第5节 电磁感应现象的两类情况.docx

第5节电磁感应现象的两类情况AA见学生用书Pl5学习目标练法指导1. 了解感生电场，知道感生电动势产生的原因。会判断感生电动势的方向，并会计算它的大小。2. 了解动生电动势的产生以及与洛伦兹力的关系。会判断动生电动势的方向，并会计算它的大小。3. 了解电磁感应规律的一般应用，会联系科技实例进行分析。1 .通过练习深刻理解感生电动势的产生机理，感生电场的电场线是闭合曲线。2 .通过练习深刻理解动生电动势的产生机理，非静电力与洛伦兹力有关。3 .熟悉电磁感应中的力学问题的解题思路，常涉及受力情况与运动情况的动态分析问题。4 .熟悉电磁感应中的能量转化方向和量值关系，在纯电阻电路和非纯电阻电路中能量转化不同。课/前/预/习轻/松/搞/定要点辨析1 .如果空间不存在闭合电路，变化的磁场周围不会产生感生电场(X)2 .处于变化磁场中的导体，其内部自由电荷定向移动，是由于受到感生电场的作用(J)3 .感生电场就是感生电动势(X)4 .由动生电动势的分析可知，洛伦兹力对运动电荷不做功是错误的(X)5 .导体切割磁感线运动时，克服安培力做多少功，就会有多少其他形式的能转化为电能(J)预习自检L(多选)下列说法正确的是()A.感生电场由变化的磁场产生B.恒定的磁场也能在周围空间产生感生电场C.感生电场的方向可以用楞次定律和安培定则来判定D.感生电场的电场线是闭合曲线，其方向一定是沿逆时针方向解析变化的磁场在空间激发感生电场，恒定的磁场不能在周围空间产生感生电场，选项A正确，选项B错误；感生电场的电场线是闭合曲线，感生电场的方向可由楞次定律和安培定则判断，不一定是沿逆时针方向，选项C正确，选项D错误。答案AC2 .（多选）关于感生电动势和动生电动势的比较，下列说法正确的是（）A.感生电动势是由于变化的磁场产生了感生电场，感生电场对导体内的自由电荷产生作用而使导体两端出现的电动势B.动生电动势是由于导体内的自由电荷随导体棒一起运动而受到洛伦兹力的作用产生定向移动，使导体棒两端出现的电动势C.在动生电动势产生的过程中，洛伦兹力对自由电荷做功D.感生电动势和动生电动势产生的实质都是由于磁通量的变化引起的，只是感生电动势是由于磁场的变化产生的，而动生电动势是由于面积的变化产生的解析感生电动势和动生电动势的产生机理不同，易知选项A、B正确；在动生电动势产生的过程中，某一方向上的洛伦兹力对自由电荷做正功，另一方向上的洛伦兹力对自由电荷做负功，整体上，洛伦兹力不做功，选项C错误；感生电动势和动生电动势实质上都是电磁感应现象中产生的电动势，都是由于磁通量的变化引起的，选项D正确。答案ABD3 .如图所示,两个端面半径同为R的圆柱形铁芯同轴水平放置，相对的端面之间有一缝隙，铁芯上绕导线并与直流电源连接，在缝隙中形成一匀强磁场。一铜质细直棒必水平置于缝隙中，且与圆柱轴线等高、垂直。让铜质细直棒从静止开始自由下落，铜质细直棒下落距离为0.2R时铜质细直棒中电动势大小为E1,下落距离为0.8K时电动势大小为瓦，忽略涡流损耗和边缘效应。关于西、瓦的大小和铜质细直棒离开磁场前两端的极性，下列判断正确的是（）A.Ei>E29端为正B.Ei>E29b端为正C.EiVEz,端为正D.E<E29办端为正解析通电导线在缝隙中产生的磁场方向向左，所以铜质细直棒下落时由右手定则可判断得b端为正，选项A、C错误；根据E=BLv可知，下落0.8K时电动势较大，即与V瓦，选项B错误，选项D正确。答案D4.矩形导线框固定在匀强磁场中，如图甲所示，磁感线的方向与导线框所在平面垂直，规定磁场的正方向为垂直纸面向里，磁感应强度b随时间，变化的规律如图乙所示，贝!（）A.从0九时间内，导线框中电流的方向为曲CdaB.从0九时间内，导线框中电流越来越小C.