《电磁感应习题精选课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电磁感应习题精选课件（53页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、一、电磁感应中的力学问题一、电磁感应中的力学问题1方法：从运动和力的关系着手，运用牛顿第二定律和电磁感方法：从运动和力的关系着手，运用牛顿第二定律和电磁感应规律求解应规律求解2基本思路：受力分析基本思路：受力分析运动分析运动分析变化趋向变化趋向确定运动过程确定运动过程和最终的稳定状态和最终的稳定状态由牛顿第二定律列方程求解由牛顿第二定律列方程求解3注意安培力的特点：注意安培力的特点：实际上，纯力学问题中只有重力、弹力、摩擦力，电磁感应中实际上，纯力学问题中只有重力、弹力、摩擦力，电磁感应中多一个安培力，安培力随速度变化，部分弹力及相应的摩擦力多一个安培力，安培力随速度变化，部分弹力及相应的摩擦
2、力也随之而变，导致物体的运动状态发生变化，在分析问题时要也随之而变，导致物体的运动状态发生变化，在分析问题时要注意上述联系注意上述联系导体运动导体运动v感应电动势感应电动势E感应电流感应电流I安培力安培力F磁场对电流的作用磁场对电流的作用电磁感应电磁感应阻阻碍碍闭闭合合电电路路欧欧姆姆定定律律二、导体棒切割磁感线问题二、导体棒切割磁感线问题电磁感应中，电磁感应中，“导体棒导体棒”切割磁感线问题是高考常见切割磁感线问题是高考常见命题。解此类型问题的一般思路是：先解决电学问题，再命题。解此类型问题的一般思路是：先解决电学问题，再解决力学问题，即先由法拉第电磁感应定律求感应电动势，解决力学问题，即先
3、由法拉第电磁感应定律求感应电动势，然后根据欧姆定律求感应电流，求出安培力，再往后就是然后根据欧姆定律求感应电流，求出安培力，再往后就是按力学问题的处理方法，如进行受力情况分析、运动情况按力学问题的处理方法，如进行受力情况分析、运动情况分析及功能关系分析等。分析及功能关系分析等。导体棒切割磁感线的运动一般有以下几种情况：匀速导体棒切割磁感线的运动一般有以下几种情况：匀速运动、在恒力作用下的运动、恒功率运动等，现分别举例运动、在恒力作用下的运动、恒功率运动等，现分别举例分析。分析。(一一)导体棒匀速运动导体棒匀速运动导体棒匀速切割磁感线处于平衡状态，安培力和导体棒匀速切割磁感线处于平衡状态，安培力
4、和外力等大、反向，给出速度可以求外力的大小，或外力等大、反向，给出速度可以求外力的大小，或者给出外力求出速度，也可以求出功、功率、电流者给出外力求出速度，也可以求出功、功率、电流强度等，外力的功率和电功率相等。强度等，外力的功率和电功率相等。例例1.如图所示，在一磁感应强度如图所示，在一磁感应强度B0.5T的匀强磁场中，的匀强磁场中，垂直于磁场方向水平放置着两根相距为垂直于磁场方向水平放置着两根相距为h0.1m的平行的平行金属导轨金属导轨MN和和PQ，导轨电阻忽略不计，在两根导轨的，导轨电阻忽略不计，在两根导轨的端点端点N、Q之间连接一阻值之间连接一阻值R0.3的电阻。导轨上跨放的电阻。导轨上
5、跨放着一根长为着一根长为L0.2m，每米长电阻，每米长电阻r2.0/m的金属棒的金属棒ab，金属棒与导轨正交放置，交点为，金属棒与导轨正交放置，交点为c、d，当金属棒在，当金属棒在水平拉力作用于以速度水平拉力作用于以速度v4.0m/s向左做匀速运动时，向左做匀速运动时，试求：试求：（1）电阻）电阻R中的电流强度大小和方向；中的电流强度大小和方向；（2）使金属棒做匀速运动的拉力；）使金属棒做匀速运动的拉力；（3）金属棒）金属棒ab两端点间的电势差；两端点间的电势差；（4）回路中的发热功率。）回路中的发热功率。解析：金属棒向左匀速运动时，等效电路如图所示。在闭合回解析：金属棒向左匀速运动时，等效电
