第四节:法拉第电磁感应定律学案
【学习目标】
(1)、知道感应电动势,及决定感应电动势大小的因素。
(2)、知道磁通量的变化率是表示磁通量变化快慢的物理量,并能区别Φ、ΔΦ、。
(3)、理解法拉第电磁感应定律内容、数学表达式。
(4)、知道E=BLvsinθ如何推得。
(5)、会用解决问题。
(6)、经历探究实验,培养动手能力和探究能力。
(7)、通过推导导线切割磁感线时的感应电动势公式E=BLv,掌握运用理论知识探究问题的方法。
(8)、通过比较感应电流、感应电动势的特点,把握主要矛盾。
【学习重点】法拉第电磁感应定律探究过程。
【学习难点】感应电流与感应电动势的产生条件的区别。
【学习方法】实验分析、归纳法、类比法、练习巩固
【教学用具】
多媒体课件、多媒体电脑、投影仪、检流计、螺线管、磁铁。
【学习过程】
一、温故知新:
1、在电磁感应现象中,产生感应电流的条件是什么?
2、恒定电流中学过,电路中存在持续电流的条件是什么?
3、在发生电磁感应的情况下,用什么方法可以判定感应电流的方向?
二、引入新课
1、问题1:既然会判定感应电流的方向,那么,怎样确定感应电流的强弱呢?
2、问题2:如图所示,在螺线管中插入一个条形磁铁,问
①、在条形磁铁向下插入螺线管的过程中,两电路中是否都有电流?为什么?
②、有感应电流,是谁充当电源?
③、上图中若电路是断开的,有无感应电流电流?有无感应电动势?
3、产生感应电动势的条件是什么?
4、比较产生感应电动势的条件和产生感应电流的条件你有什么发现?
本节课我们就来一起探究感应电动势
三、进行新课
(一)、探究影响感应电动势大小的因素
(1)探究目的:感应电动势大小跟什么因素有关?(猜测)
(2)探究要求:
①、将条形磁铁迅速和缓慢的插入拔出螺线管,记录表针的最大摆幅。
②、迅速和缓慢移动导体棒,记录表针的最大摆幅。
③、迅速和缓慢移动滑动变阻器滑片,迅速和缓慢的插入拔出螺线管,分别记录表针的最大摆幅;
(3)、探究问题:
问题1、在实验中,电流表指针偏转原因是什么?
问题2:电流表指针偏转程度跟感应电动势的大小有什么关系?
问题3:在实验中,快速和慢速效果有什么相同和不同?
(4)、探究过程
安排学生实验。(能力培养)
(课件展示)回答以上问题
上面的实验,我们可用磁通量的变化率来解释:
实验中,将条形磁铁快插入(或拔出)比慢插入或(拔出)时,大,I感 ,E感 。
实验结论:电动势的大小与磁通量的变化 有关,磁通量的变化越 电动势越大,磁通量的变化越 电动势越小。
(二)、法拉第电磁感应定律
从上面的实验我们可以发现,越大,E感越大,即感应电动势的大小完全由磁通量的变化率决定。精确的实验表明:电路中感应电动势的大小,跟穿过这一电路磁通量的变化率成正比,即E∝。这就是法拉第电磁感应定律。
(师生共同活动,推导法拉第电磁感应定律的表达式)(课件展示)
E=k
在国际单位制中,电动势单位是伏(V),磁通量单位是韦伯(Wb),时间单位是秒(s),可以证明式中比例系数k=1,(同学们可以课下自己证明),则上式可写成
E=
设闭合电路是一个N匝线圈,且穿过每匝线圈的磁通量变化率都相同,这时相当于N个单匝线圈串联而成,因此感应电动势变为
E=
1.内容:电动势的大小与磁通量的变化率成正比
2.公式:ε=N
3.定律的理解:
??⑴磁通量、磁通量的变化量、磁通量的变化量率的区别Φ、ΔΦ、ΔΦ/Δt
??⑵感应电动势的大小与磁通量的变化率成
??⑶感应电动势的方向由 来判断
??⑷感应电动势的不同表达式由磁通量的的因素决定:
??当ΔΦ=ΔBScosθ则ε=ΔB/ΔtScosθ
??当ΔΦ=BΔScosθ则ε=BΔS/Δtcosθ
??当ΔΦ=BSΔ(cosθ)则ε=BSΔ(cosθ)/Δt
4、特例——导线切割磁感线时的感应电动势
用课件展示如图所示电路,闭合电路一部分导体ab处于匀强磁场中,磁感应强度为B,ab的长度为L,以速度v匀速切割磁感线,求产生的感应电动势?(课件展示)
这是导线切割磁感线时的感应电动势计算更简捷公式,需要理解
(1)B,L,V两两
(2)导线的长度L应为 长度
(3)导线运动方向和磁感线平行时,E=
(4)速度V为平均值(瞬时值),E就为 ( )
问题:当导体的运动方向跟磁感线方向有一个夹角θ,感应电动势可用上面的公式计算吗?
