第二时 法拉第电磁感应定律(一)
基础知识回顾
1. (1)法拉第电磁感应定律: 电路中感应电动势的大小 ,表达式为E= 。
(2)当导体在匀强磁场中做切割磁感线的相对运动时产生的感应电动势E= ,θ是B与v之间的夹角。
(3)导体棒绕某一固定转轴旋转切割磁感线,虽然棒上各点的切割速度并不相同,但可用棒上 等效替代切割速度。常用公式E= 。
2.应用法拉第电磁感应定律时应注意:
(1)E= 适用于一般回路。若磁通量不随时间均匀变化,则ΔΦ/Δt为Δt时间内通过该回路的磁通量的 。
(2)E= ,适用于导体各部分以相同的速度切割磁感线的情况,式中L为导线的有效切割长度,θ为运动方向和磁感线方向的夹角。若v为瞬时速度,则E为 。若v为平均速度,则E为 。
(3).若磁感应强度B不变,回路的面积S发生变化,则E= ; 若回路的面积S不变,磁感应强度B发生变化,则E= ; 若磁感应强度B、回路的面积S都发生变化,则E= 。
3.要注意严格区分Φ、ΔΦ、ΔΦ/Δt的物理意义
Φ是指 。
ΔΦ是指 。
ΔΦ/Δt是指 。
要点讲练:
【例1】如图所示,长L1宽L2的矩形线圈电阻为R,处于磁感应强度为B的匀强磁场边缘,线圈与磁感线垂直。求:将线圈以向右的速度v匀速拉出磁场的过程中,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 。
例2如图所示,空间存在垂直于纸面的均匀磁场,在半径为a的圆形区域内外,磁场方向相反,磁感应强度大小均为B。一半径为b ,电阻为R的圆形导线环放置在纸面内,其圆心与圆形区域的中心重合,在内、外磁场的磁感应强度同时由B均匀地减小到零的过程中,通过导线截面的电量q= 。
例3(06 全国卷)如图所示,在匀强磁场中固定放置一根串接一电阻R的直角形金属导轨aob(在纸面内),磁场方向垂直纸面朝里,另有两根金属导轨c、d分别平行于oa、ob放置。保持导轨之间接触良好,金属导轨的电阻不计。现经历以下四个过程:①以速率v移动d,使它与ob的距离增大一倍;②再以速率v移动c,使它与oa的距离减小一半;③然后,再以速率2v移动c,使它回到原处;④最后以速率2v移动d,使它也回到原处。设上述四个过程中通过电阻R的电量的大小依次为Q1、Q2、Q3和Q4,则 ( )
A. Q1=Q2=Q3=Q4 B. Q1=Q2=2Q3=2Q4
C. 2Q1=2Q2=Q3=Q4 D. Q1≠Q2=Q3≠Q4
【例4】如图所示,N、GH为平行导轨,AB、CD为跨在导轨上的两根横杆,导轨和横杆均为导体。有匀强磁场垂直于导轨所在平面。用I表示回路中的电流 ( )
A.当AB不动而CD向右滑动时,I≠0且沿顺时针方向
B.当AB向左、CD向右滑动且速度大小相等时,I=0
C.当AB、CD都向右滑动且速度大小相等时,I=0
D.当AB、CD都向右滑动,且AB速度大于CD时,I≠0且沿逆时针方向
例5(04 全国卷)一直升飞机停在南半球的地磁极上空。该处地磁场的方向竖直向上,磁感应强度为B。直升飞机螺旋桨叶片的长度为l,螺旋桨转动的频率为f,顺着地磁场的方向看螺旋桨,螺旋桨按顺时针方向转动。螺旋桨叶片的近轴端为a,远轴端为b,如图所示。如果忽略a到转轴中心线的距离,用ε表示每个叶片中的感应电动势,则 ( )
A.ε=πfl2B,且a点电势低于b点电势
B.ε=2πfl2B,且a点电势低于b点电势
C.ε=πfl2B,且a点电势高于b点电势
D.ε=2πfl2B,且a点电势高于b点电势
例6(06 天津卷)在竖直向上的匀强磁场中,水平放置一个不变形的单匝金属圆线圈,规定线圈中感应 电流的正方向如图 1所示,当磁场的磁 感应强度 B随时间 t如图 2变化时,图中正确表示线圈中感应电动势 E变化的是 ( )
强化练习:
1.如图所示,闭合导线框的质量可以忽略不计,将它从图示位置匀速拉出匀强磁场,若第一次用0.3s时间拉出,外力所做的功为,通过导线截面的电量为 ;第二次用0.9s时间拉出,外力做的功为W2,通过导体截面的电量为 ,则( )
A. B.
C. D.
2.如图所示,一导线AC以速度υ在金属轨道DFEF上匀速滑动,向右通过一匀强磁场,金属轨道EF间有电阻R,其余的电阻不计,则在通过此匀强磁场的过程中,下列物理量中与速度υ成正比的是( )
①导线AC中的感应电流强度
②磁场作用于导线AC上的磁场力
③用于导线AC上的磁场力的功率
④电阻R上所消耗的电功率,
A.①② B.①③ C.②④D.③④
3.如图所示,在竖直向下的匀强磁场中,将一水平放置的金属棒ab以初速度υ0水平抛出,设在整个过程中棒始终保持水平,且不计空气的阻力,则在金属棒运动的过程中产生的感应电动势的大小 ( )
A.越越大B.越越小
C.保持不变D.感应电动势的方向不变,大小不断改变
4. .一飞机在北半球的上空以速度v水平飞行,飞机机身长为a,翼展为b;该空间地磁场磁感应强度的水平分量为B1,竖直分量为B2;驾驶员左侧机翼的端点用A表示,右侧机翼的端点用B表示,用E表示飞机产生的感应电动势,则 ( )
A.E=B1vb,且A点电势低于B点电势
B.E=B1vb,且A点电势高于B点电势
C.E=B2vb,且A点电势低于B点电势
D.E=B2vb,且A点电势高于B点电势
6.空间有一个水平向里的有界匀强磁场,如图12—18所示,一刚性正方形线圈,质量为m,边长为L,从磁场上方距磁场上界h1处自由落下(线圈总沿竖直平面运动),若线圈刚好匀速穿过磁场区域,则有界磁场的宽度h2= ;线圈穿过磁场过程中产生的内能为 。
7. 如图所示,平行金属导轨间距为d,一端跨接一阻值为R的电阻,匀强磁场磁感强度为B,方向垂直轨道所在平面,一根长直金属棒与轨道成60°角放置,当金属以垂直棒的恒定速度v沿金属轨道滑行时,电阻R中的电流大小为________。(不计轨道与棒的电阻)
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