从0打时间内，导线框中电流的方向始终为GdcMD.从0勿时间内，导线框必边受到的安培力越来越大解析由楞次定律，从0打时间内，导线框中电流的方向始终为adcba,选项A错误，C正确；由法拉第电磁感应定律和闭合电路欧姆定律，从0打时间内，导线框中电流恒定，选项B错误；由安培力公式,从0/2时间内，导线框必边受到的安培力先减小后增大，选项D错误。答案C5.如图所示，一个带正电的粒子在垂直于匀强磁场的平面内做圆周运动，当磁感应强度均匀增大时，此粒子的动能将（）A.不变B.增加C.减少D.以上情况都可能解析当磁感应强度均匀增大时,在纸平面方向上将产生逆时针解析。粒子在磁场中运动，受到的洛伦兹力不做功，动能不变，选项C错误；办粒子在变化的磁场中运动，由于变化的磁场要产生感生电场，感生电场会对b粒子做正功洛粒子动能增大，选项A正确，选项B、D错误。答案A3.（多选）如图所示，一金属半圆环置于匀强磁场中，磁场方向垂直于半圆面向外，下列说法正确的是（）A.当磁场突然减弱时，电动势方向由MfNB.当磁场突然减弱时，电动势方向由N-MC.若磁场不变，将半圆环绕MN轴旋转180。的过程中，电动势方向由MfND.若磁场不变，将半圆环绕MN轴旋转180。的过程中，电动势方向由NfM解析当磁场突然减弱时，由楞次定律和右手定则知，感应电动势方向由NfM,选项A错误，选项B正确；若磁场不变，半圆环绕AfN轴旋转180。的过程中，由右手定则可知，半圆环中产生的感应电动势在半圆环中由N指向M,选项C错误，选项D正确。答案BD题组二电磁感应中的力学问题4.如图所示，两根竖直放置的光滑平行导轨，其中一部分处于方向垂直导轨所在平面并且有上下水平边界的匀强磁场。一根金属杆MN保持水平并沿导轨滑下（导轨电阻不计），当金属杆MN进入磁场区后，其运动的速度随时间变化的图线不可能的是（）解析当金属杆AfN进入磁场区后，切割磁感线产生感应电流，受到向上的安培力。金属杆MN进入磁场区时，若所受的安培力与重力相等，做匀速直线运动，速度不变，所以A图象是可能的。金属杆MN进入磁场区时，若所受的安培力小于重力，做加速运动，随着速度的增大，感应电动势和感应电流增大，金属杆所受的安培力增大，合外力减小，加速度减小，o一£图象的斜率应逐渐减小，故B由法拉第电磁感应定律得/=等B1T2V两式联立得F=p9B2lv拉力做功为W=-s9所以两种情况下拉力做的功Wl与W2之比为Wi=vi=l拓=£=5；由公式P=Fv可得，两种情况下拉力的功率Pi与02之比为4=2Vi1忌=不由公式2=。和，=E可得，两种情况下线圈中产生的焦耳热QlL八、1O01PlhPlS1与。2之比为Q=助=瓦R=5。答案AD7 .（多选）两根足够长的光滑导轨竖直放置，间距L.底端接阻值为K的电阻。将质量为那的金属棒悬挂在一个固定的轻弹簧的下端，金属棒和导轨接触良好，导轨所在平面与磁感应强度为B的匀强磁场垂直，如图所示，除电阻R外其余电阻不计。现将金属棒从弹簧原长位置由静止释放。贝!）（）A.释放瞬间金属棒的加速度等于重力加速度g8 .金属棒向下运动时，流过电阻K的电流方向为a-8C.金属棒的速度为。时，所受安培力F=VD.电阻K上产生的总热量等于金属棒重力势能的减小解析释放瞬间金属棒的速度为零，故仅受重力，其加速度为重力加速度，故A选项正确；当金属棒向下运动切割磁感线时，由右手定则，可知电流方向是由办一，故B选项错误；当金属棒速度为EB2L1VV时,感应电动势E=BLv9感应电流/=方,则安培力F=BIL=f,故C选项正确；金属棒的重力势能减少量等于K上产生的焦耳热和金属棒增加的动能与弹簧弹性势能之和，故D选项错误。答案AC8.