、心O O、垂直于半圆面的轴以角速度、垂直于半圆面的轴以角速度匀速匀速转动半周转动半周,在线框中产生感应电流。现使线框保持图中所示位在线框中产生感应电流。现使线框保持图中所示位置置,磁感应强度大小随时间线性变化。为了产生与线框转动半磁感应强度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周过程中同样大小的电流,磁感应强度随时间的变化率磁感应强度随时间的变化率 的大的大小应为小应为()()【解析解析】选选C C。导线框以角速度。导线框以角速度匀速转动产生的电流大小为:匀速转动产生的电流大小为:导线框中磁感应强度大小随时间线性变化导线框中磁感应强度大小随时间线性变化时产生的电流大小为
7、:时产生的电流大小为:因为因为I I1 1=I=I2 2,所以,所以 故选项故选项C C正确。正确。3.(20133.(2013新课标全国卷新课标全国卷)如图,在光滑如图,在光滑水平桌面上有一边长为水平桌面上有一边长为L L、电阻为、电阻为R R的正方的正方形导线框;在导线框右侧有一宽度为形导线框;在导线框右侧有一宽度为d(dd(dL)L)的条形匀强磁场区域,磁场的边界与的条形匀强磁场区域,磁场的边界与导线框的一边平行,磁场方向竖直向下。导线框以某一初速度导线框的一边平行,磁场方向竖直向下。导线框以某一初速度向右运动。向右运动。t=0t=0时导线框的右边恰与磁场的左边界重合,随后时导线框的右边
8、恰与磁场的左边界重合,随后导线框进入并通过磁场区域。下列导线框进入并通过磁场区域。下列v-tv-t图像中,可能正确描述图像中,可能正确描述上述过程的是上述过程的是()()【解析解析】选选D D。导线框开始进入磁场过程,通过导线框的磁通。导线框开始进入磁场过程,通过导线框的磁通量增大,有感应电流,进而受到与运动方向相反的安培力作用,量增大,有感应电流,进而受到与运动方向相反的安培力作用,速度减小,感应电动势减小,感应电流减小,安培力减小,导速度减小,感应电动势减小,感应电流减小,安培力减小,导线框的加速度减小,线框的加速度减小,v-tv-t图线的斜率减小;导线框全部进入磁图线的斜率减小;导线框全
9、部进入磁场后,磁通量不变,无感应电流,导线框做匀速直线运动;导场后,磁通量不变,无感应电流,导线框做匀速直线运动;导线框从磁场中出来过程,有感应电流,又会受到安培力阻碍作线框从磁场中出来过程,有感应电流,又会受到安培力阻碍作用,速度减小,加速度减小。选项用,速度减小,加速度减小。选项A A表示匀速运动,不符合题表示匀速运动,不符合题意意,选项选项B B表示先匀减速再匀速最后匀减速,也不符合题意,选表示先匀减速再匀速最后匀减速,也不符合题意,选项项C C表示加速度减小的减速运动,不符合题意,正确选项为表示加速度减小的减速运动,不符合题意,正确选项为D D。热点考向热点考向1 1 电磁感应图像问题
10、电磁感应图像问题【典例典例1 1】(2013(2013东营二模东营二模)如图所示,如图所示,虚线上方空间存在方向垂直纸面向里的虚线上方空间存在方向垂直纸面向里的匀强磁场。正方形导线框绕垂直纸面的匀强磁场。正方形导线框绕垂直纸面的轴轴O O在纸面内逆时针匀速转动,转动周在纸面内逆时针匀速转动,转动周期为期为T T。从线框处于图示位置时开始计时,以。从线框处于图示位置时开始计时,以OabcOOabcO的的方向为感应电流方向为感应电流i i的正方向。对产生的感应电流的正方向。对产生的感应电流i i随时间随时间t t变化变化规律的描述,最接近实际情况的是规律的描述,最接近实际情况的是()()【解题探究
