电磁感应规律的综合应用PPT课件

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1、.,1,电磁感应规律的综合应用,.,2,一、电磁感应规律综合应用问题的特点,电磁感应规律应用问题往往综合性强，与力学知识联系 较多，涉及力和运动、动量、能量、直流电路、安培力 、图象分析等多方面知识的应用。,二、解决电磁感应规律综合应用问题的能力要求,解决此类问题要求养成进行受力分析、运动分析、动态 分析、和功能分析的习惯；对图象问题还要具备半定量 分析的能力，讲清常见的图象的物理意义。,.,3,三、电磁感应规律综合应用的常见题型,1、电磁感应中的力学问题,2、电磁感应中的电路问题,3、电磁感应中的能量问题,4、电磁感应中的图象问题,.,4,电磁感应中的力学问题,一根导体棒在导轨上滑动问题,棒

2、ab长为L，质量为m，电阻为R；导轨光滑，电阻不计。,模型1,运动分析,.,5,模型2,棒ab长为L，质量为m，电阻为R；导轨光滑，电阻不计。,运动分析,.,6,两根导体棒在导轨上滑动,模型3,运动分析,m1=m2 ，R1=R2 ，L1=L2 ，轨道光滑。,.,7,模型4,m1=m2 ，R1=R2 ，L1=2L2 ，轨道光滑。,运动分析,.,8,模型5,m1=m2 ，R1=R2 ，L1=L2 ，轨道光滑。,运动分析,.,9,模型6,m1=m2 ，R1=R2 ，L1=L2 ，轨道粗糙且Ff1=Ff2=Ff 。,运动分析,.,10,例1、已知：AB、CD足够长，L，B，R。金属棒ab垂直 于导轨放

3、置，与导轨间的动摩擦因数为，质量为m，从 静止开始沿导轨下滑，导轨和金属棒的电阻阻都不计。求 ab棒下滑的最大速度,基本方法： 1、用法拉第电磁感应定律和楞次定律 求感应电动势的大小和方向。 2、求回路中的电流强度 3、分析导体受力情况（包含安培力，用左手定则） 4、列动力学方程求解。,.,12,例2、如图B=0.2T，金属棒ab向右匀速运动，v=5m/s， L=40cm，电阻R=0.5,其余电阻不计，摩擦也不计，试 求： 感应电动势的大小 感应电流的大小和方向 使金属棒匀速运动所需的拉力 感应电流的功率 拉力的功率,.,13,例3、如图所示，导轨电阻不计，R=1.5，ab的质量 m=0.1k

4、g、r=0.5 、=0.5 ，F=0.7N，ab从静止开始 运动，经t=2s后，ab开始匀速直线运动，此时电压表示 数U=0.3V，g=10m/s2，求： ab匀速直线运动时，外力F的功率。 ab杆加速运动过程中，通过R的电量。 ab杆加速运动的距离。,.,14,例4、L=0.4m，B=0.2T，ab、cd的Ff=0.2N，电阻均为 r=0.1,导轨电阻不计，当ab杆受到水平向右的恒力 F=0.4N作用时ab杆以v1的速度向右做匀速直线运动， cd杆以v2的速度做匀速直线运动，求： （1）两杆的速度差（v1v2）等于多少？ （2）若v2=3.75m/s，系统由 于摩擦和电流流过电阻而产 生的总

5、的热功率为多少？,.,15,例5、已知导轨光滑、水平、电阻不计，磁场竖直向下、 磁感应强度为B；ab、cd同种材料制成、横截面积之比2： 1，长度和导轨宽均为L，ab质量为m，电阻为r。开始时 ab、cd均静止，现给ab一个向右的瞬时冲量I，在以后运 动中，求：cd最大速度vm、最大加速度am及产生的电热。,.,16,例6、导轨光滑、水平、电阻不计、间距L=0.20m；导体棒长也为L、电阻不计、垂直静止于导轨上；磁场竖直向下 且B=0.5T；已知电阻R=1.0；现有一个外力F沿轨道拉杆 ，使之做匀加速运动，测得F与时间t的关系如图所示，求 杆的质量和加速度a。,.,17,例7、导轨水平、间距L

