2019-2020年高中物理 1.4《法拉第電磁感應定律》學案導學 粵教版選修3-2.doc

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2019-2020年高中物理 1.4《法拉第電磁感應定律》學案導學 粵教版選修3-2 【例1】如圖17－84所示，MN、PQ為足夠長的水平導電軌道，其電阻可以忽略不計，軌道寬度為L，ab，cd為垂直放置在軌道上的金屬桿，它們的質量均為m，電阻均為R，整個裝置處于豎直向下的勻強磁場中，磁場的磁感強度為B．現(xiàn)用水平力拉cd桿以恒定的速率v向右勻速滑動，設兩桿與軌道間的動摩擦系數(shù)為μ，求ab桿可以達到的最大速度和此時作用在cd桿上水平拉力做功的瞬時功率． 解析：由楞次定律可知，當cd向右勻速運動時，ab也向右運動． 當ab有最大速度vm時，μmg＝BIL ① ② 此時作用在cd桿上水平拉力F做功的瞬時功率為P＝Fv＝(F安＋f)v＝(BIL＋μmg)v 點撥：要明確最大速度的條件，分析電路中的電流、安培力和金屬棒的運動之間相互影響、相互制約的關系． 【例2】如圖17－85所示，兩根很長的光滑平行的金屬導軌，相距L，放在一水平面內，其左端接有電容C、電阻為R1、R2的電阻，金屬棒ab與導軌垂直放置且接觸良好，整個裝置放在磁感強度為B的勻強磁場中，磁場方向垂直于導軌平面向上，現(xiàn)用大小為F的水平恒力拉棒ab，使它沿垂直于棒的方向向右運動，若棒與導軌的電阻均不計．試求：(1)棒ab的最大速度；(2)若棒達到最大速度以后突然靜止，則棒在此瞬間受到的安培力的大小和方向． 解析：(1)當ab所受安培力f與外力F相等時，ab速度最大，設為 ① BImL＝F ② (2)棒達到最大速度時，C兩端電勢差為 棒突然靜止時，電容器通過棒ab放電，瞬間的電流為： 棒ab所受的安培力為：方向水平向右 點撥：該題綜合性強，與力學知識聯(lián)系緊密，是高考的熱點． 【例3】如圖17－86所示，用粗、細不同的銅絲制成兩個邊長相同的正方形閉合線圈a和b，讓它們從相同高處同時自由下落，下落中經(jīng)過同一有邊界的水平勻強磁場，設線框下落過程中始終保持豎直且不計空氣阻力，試分析判斷兩框落地的先后順序． 點撥：本題是對兩種情況進行比較，我們通過對一般情形列式分析，找到本質規(guī)律再作判斷．這是一種比較可靠的方法． 參考答案：b先落地。 【例4】如圖17－87所示，兩金屬桿ab和cd，長均為L，電阻均為R，質量分別為M和m，M＞m．用兩根質量和電阻均可忽略的不可伸長的柔軟導線將它們連成閉合電路，并懸掛在水平、光滑、不導電的圓棒兩側，兩金屬桿都處在水平位置，整個裝置處在一與回路平面垂直的磁感強度為B的勻強磁場中，若金屬桿ab正好勻速向下運動，求ab的運動速度． 點撥：本題可通過用整體法來求解，也可通過對兩棒分別隔離分析用受力平衡的知識求解． 參考答案：vm＝(M－m)R/2B2l2 【例5】如圖17－68所示，在與水平面成θ角的矩形框架范圍內垂直于框架的勻強磁場，磁感應強度為B，框架ad，bc電阻不計，長均為L的ab、cd電阻均為R，有一質量為m，電阻為2R的金屬棒MN，無摩擦地平行于ab沖上框架，上升最大高度為h，在此過程中ab部分的焦耳熱為Q，求運動過程的最大熱功率． 解析：MN沿斜面向上運動產(chǎn)生感應電動勢，ab和cd相當于外電阻并聯(lián)，ab和cd中電流相同，MN的電流為ab中電流的兩倍．當ab部分的焦耳熱為Q，cd部分焦耳熱也為Q，MN的電阻為2R，消耗的焦耳熱為8Q． 設MN的初速度為v0，根據(jù)能量守恒 MN在上滑過程中，產(chǎn)生最大的感應電動勢為E． E＝BLv0 點撥：弄清能量轉化的途徑，用能的轉化和守恒定律來求解． 跟蹤反饋 1．如圖17－88所示，粗細均勻的電阻為r的金屬圓環(huán)，放在垂直環(huán)面的勻強磁場中，磁感強度為B，圓環(huán)直徑為L．長為L，電阻為r/2的金屬棒ab放在圓環(huán)上，始終與圓環(huán)保持良好接觸以速度v向左運動，當ab經(jīng)過環(huán)心位置時，ab兩端電勢差大小為________，a、b中電勢較高的是________． 2．如圖17－89所示，水平面內的金屬導軌上接有電容器C，金屬ab無摩擦地在導軌上以速度v勻速運動，運動一段距離后突然停止，停止后ab不再受任何系統(tǒng)外物體的作用，則停止后ab的運動情況是 [ ] A．向右作初速為零的勻加速運動 B．先向右勻速后改作減速運動 C．在某位置附近來回振動 D．向右作變加速運動后改作勻速運動 3．如圖17－90所示，ab、cd為水平平行金屬板，兩板左端與光滑、電阻不計的平行金屬導軌直接相連接，兩板右端接有電阻R，勻強 個方向沿軌道滑動時，一質量為m，帶電量－q的液滴可在兩板間以速率v向右做勻速直線運動？(提示：液滴受重力、電場力、洛侖茲力三個力而平衡．) 4．如圖17－71所示，在磁感強度為B的勻強磁場中，有半徑為r的光滑半圓形導體框架，OC為一能繞O在框架上滑動的導體棒，OC之間連一個電阻R，導體框架與導體電阻均不計，若要使OC能以角速度ω勻速轉動，則外力做功的功率是 [ ] A．B2ω2r4/R B．B2ω2r4/2R C．B2ω2r4/4R D．B2ω2r4/8R 5．如圖17－72中所示電路，開關S原來閉合著，若在t1時刻突然斷開開關S，則于此時刻前后通過電阻R1的電流情況用圖中哪個圖像表示比較合適 [ ] 6．如圖17－73所示，一寬40cm的勻強磁場區(qū)域，磁場方向垂直紙面向里，一邊長為20cm的正方形導線框位于紙面內，以垂直于磁場邊界的恒定速度v＝20cm/s通過磁場區(qū)域，在運動過程中，線框中有一邊始終與磁場區(qū)域的邊界平行，取它剛進入磁場的時刻t＝0，在下列圖線中，正確反映感應電流強度隨時間變化規(guī)律的是 [ ] 參考答案 4．C 5．C 6．C