用课件展示如图所示电路,闭合电路的一部分导体处于匀强磁场中,导体棒以v斜向切割磁感线,求产生的感应电动势。
解析:可以把速度v分解为两个分量:垂直于磁感线的分量v1=vsinθ和平行于磁感线的分量v2=vcosθ。后者不切割磁感线,不产生感应电动势。前者切割磁感线,产生的感应电动势为
E=BLv1=BLvsinθ
强调:在国际单位制中,上式中B、L、v的单位分别是特斯拉(T)、米(m)、米每秒(m/s),θ指v与B的夹角。
5、公式比较
与功率的两个公式比较得出E=ΔΦ/Δt:求平均电动势
E=BLV : v为瞬时值时求瞬时电动势,v为平均值时求平均电动势
课堂练习:
例题1:下列说法正确的是( )
A、线圈中磁通量变化越大,线圈中产生的感应电动势一定越大
B、线圈中的磁通量越大,线圈中产生的感应电动势一定越大
C、线圈处在磁场越强的位置,线圈中产生的感应电动势一定越大
D、线圈中磁通量变化得越快,线圈中产生的感应电动势越大
例题2:一个匝数为100、面积为10cm2的线圈垂直磁场放置,在0. 5s内穿过它的磁场从1T增加到9T。求线圈中的感应电动势。
例题3、如图所示,在磁感强度为0.1T的匀强磁场中有一个与之垂直的金属框ABCD,框电阻不计,上面接一个长0.1m的可滑动的金属丝ab,已知金属丝质量为0.2g,电阻R=0.2Ω,不计阻力,求金属丝ab匀速下落时的速度。(4m/s)
??问1:将上题的框架竖直倒放,使框平面放成与水平成30°角,不计阻力,B垂直于框平面,求v?
??问2:上题中若ab框间有摩擦阻力,且μ=0.2,求v?
??问3:若不计摩擦,而将B方向改为竖直向上,求v?
??问4:若此时再加摩擦μ=0.2,求v?
??问5:如图所示在问2中的BC中间加ε=0.3v、r=0.8Ω的电池,求v?
??问6:上题中若有摩擦,μ=0.2,求v?
??问7:B改为竖直向上,求v?
??问8:将电池ε反接时的各种情况下,求v?
