A、若飞机从西往东飞,φ1比φ2高 B、若飞机从东往西飞,φ2比φ1高 C、若飞机从南往北飞,φ1比φ2高 D、若飞机从北往南飞,φ2比φ1高
解析:
这是一个导体切割磁感线的问题。首先要明确地磁场大致的分布情况:在南半球,地磁场的竖直分量向上;在北半球,地磁场的竖直分量向下;在赤道上方,地磁场的磁感线与地轴平行,或说是水平的也可以。当然题目中已画出了地磁场的分布图示,但即使题中不告诉地磁场的分布情况,也应该知道。切割磁感线的导体即为机翼,虽然没有感应电流,但感应电动势仍然存在。在电源内,感应电动势的方向与感应电流的方向是相同的,即为右手定则中四指所指的方向,由电源的负极指向正极,或者说由低电势指向高电势。
另外,在此所指飞行员的左方、右方,应是指飞行员面向飞机的运动方向,对此如再作其他的理解是完全没有必要的。由右手定则可判知:在北半球,不论沿何方向水平飞行,都是飞机的左方机冀电势高,右方机翼电势低。
答案:AC
点评:
判断电磁感应电路中电势高低的方法是:把产生感应电动势的那部分电路当做电源的内电路,再判定该电源的极性(正极、负极),对于一个闭合回路来说电源内电路的电流方向是从负极流向正极,电源外的电流是从高电势流向低电势,即从正极流向负极。判定电磁感应电源的极性是解此类题的关键。
拓展:
如图所示,螺线管的导线的两端与两平行金属板相接,一个带负电的小球用丝线悬挂在两金属板间,并处于静止状态,若条形磁铁突然插入线圈时,小球的运动情况是:( )
A、向左摆动 B、向右摆动 C、保持静止 D、无法判定
解析:
正确答案是A。当磁铁插入时,穿过线圈的磁通量向左且增加,线圈产生感应电动势,因此线圈是一个产生感应电动势的电路,相当于一个电源,其等效电路如图:
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因此A板带正电,B板带负电,故小球受电场力向左。
例题5.
如图所示,一闭合的铜环从静止开始由高处下落通过条形磁铁后继续下落,空气阻力不计,则在圆环的运动过程中,下列说法正确的是:( )
A、在磁铁的上方时,铜环的加速度小于g,在下方时大于g B、圆环在磁铁的上方时,加速度小于g,在下方时也小于g C、圆环在磁铁的上方时,加速度小于g,在下方时等于g D、圈环在磁铁的上方时,加速度大于g,在下方时小于g
解析:
正确答案是B。此题易错选A或C,原因是在判磁场力作用时缺乏对条形磁铁磁感线的空间分布的了解。此题可以用例1的二种方法判定,但都不够简捷。
今用楞次定律的另一种表示来判定:感应电流总是阻碍导体间的相对运动,意思是总是阻碍导体间的距离变化。因此圆环在磁铁的上方下落时,磁场力总是阻碍圆环下落,即a 点评: 一般地凡由于外界因素而先使导体运动,进而产生感应电流的,都可用“阻碍导体间相对运动”来判定。 例题6. 如图所示,通电螺线管与电源相连,与螺线管同一轴线上套有三个轻质闭合铝环,B在螺线管中央,A、C位置如图所示,当S闭合时:( )(本题忽略三环中感应电流之间相互作用力) A、A向左,C向右运动,B不动 B、A向右,C向左运动,B不动 C、A、B、C都向左运动 D、A、B、C都向右运动 12 解析: 正确答案是A。 正确的分析是:(用二种方法分析) 方法一:以三个环上端截面为例,画出感应电流方向和磁感线方向,以及这一小段电流的受力方向如图所示,A和C所受磁场力的水平分量将会使A向左,C向右运动。由于对称性,以任意一小段感应电流为研究对象,都会得出相同的结论。 