光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图所示，抛物线的方程为了=必，其下半部处在一个水平方向的匀强磁场中，磁场的上边界是y=的直线（图中的虚线所示），一个质量为m的小金属块从抛物线y=A3>）处以速度。沿抛物线下滑，假设抛物线足够长，则金属块在曲面上滑动的过程中产生的焦耳热总量是（）A.mgbBmv2C.mg（b-a）D.mg（ba）+mv2解析金属块在进入磁场或离开磁场的过程中，穿过金属块的磁通量发生变化，产生电流，进而产生焦耳热。最后，金属块在高为的曲面上做往复运动。减少的机械能为mg（ba）÷mv2,由能量的转化和守恒可知，减少的机械能全部转化成焦耳热，即选D。答案D课/后/巩/固快/速/提/能1 .如图所示，导体Ab在做切割磁感线运动时，将产生一个感应电动势，因而在电路中有电流通过，下列说法中正确的是（）A.因导体运动而产生的感应电动势称为动生电动势B.动生电动势的产生与洛伦兹力无关C.动生电动势的产生与电场力有关D.动生电动势和感生电动势产生的原因是一样的解析根据动生电动势的定义，A项正确；动生电动势中的非静电力与洛伦兹力有关，感生电动势中的非静电力与感生电场有关，B、C、D项错误。答案A2 .现代科学研究中常用到高速电子，电子感应加速器就是利用感生电场加速电子的设备。电子感应加速器主要有上、下电磁铁磁极和环形真空室组成。当电磁铁绕组通以变化的电流时，产生变化的磁场，穿过真空盒所包围的区域内的磁通量也随时间变化，这时真空盒空间内就产生感应涡旋电场，电子将在涡旋电场作用下加速。如图所示（上图为侧视图、下图为真空室的俯视图），若电子被“约束”在半径为K的圆周上运动，当电磁铁绕组通有图中所示的电流时（）A.若电子沿逆时针运动，保持电流的方向不变，当电流增大时，电子将加速B.若电子沿顺时针运动，保持电流的方向不变，当电流增大时，电子将加速C.若电子沿逆时针运动，保持电流的方向不变，当电流减小时，电子将加速D.被加速时电子做圆周运动的周期不变解析当电磁铁绕组通有题图中所示的电流时，由安培定则可知将产生向上的磁场，当电磁铁绕组中电流增大时，根据楞次定律和安培定则可知，这时真空盒空间内产生顺时针方向的感生电场，电子沿逆时针运动，电子将加速，选项A正确，选项B、C错误；由于电子被“约束”在半径为R的圆周上运动，被加速时电子做圆周运动的周期减小，选项D错误。答案A3 .如图所示,在匀强磁场中,放置两根光滑平行导轨MN和P?,其电阻不计，而、Cd两根导体棒，其电阻R而VRc"当M棒在外力月作用下向左匀速滑动时，Cd棒在外力队作用下保持静止，巴和生的方向都与导轨平行，那么，凡和队大小相比、口和Cd两端的电势差相比，正确的是（）A.F1>F2,UCd>UabB.Fl=F2fUab=UcdC.F1<F2,Uab<UcdD.F1=F2,Uab<Ucd解析.因而和Cd的磁场力都是F=BIl,又因为ab棒在外力M作用下向左匀速滑动时，Cd在外力色作用下保持静止，故M=F2,又由MN、PQ电阻不计，所以a、C两点等势，队d两点等势，因而U而=UC由故B正确。答案B4 .如图所示,均匀磁场中有一由半圆弧及其直径构成的导线框，半圆直径与磁场边缘重合；磁场方向垂直于半圆面（纸面）向里，磁感应强度的大小为Boo使该线框从静止开始绕过圆心O、垂直于半圆面的轴以角速度匀速转动半周，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周过程中同样大小的电流，磁感应强度随时间的变化率等的大小应为（）.4coBo2coBqA.B.111111211解析设半圆的半径为，导线框的电阻为&当导线框匀速转动时，在很短的时间A/内，转过的圆心角Ae=/A/,由法拉第电磁.O兀JA-感应定律及欧姆定律可得感应电流/1=华=3；。"；当导K