【学习小结】
1、认真总结概括本节内容,并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结,看谁的更好,好在什么地方。
2、自己总结所学内容,允许内容的顺序不同,从而构建他们自己的知识框架。
第四节:法拉第电磁感应定律同步练习一
基础达标:
1、穿过一个电阻为R=1的单匝闭合线圈的磁通量始终每秒钟均匀的减少2Wb,则:( )
A、线圈中的感应电动势每秒钟减少2V
B、线圈中的感应电动势是2V
C、线圈中的感应电流每秒钟减少2A
D、线圈中的电流是2A
2.下列几种说法中正确的是: ( )
A、线圈中的磁通量变化越大,线圈中产生的感应电动势一定越大
B、穿过线圈的磁通量越大,线圈中的感应电动势越大
C、线圈放在磁场越强的位置,线圈中的感应电动势越大
D、线圈中的磁通量变化越快,线圈中产生的感应电动势越大
3、长度和粗细均相同、材料不同的两根导线,分别先后放在U形导轨上以同样的速度在同一匀强磁场中作切割磁感线运动,导轨电阻不计,则两导线:( )
A、产生相同的感应电动势
B、产生的感应电流之比等于两者电阻率之比
C、产生的电流功率之比等于两者电阻率之比;
D、两者受到相同的磁场力
4、在理解法拉第电磁感应定律及改写形势,的基础上(线圈平面与磁感线不平行),下面叙述正确的为:( )
A、对给定线圈,感应电动势的大小跟磁通量的变化率成正比
B、对给定的线圈,感应电动势的大小跟磁感应强度的变化 成正比
C、对给定匝数的线圈和磁场,感应电动势的大小跟面积的平均变化率成正比
D、题目给的三种计算电动势的形式,所计算感应电动势的大小都是时间内的平均值
5、如图1中,长为L的金属杆在外力作用下,在匀强磁场中沿水平光滑导轨匀速运动,如果速度v不变,而将磁感强度由B增为2B。除电阻R外,其它电阻不计。那么:( )
A、作用力将增为4倍
B、作用力将增为2倍
C、感应电动势将增为2倍
D、感应电流的热功率将增为4倍
6、如图2所示,固定于水平绝缘平面上的粗糙平行金属导轨,垂直于导轨平面有一匀强磁场。质量为m的金属棒cd垂直放在导轨上,除电阻R和金属棒cd的电阻r外,其余电阻不计;现用水平恒力F作用于金属棒cd上,由静止开始运动的过程中,下列说法正确的是: ( )
A、水平恒力F对cd棒做的功等于电路中产生的电能
B、只有在cd棒做匀速运动时, F对cd棒做的功才等于电路中产生的电能
C、无论cd棒做何种运动,它克服安培力所做的功一定等于电路中产生的电能
D、R两端的电压始终等于cd棒中的感应电动势的值
7、如图3所示,把金属圆环匀速拉出磁场,下列叙述正确的是:( )
A、向左拉出和向右拉出所产生的感应电流方向相反
B、不管向什么方向拉出,只要产生感应电流,方向都是顺时针
C、 向右匀速拉出时,感应电流方向不变
D、要将金属环匀速拉出,拉力大小要改变
8、有一个n匝线圈面积为S,在时间内垂直线圈平面的磁感应强度变化了,则这段时间内穿过n匝线圈的磁通量的变化量为 ,磁通量的变化率为 ,穿过一匝线圈的磁通量的变化量为 ,磁通量的变化率为 。
9、如图4所示,前后两次将磁铁插入闭合线圈的相同位置,第一次用时0.2S,第二次用时1S;则前后两次线圈中产生的感应电动势之比 。
10、如图5所示,用外力将单匝矩形线框从匀强磁场的边缘匀速拉出.设线框的面积为S,磁感强度为B,线框电阻为R,那么在拉出过程中,通过导线截面的电量是______.
