高中物理选修3-2练习课件：4.5 电磁感应现象的两类情况

2．由感生电场产生的感应电动势称为__感__生__电__动__势_。 ΔΦ
大小：E＝__Δ_t__。 由_楞__次__定__律___和右手螺旋定则，来判断其方向。
3．一段导体在做切割磁感线运动时，导体内的自由电荷在__洛__伦__兹__力__的作用下定向运 动产生感应电流，或者说导体中产生了__感__应__电__动__势_(这种电动势叫__动__生__电__动__势_)，这时的非 静电力与__洛__伦__兹__力__有关。
11．如图所示的匀强磁场中，有两根相距20 cm的固定平行金属光滑导轨MN和PQ。磁 场方向垂直于MN、PQ所在平面。导轨上放置着ab、cd两根平行的可动金属细棒。在两棒中 点OO′之间拴一根40 cm长的细绳，绳长保持不变。设磁感应强度B以1.0 T/s的变化率均匀 减小，abdc回路的电阻为0.50 Ω。求：当B减小到10 T时，两可动边所受磁场力和abdc回路 消耗的功率。
解析 设上、下两板之间距离为 d，当框架向左切割磁感线时，由右手定则可知下板电
势比上板高，由动生电动势公式可知 U＝Bdv，故在两板间产生从下向上的电场，E＝Ud ＝ Bv，若小球带正电，则受到向下的洛伦兹力 qvB，向上的电场力 qE＝qvB，故绳的拉力 FT ＝mg，同理，若小球带负电，也可得到同样的结论。
课堂对点训练
知识点一
电磁感应现象中的感生电场
1.(多选)下列说法中正确的是( ) A．感生电场是由变化的磁场产生 B．恒定的磁场也能在周围空间产生感生电场 C．感生电场的方向也同样可以用楞次定律和右手螺旋定则来判定 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 磁场变化时在空间激发感生电场，其方向与所产生的感应电流方向相同，可由 楞次定律和右手螺旋定则判断，A、C项正确。
10．[2015·济宁高二检测]如图甲所示，不计电阻的平行金属导轨与水平面成夹角37° 放置，导轨间距为L＝1 m，上端接有电阻R＝3 Ω，虚线OO′下方是垂直于导轨平面的匀强 磁场。现将质量m＝0.1 kg、电阻r＝1 Ω的金属杆ab从OO′上方某处垂直导轨由静止释放，杆 下滑过程中始终与导轨垂直并保持良好接触，杆下滑过程中的v－t图象如图乙所示。(取g＝ 10 m/s2)求：
A．作用于金属棒上的各个力的合力所做的功等于零 B．作用于金属棒上的各个力的合力所做的功等于mgh与电阻 R上产生的焦耳热之和 C．恒力F与安培力的合力所做的功等于零 D．恒力F与重力的合力所做的功等于电阻R上产生的焦耳热
解析 金属棒匀速上滑的过程中，对金属棒受力分析可知，有三个力对金属棒做功， 恒力F做正功，重力做负功，安培力阻碍相对运动，沿斜面向下，做负功。匀速运动时，所 受合力为零，故合力做功为零，A正确；克服安培力做多少功就有多少其他形式的能转化为 电路中的电能，电能又等于R上产生的焦耳热，故外力F与重力的合力所做的功等于电阻R上 产生的焦耳热，D正确。
A．撤去外力后，ab 做匀减速运动 B．合力对 ab 做的功为 Fx C．R 上释放的热量为 Fx＋12mv2m D．R 上释放的热量为 Fx
解析 撤去外力后，导体棒水平方向只受安培力作用，而 F 安＝B2RL2v，F 安随 v 的变化 而变化，故棒做加速度变化的变速运动，A 错；对整个过程由动能定理得 W 合＝ΔEk＝0，B 错；由能量守恒定律知，外力做的功等于整个回路产生的电能，电能又转化为 R 上释放的热 量，即 Q＝Fx，C 错，D 正确。
知识点三
电磁感应中的能量问题
7．(多选)如图所示，两根光滑的金属导轨，平行放置在倾角为θ的斜面上，导轨的左端 接有电阻R，导轨自身的电阻可忽略不计。斜面处在一匀强磁场中，磁场方向垂直于斜面向 上。质量为m、电阻可以不计的金属棒ab，在沿着斜面与棒垂直的恒力F作用下沿导轨匀速 上滑，并上升h高度，在这一过程中( )
5．下列说法中正确的是( ) A．动生电动势是洛伦兹力对导体中自由电荷做功而引起的 B．因为洛伦兹力对运动电荷始终不做功，所以动生电动势不是由洛伦兹力产生的 C．动生电动势的方向可以由右手定则来判定 D．导体棒切割磁感线产生感应电流，受到的安培力一定与受到的外力大小相等、方向 相反 解析 动生电动势是洛伦兹力沿导体方向的分力做功引起的，但洛伦兹力对自由电荷 所做的总功仍为零，选项A、B错误；动生电动势是由于导体切割磁感线产生的，可由右手 定则判定方向，C正确；只有在导体棒做匀速切割时，除安培力以外的力的合力才与安培力 大小相等方向相反，做变速运动时不成立，故D错误。
6.如图所示，用铝板制成“U”形框，将一质量为m的带电小球用绝缘细线悬挂在此框的 上方，让整体在垂直于水平方向的匀强磁场中向左以速度v匀速运动，悬线拉力为FT。则 ()
A．悬线竖直，FT＝mg B．悬线竖直，FT<mg C．v选择合适的大小，可使FT＝0 D．因条件不足，FT与mg的大小关系无法确定
答案
(1)2 T
3 (2)160 J
