2018版高中物理选修3-2学案：第一章电磁感应含答案.docx

一、产生感应电流的条件判断 1．产生感应电流的条件 电路闭合． 磁通量发生变化． 2．穿过闭合电路的磁通量发生变化，大致有以下几种情况： 磁感应强度 B 不变，线圈面积 S 发生变化． 线圈面积 S 不变，磁感应强度 B 发生变化． (3) 磁感应强度 B 和回路面积 S 同时发生变化，此时可由 ΔΦ＝Φ2－Φ1 计算并判断磁通量是否 发生变化． 线圈面积 S 不变，磁感应强度 B 也不变，但二者之间夹角发生变化． 例 1 某同学在实验室重做法拉第发现电磁感应现象的实验，他将电流表、线圈 A 和 B、蓄 电池、开关用导线连接成如图 1 所示的实验装置．当他接通、断开开关时，电流表的指针都 没有偏转，其原因是 ( ) 图 1 ．开关的位置接错 ．电流表的正负极接错 C．线圈 B 的接头 3、4 接反 ．蓄电池的正负极接反答案 A 解析 当开关位置接错时，开关的闭合和断开不会使 A 线圈中的电流发生变化，电流恒定使 其产生的磁场不变，从而不会产生感应电流． 针对训练 1 如图 2 所示，绕在铁芯上的线圈与电源、滑动变阻器和开关组成一闭合回路，在 铁芯的右端套有一个表面绝缘的铜环 a，下列各种情况铜环 a 中不产生感应电流的是 ( ) 图 2 ．线圈中通以恒定的电流 B ．通电时，使变阻器的滑片 P 匀速移动 C．通电时，使变阻器的滑片 P 加速移动 D ．将开关突然断开的瞬间 答案 A 解析 线圈中通以恒定电流时，铜环 a 处磁场不变，穿过铜环的磁通量不变，铜环中不产生 感应电流；变阻器滑片移动或开关断开时，线圈中电流变化，铜环 a 处磁场变化，穿过铜环 的磁通量变化，产生感应电流，故应选 A. 二、感应电动势的计算 1． 法拉第电磁感应定律 E＝ n ΔΦ t (1) E＝ nΔΦ是计算感应电动势普遍适用的公式， 但对于回路中的磁感应强度 B 发生变化时求解 t 较方便． (2) E＝ nΔΦ一般计算的是平均感应电动势．但当 t→ 0 时，比如利用 Φ－ t 图象求 E 时 ΔΦ也可 t t 求瞬时值． 2． 导体杆切割磁感线产生的电动势 E＝ Blv ΔΦ (1) 公式 E＝Bl v 是 E＝n t 的特殊情况，适用于导体杆切割磁感线运动时产生的电动势． (2) 公式 E＝Bl v 一般求的是瞬时值，此时 v 为瞬时速度．但当 v 为平均速度时，也可求平均电 动势． 1 2 ω. (3) 对于导体杆围绕一个点转动切割磁感线时 E＝2Bl 例 2 如图 3 甲所示， 一个 500 匝的线圈的两端跟 R＝ 99 Ω的电阻相连接， 置于竖直向下的 匀强磁场中，线圈的横截面积是 20 cm2，电阻为 1 Ω，磁场的磁感应强度随时间变化的图象如 图乙所示，求磁场变化过程中通过电阻 R 的电流． 图 3 答案 0.1 A 解析 由题图乙知：线圈中磁感应强度 B 均匀增加，其变化率 B＝ 50－ 10 T/s＝ 10 T/s. t 4 ΔΦ B － 4 由法拉第电磁感应定律得线圈中产生的感应电动势为 E＝ n t ＝n t S＝ 500× 10× 20× 10 V ＝10 V 由闭合电路欧姆定律得感应电流大小为 I＝E＝ 10 A＝0.1 A. R＋ r 99＋ 1 例 3 如图 4 所示， 导线全部为裸导线， 半径为 r ，两端开有小口的圆内有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为 B，一根长度大于 2r 的导线 MN 以速度 v 在圆环上无摩擦地自左端匀速滑到右端、 电路中固定电阻阻值为 R，其余部分电阻均忽略不计． 试求 MN 从圆环左端滑到右端的过程中： 图 4 电阻 R 上的最大电流； (2)电阻 R 上的平均电流； (3)通过电阻 R 的电荷量． (1) 2Br v πBr v (3)Bπr 2 答案 (2) R 2R R 解析 (1) MN 向右滑动时， 切割磁感线的有效长度不断变化， 当 MN 经过圆心时， 有效切割长 度最长，此时感应电动势和感应电流达到最大值．所以 Imax＝ E＝ 2Brv. R R (2) 由于 MN 向右滑动中电动势和电流大小不断变化，且不是简单的线性变化，故难以通过 E ＝ Blv 求解平均值， 可以通过磁通量的平均变化率计算平均感应电动势和平均感应电流． 所以， E＝ ΔΦ＝Bπrv， I＝ E＝ πBr v t 2 R 2R. ΔΦ Bπr2 (3) 通过电阻 R 的电荷量等于平均电流与时间的乘积．所以， q＝ It ＝ R ＝ R . 例 4 金属杆 MN 和 PQ 间距为 l ， MP 间接有电阻 R，磁场如图 5 所示，磁感应强度为 B.金 属棒 AB 长为 2l ，由图示位置以 A 为轴，以角速度 ω匀速转过 90°(顺