11、解题探究】(1)(1)请结合题意分析各物理量的情况。请结合题意分析各物理量的情况。时间段时间段变化情况变化情况I I感感的方向的方向无无无无_增加增加逆时针或正方向逆时针或正方向不变不变无无减少减少顺时针或负方向顺时针或负方向(2)(2)当线框转到如图所示位置时,请指出线框中切割磁感线的当线框转到如图所示位置时,请指出线框中切割磁感线的等效长度是哪一段。等效长度是哪一段。提示:提示:等效切割磁感线的线段为等效切割磁感线的线段为OdOd。【解析解析】选选D D。时,线框中无感应电流;时,线框中无感应电流;时,线框时,线框进入磁场,磁通量增加,根据楞次定律可知,线框中的感应电进入磁场,磁通量增加,
12、根据楞次定律可知,线框中的感应电流方向为逆时针流方向为逆时针(即正方向即正方向),故,故A A、C C错误;在错误;在 线框进线框进入磁场时,其有效切割长度逐渐增长,感应电流逐渐增大,故入磁场时,其有效切割长度逐渐增长,感应电流逐渐增大,故B B错误,错误,D D正确。正确。【拓展延伸拓展延伸】上题中,若正方形的上题中,若正方形的线框为图中所示的圆的四分之一扇线框为图中所示的圆的四分之一扇形的形状,则四个选项中的哪一个形的形状,则四个选项中的哪一个符合线框中产生的感应电流随时间符合线框中产生的感应电流随时间变化的规律?变化的规律?提示:提示:在在 线框进入磁场时,只有线框进入磁场时,只有ObO
13、b边转动切割磁感线,边转动切割磁感线,其感应电动势大小不变,故选项其感应电动势大小不变,故选项B B正确。正确。【总结提升总结提升】1.1.解答电磁感应问题的解答电磁感应问题的“三个关注三个关注”:(1)(1)关注初始时刻,如初始时刻感应电流是否为零,是正方向关注初始时刻,如初始时刻感应电流是否为零,是正方向还是负方向。还是负方向。(2)(2)关注变化过程,看电磁感应发生的过程分为几个阶段,这关注变化过程,看电磁感应发生的过程分为几个阶段,这几个阶段是否和图像变化相对应。几个阶段是否和图像变化相对应。(3)(3)关注大小、方向的变化趋势,看图线斜率的大小、图线的关注大小、方向的变化趋势,看图线
14、斜率的大小、图线的曲、直是否和物理过程对应。曲、直是否和物理过程对应。2.2.解答电磁感应问题的一般步骤:解答电磁感应问题的一般步骤:(1)(1)明确图像的种类,即是明确图像的种类,即是B-tB-t图还是图还是-t-t图,或者图,或者E-tE-t图、图、I-tI-t图等。图等。(2)(2)分析电磁感应的具体过程。分析电磁感应的具体过程。(3)(3)用右手定则或楞次定律确定方向对应关系。用右手定则或楞次定律确定方向对应关系。(4)(4)结合法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿运动定律等规结合法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿运动定律等规律写出函数关系式。律写出函数关系式。(5)(5)根据函数关系式
15、,进行数学分析,如分析斜率的变化、截根据函数关系式,进行数学分析,如分析斜率的变化、截距等。距等。(6)(6)画图像或判断图像。画图像或判断图像。【变式训练变式训练】(2013(2013新课标全国卷新课标全国卷)如如图,在水平面图,在水平面(纸面纸面)内有三根相同的均匀内有三根相同的均匀金属棒金属棒abab、acac和和MNMN,其中,其中abab、acac在在a a点接点接触,构成触,构成“V”V”字型导轨。空间存在垂直字型导轨。空间存在垂直于纸面的均匀磁场。用力使于纸面的均匀磁场。用力使MNMN向右匀速运动,从图示位置开始向右匀速运动,从图示位置开始计时,运动中计时,运动中MNMN始终与始