点评 焦耳热的计算技巧 (1)感应电路中电流恒定，则电阻产生的焦耳热等于电流通过电阻做的功，即Q＝I2Rt。 (2)感应电路中电流变化，可用以下方法分析： ①利用动能定理，根据产生的焦耳热等于克服安培力做的功，即Q＝W安。 ②利用能量守恒，即感应电流产生的焦耳热等于电磁感应现象中其他形式能量的减 少，即Q＝ΔE其他。
解析 根据 E＝nΔΔΦt ＝nΔΔBtS， E＝1.0×20×40×10－4 V＝0.08 V。 根据 I＝ER，F＝BIL， F＝10×00..0580×20×10－2 N＝0.32 N， P＝ER2＝00..05802 W＝0.0128 W。 答案 均为 0.32 N 0.0128 W
课后提升训练
(2)方法一：磁场中下滑 0.1 s25 A，QR＝I2Rt＝1360 J。
方法二：金属杆 ab 在磁场中匀速运动，则 x＝vt＝0.05 m，
下落高度 h＝xsinθ＝0.03 m，由能量守恒有 mgh＝Q＋Ffx，
电阻 R 产生的热量 QR＝34Q＝34(mgh－Ffx)＝1360 J。
温馨提示：请点击按扭进入WORD文档作业
A．mgb C．mg(b－a)
B．12mv2 D．mg(b－a)＋12mv2
解析 金属块在进出磁场过程中要产生感应电流，机械能要减少，上升的最大高度不断
降低，最后刚好飞不出磁场，在高为 a 的曲面上做往复运动，永不停止，故由能量守恒定律
可得 Q＝ΔE＝12mv2＋mg(b－a)。
9．水平放置的光滑导轨上放置一根长为 L、质量为 m 的导体棒 ab，ab 处在磁感应强度 大小为 B、方向如图所示的匀强磁场中，导轨的一端接一阻值为 R 的电阻，导轨及导体棒电 阻不计。现使 ab 在水平恒力 F 作用下由静止沿垂直于磁场的方向运动，当通过位移为 x 时， ab 达到最大速度 vm。此时撤去外力，最后 ab 静止在导轨上。在 ab 运动的整个过程中，下 列说法正确的是( )
(1)磁感应强度B； (2)金属杆在磁场中下滑0.1 s过程中电阻R产生的热量。
解析 (1)由图乙得 a＝ΔΔvt ＝00..15 m/s2＝5 m/s2，
0～0.1 s，由牛顿第二定律有 mgsinθ－Ff＝ma。 代入数据得 Ff＝0.1 N,0.1 s 后匀速运动，有 mgsinθ－Ff－F＝0， 而 F＝BIL＝BRB＋LvrL＝BR2＋L2rv，得 B＝2 T。
人教版 ·选修3-2
第四章 电磁感应
第5节 电磁感应现象的两类情况
课前预习作业
1．英国物理学家_麦__克__斯__韦___认为，磁场__变__化_时会在周围空间激发一种__电__场_，这种电 场与静电场不同，它不是由电荷产生的，我们把这种电场叫做__感__生__电__场__。如果此刻空间存 在闭合_导__体__，_导__体__中的自由电荷就会在感生电场的作用下做定向运动，产生感应电流，或 者说导体中产生了_感__生__电__动__势__。在这种情况下，所谓的非静电力就是__感__生__电__场__对自由电 荷的作用。
8．光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图所示，抛物线的方程是 y＝x2，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＝a 的直线(如图中虚线所示)。一个质量为
m 的小金属块从抛物线 y＝b(b＞a)处以速度 v 沿抛物线下滑，假设抛物线足够长，则金属块 沿抛物线下滑后产生的焦耳热总量是( )
4．动生电动势 (1)产生：导体切割磁感线时，如果磁场不变化，空间就不存在_感__生__电__场___，自由电荷 不受电场力的作用，但自由电荷会随着导体棒切割磁感线的运动而受到__洛__伦__兹__力__，这种情 况下产生的电动势称为_动__生__电__动__势__。这时的非静电力与__洛__伦__兹__力__有关。 (2)大小：E＝_B_l_v__(B的方向与v的方向垂直)。 (3)方向判断：_右__手__定__则___。
2．(多选)某空间出现了如图所示的一组闭合的电场线，这可能是( ) A．沿AB方向磁场在迅速减弱 B．沿AB方向磁场在迅速增强 C．沿BA方向磁场在迅速增强 D．沿BA方向磁场在迅速减弱 解析 根据电磁感应，闭合回路中的磁通量变化时，使闭合回路中产生感应电流，该 电流可用楞次定律判断。根据麦克斯韦电磁场理论，闭合回路中产生感应电流，是因为闭合 回路中受到了电场力的作用，而变化的磁场产生电场，与是否存在闭合回路没有关系，故空 间磁场变化产生的电流方向仍然可用楞次定律判断，四指环绕方向即为感应电流的方向，由 此可知A、C两项正确。
3．如图甲所示，n＝50匝的圆形线圈M，它的两端点a、b与内阻很大的电压表相连， 线圈中磁通量的变化规律如图乙所示，则a、b两点的电势高低与电压表的读数为( )
A．φa＞φb,20 V C．φb＞φa,20 V
B．φa＞φb,10 V D．φb＞φa,10 V
解析 圆形线圈产生的感生电动势，相当于电源内电路。磁通量均匀增大，由楞次定律 知，线圈中感应电流为逆时针方向，又线圈相当于内电路，故 φa＞φb；E＝nΔΔΦt ＝50×84××00.0.11 V＝10 V，因而电压表的读数为 10 V。电压表测量的是电源的电动势，即感生电动势。故选 B。