6、、电阻不计；已知电阻为R；金属杆质量为m、电阻不计；匀强磁场竖直向下。用与导轨平行的恒定外力F作用在金属杆上，杆最终将做匀速运动。当改变拉力的大小时，相对应的匀速运动速度v也会改变，v和F的关和如图，g=10m/s2。 金属杆在匀速运动之前做什么运动？ 若m=0.5kg，L=0.5m，R=0.5，磁感应强度B为多大？ 由vF图线的截距可求得什么物理量?其值为多少？,.,18,电磁感应中的电路问题,电磁感应现象中产生感应电动势的那部分导体相当于一 个电源，解题时正确画出等效电路是正确解题的关建。,解决此类问题的基本方法：,1、用法拉第电磁感应定律和楞次定律确定感应电动势的 大小和方向。,2、画等

7、效电路。,3、运用闭合电路欧姆定律，串并联电路性质，电功率等 公式联立求解。,.,19,例8、圆环水平、半径为a、总电阻为2R；磁场竖直向下、 磁感强度为B；导体棒MN长为2a、电阻为R、粗细均匀、与 圆环始终保持良好的电接触；当金属棒以恒定的速度v向 右移动经过环心O时，求： （1）棒上电流的大小和方向及 棒两端的电压UMN （2）在圆环和金属棒上消耗的总 的热功率。,.,20,例9、线圈50匝、横截面积20cm2、电阻为1；已知电 阻R=99；磁场竖直向下，磁感应强度以100T/s的变化 度均匀减小。在这一过程中通过电阻R的电流多大小和 方向？,.,21,例10、EF、GH为平行的金属导轨

8、，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， 有均们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，I10，I20 C、加速滑动时，I1=0，I2=0 D、加速滑动时，I10，I20,D,.,22,例11、如图所示，两根竖直放置在绝缘地面上的金属导 轨的上端接有一个电容为C的电容器，框架上有一质量为 m，长为l的金属棒，平行于地面放置，与框架接触良好 且无摩擦，棒离地面的高度为h，磁感应强度为B的匀强 磁场与框架面垂直，开始时，电容器 不带电，现将金属棒由静止释放，问：

9、 棒落地时的速度为多大？电路中的 电流多大？（整个电路电阻不计）,.,23,电磁感应中的能量问题,1、能量转化特点：,导体切割磁感线或磁通量发生变化在回路中产生感应 电流，机械能或其他形式的能量便转化为电能。,具有感应电流的导体在磁场中受安培力作用或通过电 阻发热，又可使电能转化为机械能或电阻的内能，因 此电磁感应过程总是伴随着能量的转化。,.,24,2、解题基本方法：,用法拉第电磁感应定律和楞次定律确定感应动势的大 小和方向。,画出等效电路，求回路中电阻消耗电功率的表达式。,分析导体机械能的变化，用能量守恒关系得到机械功 率的改变与回路中电功率的改变所满足的方程。,.,25,例12、倾斜轨道

10、光滑，当ab棒下滑到稳定状态时，小灯泡 获得的功率为P0，除灯泡外，其它电阻不计，要使稳定状 态灯泡的功率变为2P0 ，下例措施正确的是（ ） A、换一个电阻为原来一半的灯泡 B、把磁感应强度B增为原来的2倍 C、换一个质量为原来 倍的金属棒 D、把导轨间的距离增大为原来的 倍,C,.,26,例13、如图所示，质量为m1的金属棒P在离地h高处由静止 开始沿弧形金属平行导轨MM、NN下滑，水平轨道所在 的空间有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度为B，水平导 轨上原来放有质量为m2的金属杆Q。已知两杆质量之比为 3：4，导轨足够长，不计摩擦。则： （1）两金属杆的最大速度分别为多少？ （2）在两杆运动

11、的过程中释放出的最大电能是多少？,.,27,例14、水平面光滑，金属环r=10cm、R=1、m=1kg，v= 10m/s向右匀速滑向有界磁场，匀强磁场B=0.5T；从环 刚进入磁场算起，到刚好有一半进入磁场时，圆环释放 了32J的热量，求： （1）此时圆环中电流的即时功率； （2）此时圆环运动的加速度。,.,28,例15、=30，L=1m，B=1T，导轨光滑电阻不计，F功率 恒定且为6W，m=0.2kg、R=1，ab由由静止开始运动， 当s=2.8m时，获得稳定速度，在此过程中ab产生的热量 Q=5.8J，g=10m/s2，求： （1）ab棒的稳定速度 （2）ab棒从静止开始达 到稳定速度所需