16、终与bacbac的平分线垂直且和导轨保持良好的平分线垂直且和导轨保持良好接触。下列关于回路中电流接触。下列关于回路中电流i i与时间与时间t t的关系图线,可能正确的的关系图线,可能正确的是是()()【解析解析】选选A A。金属棒。金属棒MNMN匀速向右切割磁感线产生的感应电动匀速向右切割磁感线产生的感应电动势为势为E=BLvE=BLv,设,设bac=2bac=2,金属棒单位长度的电阻为,金属棒单位长度的电阻为r r,则整,则整个回路的电阻为个回路的电阻为 再根据欧姆定再根据欧姆定律可得回路中的电流为:律可得回路中的电流为:=定值,定值,故图故图A A正确。正确。热点考向热点考向2 2 电磁感
17、应电路和动力学问题电磁感应电路和动力学问题【典例典例2 2】(18(18分分)(2013)(2013珠海一模珠海一模)如图所示如图所示,竖直平面内有一宽竖直平面内有一宽L=1mL=1m、足够长的光滑矩形金、足够长的光滑矩形金属导轨属导轨,电阻不计。在导轨的上、下边分别接电阻不计。在导轨的上、下边分别接有电阻有电阻R R1 1=3=3和和R R2 2=6=6。在。在MNMN上方及上方及CDCD下方有下方有垂直纸面向里的匀强磁场垂直纸面向里的匀强磁场和和,磁感应强度磁感应强度大小均为大小均为B=1TB=1T。现有质量。现有质量m=0.2kgm=0.2kg、电阻、电阻r=1r=1的导体棒的导体棒ab
18、,ab,在金属导轨上从在金属导轨上从MNMN上方某处由静上方某处由静止下落止下落,下落过程中导体棒始终保持水平下落过程中导体棒始终保持水平,与金属导轨接触良好。与金属导轨接触良好。当导体棒当导体棒abab下落到快要接近下落到快要接近MNMN时的速度大小为时的速度大小为v v1 1=3m/s=3m/s。不计空。不计空气阻力气阻力,g,g取取10m/s10m/s2 2。(1)(1)求导体棒求导体棒abab快要接近快要接近MNMN时的加速度大小。时的加速度大小。(2)(2)若导体棒若导体棒abab进入磁场进入磁场后后,棒中的电流大小始终保持不变棒中的电流大小始终保持不变,求磁场求磁场和和之间的距离之
19、间的距离h h。(3)(3)若将磁场若将磁场的的CDCD边界略微下移边界略微下移,使导体棒使导体棒abab刚进入磁场刚进入磁场时时速度大小变为速度大小变为v v2 2=9m/s,=9m/s,要使棒在外力要使棒在外力F F作用下做作用下做a=3m/sa=3m/s2 2的匀加的匀加速直线运动速直线运动,求所加外力求所加外力F F随时间随时间t t变化的关系式。变化的关系式。【解题探究解题探究】(1)(1)请画出导体棒请画出导体棒abab在磁场中下落时的等效电路图。在磁场中下落时的等效电路图。提示:提示:(2)h(2)h的求解思路:的求解思路:先求导体棒进入磁场先求导体棒进入磁场时的速度时的速度vv
20、。a.a.物理规律:物理规律:_。b.b.方程式:方程式:_。求导体棒下落的距离求导体棒下落的距离h h。a.a.物理规律:物理规律:_。b.b.方程式:方程式:_。导体棒受力平衡导体棒受力平衡mg=BILmg=BIL运动学公式运动学公式vv2 2-v-v1 12 2=2gh=2gh(3)(3)在第在第(3)(3)问中,导体棒问中,导体棒abab在磁场在磁场中受到哪几个力?请列出中受到哪几个力?请列出牛顿运动定律的关系式。牛顿运动定律的关系式。提示:提示:导体棒导体棒abab受到向下的重力、外力受到向下的重力、外力F F和向上的安培力和向上的安培力F F安安,该过程中牛顿运动定律的表达式为该过
