(选修3-2)4电磁感应全章学案1

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【同类变式4-6】如图所示，导体ab、cd垂直放在水平放置的平行导轨上，匀强

磁场方向竖直向上穿过导轨所在平面，导体与导轨间动摩擦因数为μ．如果导体ab向左匀速运动时，则导体cd：

(A)可能向左运动；(B)一定向左运动； (C)一定向右运动； (D)不可能静止．

8、如图所示，竖直导轨宽度L = 0.1m，电路的总电阻R = 1Ω，金属棒被释放后向下滑动的最大速度为2.5m/s。匀强磁场的磁感应强度为2T， 求金属棒的质量。

四、达标演练

1、根据楞次定律知感应电流的磁场一定是：（ ）

A、阻碍引起感应电流的磁通量； B、与引起感应电流的磁场反向；

C、阻碍引起感应电流的磁通量的变化D、与引起感应电流的磁场方向相同 2、在赤道上空，一根沿东西方向的水平导线自由落下，则导线上各点的电势是：（ ） A、东端高； B、西端高； C、中点高； D、各点电势一样高。 3、如图所示金属矩形线圈abcd，放在有理想边界（虚线所示）的匀强磁场中，磁感应强度为B，线圈平面与磁场垂直，线圈做下面哪种运动的开始瞬间可使ab边受磁场力方向向上： （ ） A、向右平动； B、向左平动； C、向下平动； D、绕ab轴转动。

4、如图所示，插入金属环B中的A是用毛皮摩擦过的橡胶圆棒(截面如图所示)，由于橡胶绕轴o转动，金属环B中产生了顺时针方向的电流。那么A棒的转动是（ ）

A、逆时针匀速转动 B、逆时针减速转动 C、顺时针匀速转动 D、顺时针减速转动

5、如图所示，试判断当开关闭合和断开时，上方线圈中的电流方向

6、如图，要使线圈中产生如图的感应电流，条形磁铁应靠近还是远离线圈运动，为什么？试用楞次定律进行说明。

7、如图所示，电阻不计的光滑平行金属轨道放在与它的平面垂直的匀强磁场中。有一根长1m、电阻0.25Ω的金属棒ab在外力作用下，以速度V向右匀速运动，磁感应强度B = 0.5T，R = 0.75Ω，电压表示数为3.75V，求：外力F的大小、方向和金属棒ab的速度的大小？

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×××a ×××d ×××

第五节 感生电动势、动生电动势

b c

一、学习目标

1．知道感生电场。

2．知道感生电动势和动生电动势及其区别与联系。

二、学习重点、难点

学习重点：感生电动势与动生电动势的概念。

学习难点：对感生电动势与动生电动势实质的理解。

三、自主学习

（一）感生电动势

如图所示，穿过闭会回路的磁场增强，在回路中产生感应电流。是什么力充当非静电力使得自由电荷发生定向运动呢？

(1)感生电场：由于磁场的变化而激发的电场叫感生电场。

(2)感生电动势：①概念：感生电场对自由电荷的作用力充当了非静电力，由感生电场而产生的电动势叫做感生电动势；②计算公式：E?nS a × × × × × × × × × R V × × × × × ×b ?B?ts。

N （二）洛伦兹力与动生电动势

思考与讨论：

1、如图所示，导体棒CD在均匀磁场中运动。

(1)自由电荷会随着导体棒运动，并因此受到洛伦兹力。导体中自由电荷的合运动在空间大致沿什么方向？为了方便，可以认为导体中的自由电荷是正电荷。

(2)导体棒一直运动下去，自由电荷是否也会沿着导体棒一直运动下去？为什么？ (3)导体棒的哪端电势高？

(4)如果用导线C、D两端连到磁场外的一个用电器上，导体棒中电流是沿什么方向的？ 请写出你的结论：

(1)___________________________________________________________________________

R www.jtyjy.com ××××××××××××××× ×××××金太阳教育网 www.jtyjy.com

_____________________________________________________________________

_____

(2)____________________________________________________________________________________________________________________________________________________ (3)____________________________________________

(4)____________________________________________

一段导体切割磁感线运动时相当于一个电源，这时非静电力与洛伦兹力有关。由于导体运动而产生的电动势叫动生电动势。

2、如图所示，导体棒运动过程中产生感应电流，试分析电路中的能量转化情况。

3、安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力不做功，而安培力在这里做了负功，这不矛盾吗？请分析右图，洛伦兹力及其两个分力已经在图中标出，哪个力对应安培力？哪个力对应电动势的非静电力？

（三）实例探究

【例题1】如图所示，在宽为0.5m的平行导轨上垂直导轨放置一个有效电阻为r=0.6Ω的直导体，在导轨的两端分别连接两个电阻R1=4Ω、R2=6Ω，其它电阻不计。整个装置处在垂直导轨向里的匀强磁场中，如图所示，磁感应强度B=0.1T。当直导体在导轨上以V=6m/s

22

【例题2】如图所示，用带有绝缘外皮的导线制成一个圆环，环内用完全相同的导线折成一个圆内接正四边形，把它们放在一个均匀变化的磁场中，已知圆环中产生的感应电流为

mA，试求内接正四边形中产生的感应电流为多大？（设圆环内及正四边形的电流磁

场不影响外磁场的变化）

【解析】设ρ为导线的电阻率，S为导线的横截面积，则圆环中的电流为

I=

??R22?RS??B?t=

22mA

内接正四边形中产生的感应电流为 I′=

?2RS242R??B?t

× × × × R1 × × × ×

R2 V × × × 两式相比得：I′=0.5 mA.

