第2章 第2节 课时2 感生电动势与动生电动势-【高中必刷题】2024-2025学年新教材高中物理选择性必修第二册同步课件（鲁科版2019）

物理 选择性必修 第二册 LK 1 2 课时2 感生电动势与动生电动势 刷基础 2 1.[浙江八校联盟2023高二下期中联考改编] （多选）如图所示，在内壁光滑、水平放置的玻璃圆 管内，有一直径略小于管内径的带正电的小球，正以速率 沿逆时针方向匀速运动（从上往下 看）.若在此空间突然加上方向竖直向上、磁感应强度 随时间成正比例增大的变化磁场，设运动 过程中小球的带电荷量不变，则( ) AC A.洛伦兹力对小球一直不做功 B.小球受到的洛伦兹力不断增大 C.小球先沿逆时针方向做减速运动，过一段时间后，沿顺时针方向做 加速运动 D.小球受到的洛伦兹力不变 题型1 感生电场的判断和应用 3 解析 洛伦兹力始终与小球运动方向垂直，因此洛伦兹力对小球一直不做功，故A正确；磁场方 向竖直向上，磁感应强度随时间成正比增加，由楞次定律和安培定则可知，变化的磁场产生的感 生电场沿顺时针方向（从上往下看），小球带正电，小球所受的电场力沿顺时针方向（从上往下 看），与小球的运动方向相反，小球做减速运动，当小球速度减小到零后，将沿顺时针方向 （从上往下看）做加速运动，故C正确；由 可知，随着磁感应强度的变化,小球速度变化， 小球受到的洛伦兹力不断变化，但不是一直增大，故B、D错误. 题型1 感生电场的判断和应用 4 2.[北京人大附中2024高二上月考] 电子感应加速器的基本原理如图所示.在上、下两个电磁铁形 成的异名磁极之间有一个环形真空室.图甲为侧视图，图乙为真空室的俯视图.电磁铁中通以变化 的电流使两磁极间的磁场周期性变化，从而在真空室内产生感生电场，将电子从电子枪右端注入 真空室，电子在感生电场的作用下被加速，同时在洛伦兹力的作用下，在真空室中沿逆时针方向 （图乙中箭头方向）做圆周运动.由于感生电场的周期性变化使电子只能在某段时间内被加速，但 由于电子的质量很小，故在极短时间内被加速的电子可在真空室内回旋数十万以至数百万次，并 获得很大的能量.若磁场的磁感应强度 （图乙中垂直于纸面向外为正）随时间变化的关系如图丙 所示，不考虑电子质量的变化，电子在 时注入真空室后由静止开始被加速，则下列说法中正 确的是( ) 题型1 感生电场的判断和应用 5 A.电子在真空室中做匀速圆周运动 B.电子在运动时的加速度始终指向圆心 C.在丙图所示的第一个周期中，电子只能在 时间内按 图乙中的逆时针方向做圆周运动且被加速 D.在丙图所示的第一个周期中，电子在和～ 时间内 均能按图乙中的逆时针方向做圆周运动且被加速 √ 题型1 感生电场的判断和应用 6 解析 由于磁场是周期性变化的，所以产生的电场也是周期性变化的，故电子在真空室中一段时 间加速，又一段时间减速，再加速，再减速，周而复始，A错误；只有当电子做匀速圆周运动时， 其加速度才始终指向圆心，现在电子做的不是匀速圆周运动，所以电子在运动时的加速度并不始 终指向圆心，B错误；在题图丙所示的第一个周期中， 时间内磁感应强度增大，原磁场的方 向垂直于纸面向外，由楞次定律可知，感应磁场的方向与原磁场方向相反，为垂直于纸面向里， 再由右手螺旋定则可知，真空室中感生电场的方向为顺时针方向，该方向正好使电子加速，同 理，~时间内，感生电场方向为逆时针方向，电子减速，直至沿顺时针方向运动，~ 时间 内感生电场再次变为顺时针方向，此时电子会减速，故只有在 时间内，电子沿逆时针方向做 圆周运动且被加速，C正确，D错误. 题型1 感生电场的判断和应用 7 3.[山东济宁2023高二下期中] 半径为的圆环电阻为， 为圆环的一条直径. 如图所示，在 的一侧存在一个均匀变化的匀强磁场，磁场垂直圆环所在平面 向里，磁感应强度大小随时间的变化关系为 ，则( ) C A.圆环中产生顺时针方向的感应电流 B.圆环具有扩张的趋势 C.圆环中感应电流的大小为 D.