21、程中牛顿运动定律的表达式为F+mg-FF+mg-F安安=ma=ma。【解析解析】(1)(1)以导体棒为研究对象,棒在磁场以导体棒为研究对象,棒在磁场中切割磁感线中切割磁感线运动,棒中产生感应电动势运动,棒中产生感应电动势E E,棒在重力和安培力作用下做加,棒在重力和安培力作用下做加速运动。速运动。由牛顿第二定律得:由牛顿第二定律得:mg-BIL=mamg-BIL=ma1 1 (2 (2分分)E=BLvE=BLv1 1 (1 (1分分)R=(1R=(1分分)I=(1I=(1分分)由以上四式可得:由以上四式可得:a a1 1=5 m/s=5 m/s2 2 (1 (1分分)(2)(2)导体棒进入磁场
22、导体棒进入磁场后,安培力等于重力,导体棒做匀速运后,安培力等于重力,导体棒做匀速运动,导体棒中电流大小始终保持不变。动,导体棒中电流大小始终保持不变。mg=BIL (2mg=BIL (2分分)I=(1I=(1分分)E=BLv (1E=BLv (1分分)联立联立式解得:式解得:v=6 m/s (1v=6 m/s (1分分)导体棒从导体棒从MNMN到到CDCD做加速度为做加速度为g g的匀加速直线运动,的匀加速直线运动,vv2 2-v-v1 12 2=2gh (1=2gh (1分分)解得:解得:h=1.35 m (1h=1.35 m (1分分)(3)(3)导体棒进入磁场导体棒进入磁场后经过时间后经
23、过时间t t的速度大小的速度大小v=vv=v2 2+at (1+at (1分分)F+mg-FF+mg-F安安=ma (2=ma (2分分)F F安安=(1=(1分分)由由式解得:式解得:F=(t+1.6)N (1F=(t+1.6)N (1分分)答案:答案:(1)5 m/s(1)5 m/s2 2 (2)1.35 m (3)F=(t+1.6)N (2)1.35 m (3)F=(t+1.6)N【拓展延伸拓展延伸】结合典例结合典例2 2回答下列问题:回答下列问题:(1)(1)当导体棒进入磁场当导体棒进入磁场且电流恒定不变时,且电流恒定不变时,a a、b b两点间的电两点间的电势差大小是多少?势差大小是
24、多少?提示:提示:根据题意,棒进入磁场根据题意,棒进入磁场中中有有mg=BILmg=BIL则则a a、b b两点间电势差为两点间电势差为U=BLv-IrU=BLv-Ir代入数据解得:代入数据解得:U=4 VU=4 V(2)(2)在第在第(3)(3)问中试画出问中试画出0 01.6 s1.6 s内外力内外力F F与时间与时间t t的关系图像。的关系图像。提示:提示:由于由于F=(t+1.6)NF=(t+1.6)N其图像为其图像为【总结提升总结提升】1.1.电磁感应中的动力学问题应抓住的电磁感应中的动力学问题应抓住的“两个对象两个对象”:2.2.电磁感应中的动力学问题的解题策略:电磁感应中的动力学
25、问题的解题策略:此类问题中力现象和电磁现象相互联系、相互制约此类问题中力现象和电磁现象相互联系、相互制约,解决问题解决问题前首先要建立前首先要建立“动动电电动动”的思维顺序的思维顺序,可概括为:可概括为:(1)(1)找准主动运动者找准主动运动者,用法拉第电磁感应定律和楞次定律求解感用法拉第电磁感应定律和楞次定律求解感应电动势的大小和方向。应电动势的大小和方向。(2)(2)根据等效电路图根据等效电路图,求解回路中电流的大小及方向。求解回路中电流的大小及方向。(3)(3)分析安培力对导体棒运动速度、加速度的影响分析安培力对导体棒运动速度、加速度的影响,从而推理得从而推理得出对电路中的电流有什么影响
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