【变式训练5-2】一闭合线圈，放在随时间均匀变化的磁场中，线圈平面和磁场方向垂直，若想使线圈中的感应电流增加一倍，下述方法可行的是：（ ） A、使线圈匝数增加一倍 B、使线圈截面积增加一倍

C、使线圈匝数减少一半

D、使磁感应强度的变化率增大一倍 【例题3】如图所示，长

宽

的矩形线圈电阻为

，处于磁感应强度为

的匀强磁

的速度向右运动时, 求:直导体棒两端的电压和流过电阻R1和R2的电流大小。

解题思路：本题可由法拉第电磁感应定律直接求感应电动势，然后根据等效电路，分析棒两端的电压即外电压，通过电阻的电流就等于外电压除以电阻值。

【解析】由题意可画出有图所示的电路图，则感应电动势 E＝BLV=0.1×0.5×6=0.3V

Uab=ER外/(R外+r)=0.3×2.4/（2.4+0.6）=0.24V I1=Uab/ R1 =0.06A

I2= Uab/ R2=0.04A

【变式训练5-1】如图所示，在宽为L的水平平行光滑导轨上垂直导轨放置一个直导体棒MN，在导轨的左端连接一个电阻R，其它电阻不计，设导轨足够长。整个装置处在垂直导轨竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度为B。当直导体棒受到一个垂直导轨水平向右的恒力F作用由静止开始在导轨上向右运动时，试确定直导体棒的运动情况及其最大速度Vm。

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场边缘，线圈与磁感线垂直．求：将线圈以向右的速度 ⑴拉力 F大小 ⑵拉力的功率 P ⑶拉力做的功W ⑷线圈中产生的电热 Q ⑸通过线圈某一截面的电荷量 q． 【解析】 ⑴

匀速拉出磁场的过程中，

× × M × × www.jtyjy.com

R × × × ×

F × × N × ×

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⑵

（2）设ab棒的速度变为初速度的

mυ0＝m

3434时，cd棒的速度为??，则由动量守恒可知

⑶

⑷ ⑸

【变式训练5-3】如图甲所示，在磁感应强度为B的匀强磁场中有固定的金属框架ABC，已知∠B＝θ，导体棒DE在框架上从B点开始在外力作用下，沿垂直DE方向以速度v匀速向右平移，使导体棒和框架构成等腰三角形回路。设框架和导体棒材料相同，其单位长度的电阻均为R，框架和导体棒均足够长，不计摩擦及接触电阻。关于回路中的电流I和电功率P随时间t变化的下列四个图像中可能正确的是图乙中的

A．①③ B．①④ C．②③ D．②④

【例题4】两根足够长的固定的平行金属导轨位于同一水平面内，两导轨间的距离为l，导轨上面横放着两根导体棒ab和cd，构成矩形回路，如图5所示，两根导体棒的质量皆为m，电阻皆为R，回路中其余部分的电阻可不计，在整个导轨平面内都有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度为B，设两导体棒均可沿导轨无摩擦地滑行，开始时，棒cd静止，棒ab有指向棒cd的初速度υ0（见图）。若两导体棒在运动中始终不接触， 求：（1）在运动中产生的焦耳热量是多少。 （2）当ab棒的速度变为初速度的

34υ0＋m?? 此时回路中的感应电动势和感应电流分别为

?2R?＝（zυ0－??）Bl I＝ 此时cd棒所受的安培力

F＝Ibl ca棒的加速度 a＝F

m由以上各式，可得 a＝B2l?02

4mR【变式训练5-4】MN与PQ为足够长的光滑金属导轨，相距L=0.5m，导轨与水平方向成

θ=30°放置。匀强磁场的磁感应强度B=0.4T，方向与导轨平面垂直指向左上方。金属棒ab、cd放置于导轨上（与导轨垂直），质量分别为mab=0.1kg和mcd=0.2kg，ab、cd的总电阻为R=0.2Ω（导轨电阻不计）。当金属棒ab在外力的作用下以1.5m/s的速度沿导轨匀速向上运动时，求 （1）当ab棒刚开始沿导轨匀速运动时，cd棒所受安培力的大小和方向。

（2）cd棒运动时能达到的最大速度。

（ ）

四、达标演练

1、以下说法正确的是：（ ）

A、用公式E = BLV求出的是电动势的瞬时值；

B、用公式E = BLV求出的电动势，只限于磁场方向和导线运动方向及导线方向三者互

相垂直的情况； C、用E = n（ΔΦ/Δt）求出的电动势是Δt内的平均电动势；

D、用E = n（ΔΦ/Δt）求出的电动势是t时刻的即时电动势。 2.在垂直于匀强磁场的平面内，固定着同种导线制成的同心金属圆环A、B，环半径为RB=2RA。当磁场随时间均匀变化时，两环中感应电流IA：IB为（ ）