能力提升:
11、在图6中,闭合矩形线框abcd位于磁感应强度为B的匀强磁场中,ad边位于磁场边缘,线框平面与磁场垂直,ab、ad边长分别用L1、L2表示,若把线圈沿v方向匀速拉出磁场所用时间为△t,则通过线框导线截面的电量是: ( )
A、
B、
C、
D、
12、如图7所示,两个互连的金属圆环,粗金属环的电阻为细金属环电阻的,磁场方向垂直穿过粗金属环所在的区域,当磁感应强度随时间均匀变化时,在粗环内产生的感应电动势为E,则a、b两点的电势差为 。
13、如图8所示,两光滑平行金属导轨水平放置在匀强磁场中,磁场与导轨所在平面垂直,金属棒可沿导轨自由移动,导轨一端跨接一个定值电阻,金属棒和导轨电阻不计;现用恒力将金属棒沿导轨由静止向右拉,经过时间速度为v,加速度为,最终以2v做匀速运动。若保持拉力的功率恒定,经过时间,速度也为v,但加速度为,最终同样以2v的速度做匀速运动,则:( )
14、如图9所示,金属杆ab以恒定速率v在光滑平行导轨上向右滑行,设整个电路中总电阻为R(恒定不变),整个装置置于垂直纸面向里的匀强磁场中,下列叙述正确的是:( )
A、ab杆中的电流与速率v成正比;
B、磁场作用于ab杆的安培力与速率v成正比;
C、电阻R上产生的电热功率与速率v的平方成正比;
D、外力对ab杆做的功的功率与速率v的平方成正比。
15、如图10所示,一个圆形线圈的匝数n=1000,线圈面积S=200cm2,线圈的电阻r=1,线圈外接一个阻值R=4的电阻,把线圈放入一方向垂直线圈平面向里的匀强磁场中,磁感应强度随时间变化规律如图所示;求:
(1)、前4S内的感应电动势
(2)、前5S内的感应电动势
16、如图11所示,金属导轨MN、PQ之间的距离L=0.2m,导轨左端所接的电阻R=1,金属棒ab可沿导轨滑动,匀强磁场的磁感应强度为B=0.5T, ab在外力作用下以V=5m/s的速度向右匀速滑动,求金属棒所受安培力的大小。
17、如图12所示,在连有电阻R=3r的裸铜线框ABCD上,以AD为对称轴放置另一个正方形的小裸铜线框abcd,整个小线框处于垂直框面向里、磁感强度为B的匀强磁场中.已知小线框每边长L,每边电阻为r,其它电阻不计。现使小线框以速度v向右平移,求通过电阻R的电流及R两端的电压.
18、在磁感强度B=5T的匀强磁场中,放置两根间距d=0.1m的平行光滑直导轨,一端接有电阻R=9Ω,以及电键S和电压表.垂直导轨搁置一根电阻r=1Ω的金属棒ab,棒与导轨良好接触.现使金属棒以速度v=10m/s匀速向右移动,如图13所示,试求:
(1)电键S闭合前、后电压表的示数;
(2)闭合电键S,外力移动棒的机械功率.
19、如图14所示,电阻为R的矩形线圈abcd,边长ab=L,bc=h,质量为m。该线圈自某一高度自由落下,通过一水平方向的匀强磁场, 磁场区域的宽度为h,磁感应强度为B。若线圈恰好以恒定速度通过磁场,则线圈全部通过磁场所用的时间为多少?
20、如图15所示,长为L的金属棒ab与竖直放置的光滑金属导轨接触良好(导轨电阻不计),匀强磁场中的磁感应强度为B、方向垂直于导轨平面,金属棒无初速度释放,释放后一小段时间内,金属棒下滑的速度逐渐 ,加速度逐渐 。
21.竖直放置的光滑U形导轨宽0.5m,电阻不计,置于很大的磁感应强度是1T的匀强磁场中,磁场垂直于导轨平面,如图16所示,质量为10g,电阻为1Ω的金属杆PQ无初速度释放后,紧贴导轨下滑(始终能处于水平位置)。问:
(1)到通过PQ的电量达到0.2c时,PQ下落了多大高度?
(2)若此时PQ正好到达最大速度,此速度多大?
(3)以上过程产生了多少热量?