12、时间。,.,29,例16、导体棒ab质量为100g，用绝缘细线悬挂后，恰好与宽度为50cm的光滑水平导轨接触良好，水平导轨处在方向竖直向上、B=0.2T的匀强磁场中，水平导轨上有一质量为200g的导体棒cd，现将ab棒拉起0.8m高后无初速释放，当ab第一次摆到最低点与导轨瞬间接触后还能向左摆到0.45m高，试求： （1）cd棒获得的速度大小。 （2）此瞬间通过ab棒的电量。 （3）此过程回路产生的焦耳热。,.,30,例17、水平导轨MN、PQ间距L，匀强磁场磁感应强度的大 小为B，两根金属杆1、2与导轨垂直，它们的质量和电阻 分别为m1、m2和R1、R2，两杆与导轨接触良好，与导轨间 的动摩

13、擦因数为，已知：杆1被外力拖动，以恒定的速 度v0沿导轨运动；达到稳定状态时，杆2也以恒定速度沿 导轨运动，导轨的电阻可 忽略，求此时杆2克服摩 擦力做功的功率。,.,31,例18、如图所示，a1b1c1d1和a2b2c2d2为在同一竖平面内的 金属导轨，处在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直导轨所在的平面（纸面）向里，导轨的a1b1段与a2b2段是竖直的，距离为L1；c1d1与c2d2段也是竖直的，距离为L2，x1y1与x2y2为两根用不可伸长的绝缘轻线相连的金属细杆，质量分别为m1和m2，它们都垂直于导轨并与导轨保持光滑接触，两杆与导轨构成的回路的总电阻为R，F为作用于金属杆x1y1

14、上的竖直向 上的恒力，已知两杆运动到图示 位置时，已匀速向上运动，求此 时作用于两杆的重力的功率的大 小和回路电阻上的热功率。,.,32,例19、固定在水平桌面上的金属框cdef，处在竖直向下的匀强磁场中，金属棒ab搁在框架上，可无摩擦滑动，此时adeb构成一个边长为L的正方形，棒的电阻为r，其余部分电阻不计，开始时磁感应强度为B0。 （1）若从t=0时刻起，磁感应强度均匀增加，每秒增量为k，同时保持静止。求棒中的感应电流，并在力上标出 感应电流的方向。 （2）在上述（1）的情况中，若始终保静止，当t=t1s时需加的垂直于棒的水平拉力为多大？ （3）若从t=0时刻起，磁感应强度逐渐减小，当棒以

15、恒定速度v向右做匀速运动时，可使棒中不产生感应电流，则磁感应强度应怎样随时间变化？（写出B与时间t的关系式）,.,33,例20、如图所示，两根平行金属导轨固定在水平桌面上，每根导轨每米的电阻r0=0.1,导轨的端点P、Q用电阻可忽略的导线相连，两导轨间的距离L=0.20m。有随时间变化的匀强磁场垂直于桌面，已知磁感应强度B与时间的t的关系为B=kt，比例系数k=0.020T/s,一电阻不计的金属杆可在导轨上无摩擦地滑动，在滑动过程中保持与导轨垂直，在t=0时刻，金属杆靠在P、Q端，在外力作用下，杆以恒定的加速度从静止开始向导轨的另一端滑动，求在t=0.6s时金属杆所受的安培力。,P,Q,1、常

16、见的图象有： B-t -t E-t U-t I-t F-t E-x U-x I-x F-x 等图象,(1)以上B、E、U、I、F等各矢量是有方向的，通 常用正负表示。(具体由楞次定律判断),(2)以上各物理量的大小由法拉第电磁感应定律判断,（3）需注意的问题： 磁通量是否变化以及变化是否均匀、 感应电动势(感应电流)大小以及是否恒定、 感应电动势(感应电流)的方向、 电磁感应现象产生的过程以及时间段.,从图像上获取已知条件、分析物理过程,从抽象的图像出发，建立实际的物理模型,4、电磁感应中的图象问题,例1：磁感应强度B的正方向，线圈中的箭头为电流i的正方向（如图所示），已知线圈中感生电流i随时间而变化的图象如图所示，则磁感应强度B随时间而变化的图象可能是（ ）,CD,例2：匀强磁场的磁感应强度为B=0.2T，磁场宽度L=3m，一正方形金属框连长ab=d=1m，每边电阻r=0.2 ，金属框以v=10m/s的速度匀速穿过磁场区，其平面始终一磁感线方向垂直，如图所示。(1)画出金属框穿过磁场区的过程中，金属框内感应电流的(i-t)图线。