A、1：2 B、2：1 C、1：4 D、4：1。

3、一根长L＝0.40m的直导线，在磁感应强度B＝0.5T的匀强磁场中运动，设直导线垂直于磁感线，运动方向跟磁感线也垂直，那么当直导线的速度为__ __m/s时，该直导线中感应电动势的大小才能为1.5V。 4、如图所示匀强磁场方向水平向外，磁感应强度B＝0.20T，金属棒Oa长L

a O 时，cd棒的加速度是多少？

【解析】（1）从初始至两棒达到速度相同的过程中，两棒总动量守恒有mυ1＝2 mυ

根据能量守恒，整个过程中产生的总热量 Q＝

12m?－

2012（2m）υ＝

2

14m?

20第 11 页 共 16 页 金太阳教育网 www.jtyjy.com

金太阳教育网 www.jtyjy.com ＝0.60m，绕O点在竖直平面内以角速度ω＝100rad/s顺时针匀速转动，则金属棒中感应电动势的大小是__________。 5、在磁感应强度B为0.4T的匀强磁场中，让长0.2m的导体 ab在金属框上以6m/s的速度向右移动，如图所示，此时ab中感应电动势的大小等于________V；如果R1＝6Ω，R2=3Ω，

其他部分的电阻不计，则通过ab的电流大小为______A。

6、如图所示，在一个光滑金属框架上垂直放置一根L=0.4m的金属棒 ab，其电阻r=0.1Ω．框架左端的电阻R=0.4Ω．垂直框面的匀强磁场的磁感强度B=0.1T．当用外力使棒ab以速度v=5m／s右移时，ab棒中产生的感应电动势E=__，通过ab棒的电流I=__，ab棒两端的电势差Uab=_ ，在电阻R上消耗的功率PR= W，在ab棒上消耗的发热功率Pr=_ W，切割运动中产生的电功率P=_ _ W 。 7、如图所示，在匀强磁场中，导体ab与光滑导轨紧密接触，ab在向右的拉力F作用下以速度v做匀速直线运动，当电阻R的阻值增大时，若速度v不变，则 （ ）

A、F的功率减小 B、F的功率增大

2

· · · R A C · · · a R1 b

v R2

11、如图所示，磁场方向垂直纸面向里，磁感强度B的大小与 y 无关，沿 x 方向每前进 1 m ，B均匀减小1 T，边长0.1 m 的正方形铝框总电阻为 0.25Ω，在外力作用下以 v = 4 m / s 的速度沿 x 方向做匀速直线运动，铝框平面跟磁场方向垂直，图中 ab 所在位置的B＝5T，则在图示位置处铝框中的感应电流I为多大?1 s 后外力的功率P为多少?

F b

· · · a R 一、学习目标：

1、了解互感和自感现象

0

第6节 互感和自感

C、F的功率不变 D、F的大小不变 8、一个200匝、面积为20cm在圆形线圈，放在匀强磁场中，磁场的方向与线圈平面成30角，磁感应强度在0.05s内由0.1T增加到0.5T。在此过程中，穿过线圈的磁通量变化量是多大？磁通量的平均变化率是多大？线圈中感应电动势的大小为少？

9、如图所示，匀强磁场的磁感应强度B为1T，光滑导轨宽2m，电阻不计。L1、L2分别是“6V 12W”、“6V 6W”的灯泡，导体棒ab的电阻为1Ω，其他导体的电阻不计。那么ab棒以多大的速向右运动，才能使两灯正常发光？此时使ab棒运动的外力F的功率为多大？

10、回路竖直放在匀强磁场（磁感应强度为B）中，磁场的方向垂直于回路平面向外．导体AC(质量为m，长为L)可以贴着

a L

b

F L2、了解自感现象产生的原因

3、知道自感现象中的一个重要概念——自感系数，了解它的单位及影响其大小的因素

二、重点、难点

1．重点：自感现象及自感系数

2．难点：① 自感现象的产生原因分析 ②通、断电自感的演示实验中现象解释

三、自主学习

（一）互感现象

1、基本概念：①互感：②互感现象：③互感电动势： 2、互感的理解：

3、互感的应用和防止： （二）自感现象 1．演示实验： 实验1

观察到的现象： 总结：

实验2断电自感 2．结论：

小结：线圈中电流发生变化时，自身产生__________，这个感应电动势阻碍______的变化。

光滑竖直长导轨下滑．设回路的总电阻恒定为R，当导体AC从静止开始下落后，（1）试定性分析AC下落的整个运动过程；（2）导体AC下落的稳定速度；（3）试定性分析导体从静止达到稳定速度过程中的能量转化；（4）导体稳定后电路的热功率。（5）若在R处加一开关K，AC下落时间t后再合上K，AC的运动可能会怎样？

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