图中、两点间的电压 题型2 感生电动势的判断与计算 8 解析 由于磁感应强度均匀增大，穿过圆环的磁通量变大，根据楞次定律可知，圆环中产生的感 应电流沿逆时针方向，同时为了阻碍磁通量的变化，圆环具有收缩的趋势，故A、B错误；根据法 拉第电磁感应定律得，感生电动势，回路中的电阻为 ，所以圆环中感应电流 的大小为，故C正确；、两点间的电压 ，故D错误. 题型2 感生电动势的判断与计算 9 【易错分析】本题有两个易错点：一是求感生电动势时误认为面积为圆环的面积；二是求、 两 点间的电压时误求成电动势. 题型2 感生电动势的判断与计算 10 4.（多选）如图甲所示，一个匝数为的圆形线圈（图中只画了2匝），面积为，线圈的电阻为 ， 在线圈外接一个阻值为 的电阻和一个理想电压表，将线圈放入垂直线圈平面指向纸内的磁场中， 磁感应强度随时间变化规律如图乙所示，下列说法正确的是( ) CD A.时间内，端电势高于 端电势 B.时间内，电压表的读数为 C.时间内，上的电流为 D. 时间内，圆形线圈中感应电流的方向沿顺时针 题型2 感生电动势的判断与计算 11 解析 时间内，穿过线圈的磁通量减小，根据楞次定律知感应电流沿顺时针方向，线圈相 当于电源，下端为正极上端为负极，所以端电势高于端电势，A错误，D正确； 时间内， 线圈产生的感应电动势，电压表的示数等于电阻 两端的电压，为 ，B错误；时间内线圈产生的感应电动势 ， 根据闭合电路的欧姆定律上的电流 ，C正确. 题型2 感生电动势的判断与计算 12 5.[天津一中2023月考] 如图所示，匝数、横截面积 的线圈中有方向竖直向上 的匀强磁场，磁感应强度均匀变化；两相互平行、间距 的金属导轨固定在倾角为 的斜面上；导轨通过开关与线圈相连.一光滑金属杆放置在靠近导轨上端的、 位置， 、等高，金属杆的质量、阻值 ；导轨底端连接一阻值 的电 阻；导轨所在区域有垂直于斜面向上的匀强磁场，磁感应强度.闭合 ，金属杆恰能静止 于斜面的、位置；断开，金属杆由、位置从静止开始向下运动，经过 ，下滑的 距离.金属导轨光滑且足够长，线圈与导轨的电阻忽略不计，取 . 题型3 动生电动势的分析与计算 13 （1）求变化率的大小，并确定 的变化趋势； [答案] ; 增大 解析 闭合，设线圈中产生的感应电动势为，感应电流为，金属杆受到的安培力为 ，则 ，流过金属杆的感应电流，安培力，根据平衡条件有 ， 则安培力方向垂直于沿斜面向上，解得，由楞次定律可知 的变化趋势是增大. 题型3 动生电动势的分析与计算 14 （2）求金属杆下滑 的过程中，金属杆上产生的焦耳热. [答案] 解析 断开，金属杆下滑的过程中，设其产生的平均感应电动势为 ，平均感应电流为 ，末速度为，电阻和金属杆上产生的焦耳热为，金属杆上产生的焦耳热为 ，根据动量定 理有 ，平均感应电流 ，平均感应电动势 ， 解得，由能量守恒定律有 ，解得 ，金属杆 上产生的热量，解得 . 题型3 动生电动势的分析与计算 15 6.[山东菏泽2023高二下期末] 如图甲所示，足够长的光滑平行金属导轨、 竖直放置，其宽 度，一匀强磁场垂直穿过导轨平面，导轨的上端与之间连接阻值 的电阻， 质量、电阻的金属棒紧贴在导轨上.现使金属棒 由静止开始下滑，下 滑过程中始终保持水平，且与导轨接触良好，其下滑距离与时间 的关系如图乙所示，图像中 的段为曲线，段为直线，导轨电阻不计，（忽略金属棒 运动过程中对原磁 场的影响），求： 题型3 动生电动势的分析与计算 16 （1）金属棒在内的速度大小及磁感应强度 的大小； [答案] ; 解析 金属棒在段做匀速运动，由题图乙得 ，根据闭合电路欧姆定律可得 ，根据平衡条件有，解得 . （2）金属棒在开始运动的内，通过电阻 的电荷量； [答案] 解析 根据电荷量公式有，根据闭合电路欧姆定律可得 ，磁通量的变化量 ，解得 . 题型3 动生电动势的分析与计算 17 （3）金属棒在开始运动的内，电阻 上产生的热量. [答案] 解析 根据能量守恒定律有，回路中产生的总热量，解得 ，所以 . 题型3 动生电动势的分析与计算 18 $$