方法二:用阻碍磁通量变化来判定,画出通电螺线管的磁感线分布(如图),对A环为了阻碍磁通量的增加,应向左运动,即朝磁通量较小的左方运动。同理可知C环向右运动。对B环,因左右两侧的磁通量是对称的,即无处可“躲”(只能有扩大的趋势)。若电源反向亦同样结果。 点评: 加深理解楞次定律的另一种表述,在做题时往往有意想不到的效果。 拓展: 如图所示,光滑固定导轨M、N水平放置,两根导体棒P、Q平行放于导轨上,形成一个闭合回路,当一条形磁铁从高处下落接近回路时:( ) A、P、Q将互相靠拢 B、P、Q将互相远离 C、磁铁的加速度仍为g D、磁铁的加速度小于g 解析: 方法一:设磁铁下端为N极,如图所示: 13 根据楞次定律可判断P、Q中的感应电流方向,根据左手定则可判断P、Q所受安培力的方向,可见,PQ将互相靠拢。由于回路所受安培力的合力向下,由牛顿第三定律,磁铁将受到反作用力,从而加速度小于g。当磁铁下端为S极时,根据类似的分析可得到相同的结果。所以,本题应选A、D。 方法二:根据楞次定律的另一表示——感应电流的效果,总要反抗产生感应电流的原因,本题中“原因”是回路中磁通量的增加,归根结底是磁铁靠近回路。“效果”便是阻碍磁通量的增加和磁铁的靠近,所以P、Q将互相靠拢且磁铁的加速度小于g,应选A、D。 例题7. 如图所示,通有稳恒电流的螺线管竖直放置,铜环R沿螺线管的轴线加速下落,在下落过程中,环面始终保持水平。铜环先后经过轴上1、2、3位置时的加速度分别为al 、a2 、a3,位置2处于螺线管的中心,位置1、3与位置2等距,则:( ) A、a1 解析: 正确答案是A、B、D。 本题难点是确定a1、a3的大小关系,应注意在1、3两处磁通量变化率的不同。圆铜环一直加速下落,经1位置附近的时间Δt1大于经3位置附近的时间Δt3(取相等距离比较),而∣ΔΦ1∣=∣ΔΦ3∣,所以在3位置时铜环的磁通量变化率最大,所受磁场力也大,合力(mg-F)小,故a3 点评: 此题属于楞次定律和法拉第电磁感应定律的综合应用。 例题8. 在一磁感应强度B=0.5T的匀强磁场中,垂直于磁场方向水平放置着两根相距为h=0.1 m的平行金属导轨MN与PQ, 14 导轨的电阻忽略不计,在两根导轨的端点N、Q之间连接一阻值R=0.3Ω的电阻。导轨上跨放着一根长为L=0.2m、每米长电阻r=2.0Ω的金属棒ab,金属棒与导轨正交放置,交点为c、d。当金属棒以速度v=4.0 m/s向左做匀速运动时(如图),试求: (1)电阻R中的电流大小和方向; (2)使金属棒做匀速运动的外力; (3)金属棒ab两端点间的电势差; (4)ab棒向左匀速移动L’=0.5m的过程中,通过电阻R的电荷量是多少? 解析: 金属棒向左匀速运动时,等效电路如图所示: 在闭合回路中,金属棒的cd部分相当于电源,内阻rcd=hr,电动势Ecd=Bhv。 (1)根据欧姆定律,R中的电流为: 方向从N流向Q。 (2)使棒匀速运动的外力与安培力是一对平衡力,方向向左,大小为F=F安=IhB=0.02N。 (3)金属棒ab两端的电势差等于Uac+Ucd+Udb,由于Ucd=IR=Ecd-Ircd,因此也可以写成:Uab=Eab-Ircd=BLv-Ircd=0.32 V。 (4)在ab匀速移动L’=0.5m的过程中,通过电阻的电荷量为: 点评: 一定要注意,不要把ab两端的电势差与ab棒产生的感应电动势这两个概念混为一谈,也不要把ab棒产生的感应电动势和接入电路的电动势弄混。 15