参考答案:
BD
D
A
ACD
ACD
C
BCD
8、
9、5:1
10、
11、B
12、
13、AD
14、ABCD
15、1V;0
16、导体棒ab垂直切割磁感线
17、
18、(1)5V,4.5V (2) 2.5W
19、
20、增大,减小
21、(1)0.4米 (2)0.4米/秒 (3) 0.0392J
第四节:法拉第电磁感应定律同步练习二
基础达标:
1、法拉第电磁感应定律可以这样表述:闭合电路中感应电动势的大小 ( )
A.跟穿过这一闭合电路的磁通量成正比
B.跟穿过这一闭合电路的磁感应强度成正比
C.跟穿过这一闭合电路的磁通量的变化率成正比
D.跟穿过这一闭合电路的磁通量的变化量成正比
2、将一磁铁缓慢地或迅速地插到闭合线圈中同样位置处,不发生变化的物理量有 ( )
A.磁通量的变化率
B.感应电流的大小
C.消耗的机械功率
D.磁通量的变化量
E.流过导体横截面的电荷量
3、恒定的匀强磁场中有一圆形闭合导线圈,线圈平面垂直于磁场方向,当线圈在磁场中做下列哪种运动时,线圈中能产生感应电流 ( )
A.线圈沿自身所在平面运动
B.沿磁场方向运动
C.线圈绕任意一直径做匀速转动
D.线圈绕任意一直径做变速转动
4、一个矩形线圈,在匀强磁场中绕一个固定轴做匀速运动,当线圈处于如图所示位置时,此线圈 ( )
A.磁通量最大,磁通量变化率最大,感应电动势最小
B.磁通量最大,磁通量变化率最大,感应电动势最大
C.磁通量最小,磁通量变化率最大,感应电动势最大
D.磁通量最小,磁通量变化率最小,感应电动势最小
5、一个N匝的圆线圈,放在磁感应强度为B的匀强磁场中,线圈平面跟磁感应强度方向成30°角,磁感应强度随时间均匀变化,线圈导线规格不变.下列方法中可使线圈中感应电流增加一倍的是 ( )
A.将线圈匝数增加一倍
B.将线圈面积增加一倍
C.将线圈半径增加一倍
D.适当改变线圈的取向
6、闭合电路中产生的感应电动势的大小,跟穿过这一闭合电路的下列哪个物理量成正比( )
A、磁通量
B、磁感应强度
C、磁通量的变化率
D、磁通量的变化量
7、穿过一个单匝数线圈的磁通量,始终为每秒钟均匀地增加2 Wb,则( )
A、线圈中的感应电动势每秒钟增大2 V
B、线圈中的感应电动势每秒钟减小2 V
C、线圈中的感应电动势始终为2 V
D、线圈中不产生感应电动势
8、如图1所示,矩形金属框置于匀强磁场中,ef为一导体棒,可在ab和cd间滑动并接触良好;设磁感应强度为B,ef长为L,在Δt时间内向左匀速滑过距离Δd,由电磁感应定律E=n可知,下列说法正确的是( )
图1
A、当ef向左滑动时,左侧面积减少L·Δd,右侧面积增加L·Δd,因此E=2BLΔd/Δt
B、当ef向左滑动时,左侧面积减小L·Δd,右侧面积增大L·Δd,互相抵消,因此E=0
C、在公式E=n中,在切割情况下,ΔΦ=B·ΔS,ΔS应是导线切割扫过的面积,因此E=BLΔd/Δt
D、在切割的情况下,只能用E=BLv计算,不能用E=n计算
9、在南极上空离地面较近处,有一根与地面平行的直导线,现让直导线由静止自由下落,在下落过程中,产生的感应电动势( )
A、增大
B、减小
C、不变
D、无法判断
10、一个200匝、面积为20 cm2的线圈,放在磁场中,磁场的方向与线圈平面成30°角,若磁感应强度在0.05 s内由0.1 T增加到0.5 T.在此过程中穿过线圈的磁通量的变化是___________ Wb;磁通量的平均变化率是___________ Wb/s;线圈中的感应电动势的大小是___________ V.
