第二章 第三节 电磁感应规律的应用（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第二册（粤教版2019）

第三节　电磁感应规律的应用 [对应学生用书P42] 探究点一　电磁感应与现代技术 随着航空领域的发展，实现火箭回收利用，成为了各国都在重点突破的技术．其中有一技术难题是回收时如何减缓对地的碰撞，为此设计师在返回火箭的底盘安装了电磁缓冲装置．如图所示，该装置的主要部件有两部分：①缓冲滑块，由高强绝缘材料制成，其内部边缘绕有闭合单匝正方形线圈abcd；②火箭主体，包括绝缘光滑缓冲轨道MN、PQ和超导线圈(图中未画出)，超导线圈能产生方向垂直于整个缓冲轨道平面的匀强磁场．当缓冲滑块接触地面时，滑块立即停止运动，此后线圈与火箭主体中的磁场相互作用，火箭主体一直做减速运动直至达到软着陆要求的速度，从而实现缓冲．现已知缓冲滑块竖直向下撞向地面时，火箭主体的速度大小为v0，经过时间t火箭着陆，速度恰好为零；线圈abcd的电阻为R，其余电阻忽略不计；ab边长为l，火箭主体质量为m，匀强磁场的磁感应强度大小为B，重力加速度为g，一切摩擦阻力不计，求： (1)缓冲滑块刚停止运动时，线圈ab边两端的电势差Uab； (2)缓冲滑块刚停止运动时，火箭主体的加速度大小； (3)火箭主体的速度从v0减到零的过程中系统产生的电能． 解析　(1)缓冲滑块刚停止运动时，ab边产生的感应电动势E＝Blv0 线圈ab边两端的电势差Uab为路端电压，根据右手定则可知a端电势高，则有Uab＝ Blv0. (2)缓冲滑块刚停止运动时，ab边受到的安培力大小为Fab＝BIl，其中I＝ 对火箭主体受力分析可得Fab－mg＝ma 解得a＝－g. (3)设t时间内火箭全体下落的高度为h，对火箭主体由动量定理得 mgt－abt＝0－mv0 即mgt－＝0－mv0 化简得 h＝ 根据能量守恒定律知，该过程中系统产生的电能为 E＝mgh＋mv. 代入数据可得E＝＋mv. 答案　(1)Blv0　　(2)－g (3)＋mv [训练1]　(多选)法拉第圆盘发电机的示意图如图所示，铜圆盘安装在竖直的铜轴上，两铜片P、Q分别与圆盘的边缘和铜轴接触，圆盘处于方向竖直向上的匀强磁场B中，圆盘旋转时，关于流过电阻R的电流，下列说法正确的是(　　) A．若圆盘转动的角速度恒定，则电流大小恒定 B．若从上向下看，圆盘顺时针转动，则电流沿a到b的方向流动 C．若圆盘转动方向不变，角速度大小发生变化，则电流方向可能发生变化 D．若圆盘转动的角速度变为原来的2倍，则电流在R上的热功率也变为原来的2倍 AB　[设圆盘的半径为r，圆盘转动的角速度为ω，则圆盘转动产生的电动势为E＝Br2ω，可知若转动的角速度恒定，则电动势恒定，电流恒定，A项正确；根据右手定则可知，从上向下看，圆盘顺时针转动，圆盘中电流由边缘指向圆心，即电流沿a到b的方向流动，B项正确；圆盘转动方向不变，产生的电流方向不变，C项错误；若圆盘转动的角速度变为原来的2倍，则电动势变为原来的2倍，电流变为原来的2倍，由P＝I2R可知，电阻R上的热功率变为原来的4倍，D项错误．] [训练2]　一种可测速的跑步机的测速原理如图所示．该机底面固定有间距为L、宽度为d的平行金属电极．电极间充满磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场，左侧接有电压表和电阻R.绝缘橡胶带上每隔距离d就嵌入一个电阻为r的平行细金属条，跑步过程中，绝缘橡胶带跟随脚步一起运动，金属条和电极之间接触良好且任意时刻仅有一根金属条处于磁场中．现在测出t时间内电压表读数恒为U，设人与跑步机间无相对滑动． (1)判断电阻R中的电流方向． (2)该人跑步过程中，是否匀速？给出判断的理由． (3)求t时间内人的平均跑步速度． (4)若跑步过程中，人体消耗的能量有20%用于克服磁场力做功，求t时间内人体消耗的能量． 解析　(1)由题意且根据右手定则可知，电阻R中的电流方向向下． (2)(3)金属条做切割磁感线运动产生的感应电动势大小为E＝BLv，回路中的电流大小为I＝ 电压表的示数为U＝IR解得v＝U 由于电压表示数恒定，所以金属条的运动速度也恒定，说明该人跑步过程中是匀速的． 人的平均跑步速度等于金属条的运动速度，为v＝U (4)金属条中的电流为I＝ 金属条受到的安培力大小为FA＝ILB t时间内金属条克服安培力做的功为 W＝FAvt＝＝ 所以t时间内人体消耗的能量E＝＝ 答案　(1)向下　　(2)见解析 (3)U　　(4) 探究点二　电磁感应中的图像问题 1．问题概括 图像 类型 (1)电磁感应中常涉及磁感应强度B、磁通量Φ、感应电动势E和感应电流I随时间t变化的图像，即B­t图像、Φ­t图像、E­t图像和I­t图像 (2)对于切割磁感线产生感应电动势和感应电流的情况，还常涉及感应电动势E 和感应电流I随线圈位移x变化的图像，即E­x图像和I­x图像 问题类型 (1)由给定的电磁感应过