能力提升:
11、如图所示,在竖直向下的匀强磁场中,将一个水平放置的金属棒ab以水平初速度v0抛出,设运动的整个过程中棒的取向不变且不计空气阻力,则金属棒在运动过程中产生的感应电动势大小将 ( )
A.越来越大
B.越来越小
C.保持不变
D.无法确定
12、如图所示,C是一只电容器,先用外力使金属杆ab贴着水平平行金属导轨在匀强磁场中沿垂直磁场方向运动,到有一定速度时突然撤销外力.不计摩擦,则ab以后的运动情况可能是( )
A.减速运动到停止
B.来回往复运动
C.匀速运动
D.加速运动
13、粗细均匀的电阻丝围成的正方形线框置于有界匀强磁场中,磁场方向垂直于线框平面,其边界与正方形线框的边平行.现使线框以同样大小的速度沿四个不同方向平移出磁场,如图4-3-12所示,则在移出过程中线框的一边a、b两点间电势差绝对值最大的是( )
14、一个面积S=4×10-2 m2、匝数n=100匝的线圈,放在匀强磁场中,磁场方向垂直于线圈平面,磁感应强度B随时间t变化的规律如图所示,则下列判断正确的是( )
A、在开始的2 s内穿过线圈的磁通量变化率等于-0.08 Wb/s
B、在开始的2 s内穿过线圈的磁通量的变化量等于零
C、在开始的2 s内线圈中产生的感应电动势等于-0.08 V
D、在第3 s末线圈中的感应电动势等于零
15、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0.3 s时间拉出,外力做的功为W1,通过导线截面的电荷量为q1;第二次用0.9 s时间拉出,外力所做的功为W2,通过导线截面的电荷量为q2,则( )
A、W1B、W1C、W1>W2,q1=q2
D、W1>W2,q1>q2
16、如图所示,半径为r的n匝线圈套在边长为L的正方形abcd之外,匀强磁场局限在正方形区域内且垂直穿过正方形面积.当磁感应强度以ΔB/Δt的变化率均匀变化时,线圈中产生感应电动势的大小为____________________.
17、在图中,EF、GH为平行的金属导轨,其电阻可不计,R为电阻器,C为电容器,AB为可在EF和GH上滑动的导体横杆.有均匀磁场垂直于导轨平面.若用I1和I2分别表示图中该处导线中的电流,则当横杆AB( )
A、匀速滑动时,I1=0,I2=0
B、匀速滑动时,I1≠0,I2≠0
C、加速滑动时, I1=0,I2=0
D、加速滑动时,I1≠0,I2≠0
18、如图4-3-10所示,在光滑的绝缘水平面上,一个半径为10 cm、电阻为1.0 Ω、质量为0.1 kg的金属环以10 m/s的速度冲入一有界磁场,磁感应强度为B=0.5 T.经过一段时间后,圆环恰好有一半进入磁场,该过程产生了3.2 J的电热,则此时圆环的瞬时速度为___________m/s;瞬时加速度为___________ m/s2.
19、如图所示,接有灯泡L的平行金属导轨水平放置在匀强磁场中,一导体杆与两导轨良好接触并做往复运动,其运动情况与弹簧振子做简谐运动的情况相同.图中O位置对应于弹簧振子的平衡位置,P、Q两位置对应于弹簧振子的最大位移处.若两导轨的电阻不计,则( )
A、杆由O到P的过程中,电路中电流变大
B、杆由P到Q的过程中,电路中电流一直变大
C、杆通过O处时,电路中电流方向将发生改变
D、杆通过O处时,电路中电流最大
20、如图4-3-14所示,半径为R的圆形导轨处在垂直于圆平面的匀强磁场中,磁感应强度为B,方向垂直于纸面向内.一根长度略大于导轨直径的导体棒MN以速率v在圆导轨上从左端滑到右端,电路中的定值电阻为r,其余电阻不计.导体棒与圆形导轨接触良好.求:
(1)、在滑动过程中通过电阻r的电流的平均值;
(2)、MN从左端到右端的整个过程中,通过r的电荷量;
(3)、当MN通过圆导轨中心时,通过r的电流是多大?
21、如图所示,两根平行且足够长的金属导轨置于磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场的方向垂直于导轨平面,两导轨间距为L,左端连一电阻R,右端连一电容器C,其余电阻不计。长为2L的导体棒ab与从图中实线位置开始,以a为圆心沿顺时针方向的角速度ω匀速转动,转90°的过程中,通过电阻R的电荷量为多少?
22.如图所示,水平放置的导体框架,宽L=0.50 m,接有电阻R=0.20 Ω,匀强磁场垂直框架平面向里,磁感应强度B=0.40 T.一导体棒ab垂直框边跨放在框架上,并能无摩擦地在框架上滑动,框架和导体ab的电阻均不计.当ab以v=4.0 m/s的速度向右匀速滑动时,求:
(1)ab棒中产生的感应电动势大小;
(2)维持导体棒ab做匀速运动的外力F的大小;
(3)若将外力F突然减小到F′,简要论述导体ab以后的运动情况.
23、如图4-3-18所示,在磁感应强度为B的匀强磁场中有一个面积为S的矩形线圈绕垂直于磁感线的对称轴OO′以角速度ω匀速转动.
(1)穿过线框平面磁通量的变化率何时最大?最大值为多少?
(2)当线框由图示位置转过60°的过程中,平均感应电动势为多大?
(3)线框由图示位置转到60°时瞬时感应电动势为多大?
24、横截面积S=0.2 m2、n=100匝的圆形线圈A处在如图所示的磁场内,磁感应强度变化率为0.02 T/s.开始时S未闭合,R1=4 Ω,R2=6Ω,C=30 μF,线圈内阻不计,求:
(1)闭合S后,通过R2的电流的大小;
(2)闭合S后一段时间又断开,问S断开后通过R2的电荷量是多少?
参考答案:
C
DE
CD
C
CD
C
C
8、C
9、C
10、磁通量的变化量是由磁场的变化引起的,所以
ΔΦ=ΔBSsinθ=(0.5-0.1)×20×10-4×0.5 Wb=4×10-4 Wb
磁通量的变化率=Wb/s=8×10-3 Wb/s
感应电动势E=n=200×8×10-3 V=1.6 V.
答案:4×10-4 8×10-3 1.6
11、C
12、C
13、B
14、A
15、C
16、nL2
17、D
18、根据能量守恒定律,动能的减少等于产生的电热,即 mv2-mv12=E热,代入数据解得:v1=6 m/s.此时切割磁感线的有效长度为圆环直径,故瞬时电动势为E=Blv1,瞬时电流I=,安培力F=BIl,瞬时加速度为a=,整理得:a==0.6 m/s2.
19、D
20、思路解析:导体棒从左向右滑动的过程中,切割磁感线产生感应电动势,对电阻r供电.
(1)、计算平均电流,应该用法拉第电磁感应定律,先求出平均感应电动势.整个过程磁通量的变化为ΔΦ=BS=BπR2,所用的时间Δt=,代入公式E==,平均电流为I=.
(2)、电荷量的运算应该用平均电流,q=IΔt=.
(3)、当MN通过圆形导轨中心时,切割磁感线的有效长度最大,l=2R,根据导体切割磁感线产生的电动势公式E=Blv得:E=B·2Rv,此时通过r的电流为I=.
答案:(1) (2) (3)
21、思路解析:以a为圆心转动90°的过程可分为两个阶段,第一阶段是导体棒与导轨接触的过程;第二阶段是导体棒转动60°以后b端离开导轨以后.
第一阶段导体棒切割磁感线产生感应电动势,因为切割磁感线的有效长度发生变化,所以电动势是改变的,该过程中通过电阻R的电荷量可用平均电动势来求出.该过程中相当于电源的导体棒给电容器C充电.
平均电动势E1=,ΔΦ=BΔS=BL2,通过R的电荷量q1= Δt=.
第二阶段,电容器要对电阻放电,电容器的电荷量完全通过电阻放完.电容器充电的最大电压为E2=B(2L)2ω,此时电容器的充电电荷量为q2=CE2=2BL2Cω.
整个过程通过电阻的总的电荷量为Q=q1+q2=+2BL2Cω.
答案:+2BL2Cω
22、 (1)E=0.80 V (2)F=0.80 N (3)略
23、 (1)ab与cd两边垂直切割磁感线时,Em=BSω
(2)=BSω
(3)BSω
24、解:(1)磁感应强度变化率的大小为=0.02 T/s,B逐渐减弱,
所以E=n=100×0.02×0.2 V=0.4 V
I= A=0.04 A,方向从上向下流过R2.
(2)R2两端的电压为U2=×0.4 V=0.24 V
所以Q=CU2=30×10-6×0.04 C=7.2×10-6 C.