6、路如图所示。在闭合回路中，金属棒路中，金属棒cd部分相当于电源，内阻部分相当于电源，内阻rcdhr，电动势，电动势EcdBhv。（1）根据欧姆定律，）根据欧姆定律，R中的电流强度为中的电流强度为0.4A，方向从，方向从N经经R到到Q。（2）使金属棒匀速运动的外力与安培力是一对平衡力，方向向）使金属棒匀速运动的外力与安培力是一对平衡力，方向向左，大小为左，大小为FF安安BIh0.02N。（3）金属棒）金属棒ab两端的电势差等于两端的电势差等于Uac、Ucd与与Udb三者之和，由三者之和，由于于UcdEcdIrcd，所以，所以UabEabIrcdBLvIrcd0.32V。（4）回路中的热功率）回路
7、中的热功率P热热I2（Rhr）0.08W。点评：点评：不要把不要把ab两端的电势差与两端的电势差与ab棒产生的感应电动势这棒产生的感应电动势这两个概念混为一谈。两个概念混为一谈。金属棒匀速运动时，拉力和安培力平衡，拉力做正功，金属棒匀速运动时，拉力和安培力平衡，拉力做正功，安培力做负功，能量守恒，外力的机械功率和回路中的热功安培力做负功，能量守恒，外力的机械功率和回路中的热功率相等，即率相等，即(二二)导体棒在恒力作用下由静止开始运动导体棒在恒力作用下由静止开始运动导体棒在恒定外力的作用下由静止开始运动，导体棒在恒定外力的作用下由静止开始运动，速度增大，感应电动势不断增大，安培力、加速度增大，
8、感应电动势不断增大，安培力、加速度均与速度有关，当安培力等于恒力时加速速度均与速度有关，当安培力等于恒力时加速度等于零，导体棒最终匀速运动。整个过程加度等于零，导体棒最终匀速运动。整个过程加速度是变量，不能应用运动学公式。速度是变量，不能应用运动学公式。例例2.如左图所示，两根足够长的直金属导轨如左图所示，两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置平行放置在倾角为在倾角为的绝缘斜面上，两导轨间距为的绝缘斜面上，两导轨间距为L。M、P两点间接有阻两点间接有阻值为值为R的电阻。一根质量为的电阻。一根质量为m的均匀直金属杆的均匀直金属杆ab放在两导轨上，放在两导轨上，并与导轨垂直，整套装置处于磁感应强
9、度为并与导轨垂直，整套装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁的匀强磁场中，磁场方向垂直斜面向下。导轨和金属杆的电阻可忽略。让场方向垂直斜面向下。导轨和金属杆的电阻可忽略。让ab杆沿杆沿导轨由静止开始下滑，导轨和金属杆接触良好，不计它们之间导轨由静止开始下滑，导轨和金属杆接触良好，不计它们之间的摩擦。的摩擦。（1）由）由b向向a方向看到的装置如右图所示，请在此图中画出方向看到的装置如右图所示，请在此图中画出ab杆下滑过程中某时刻的受力示意图；杆下滑过程中某时刻的受力示意图；（2）在加速下滑过程中，当）在加速下滑过程中，当ab杆的速度大小为杆的速度大小为v时，求此时时，求此时ab杆中的电流及其加速
10、度的大小；杆中的电流及其加速度的大小；（3）求在下滑过程中，）求在下滑过程中，ab杆可以达到的速度最大值。杆可以达到的速度最大值。解析：（解析：（1）重力）重力mg，竖直向下，支持力，竖直向下，支持力N，垂直斜面向上，安培力，垂直斜面向上，安培力F，沿斜面向上，如图所示。沿斜面向上，如图所示。（2）当）当ab杆速度为杆速度为v时，感应电动势时，感应电动势EBLv，此时电路中电流，此时电路中电流。ab杆受到安培力杆受到安培力FBIL根据牛顿运动定律，有根据牛顿运动定律，有mgsinFma，即，即mgsin所以所以agsin（3）当）当a0，即，即mgsin时，时，ab杆达到最大速度杆达到最大速度
11、vm。所以所以点评：点评：分析分析ab杆受到的合外力，可以分析加速度的变化，加速度随速度的变杆受到的合外力，可以分析加速度的变化，加速度随速度的变化而变化，当加速度等于零时，金属化而变化，当加速度等于零时，金属ab杆做匀速运动，速度达到最大值。杆做匀速运动，速度达到最大值。当杆匀速运动时，金属杆的重力势能全部转化为回路中的电能，在求最大当杆匀速运动时，金属杆的重力势能全部转化为回路中的电能，在求最大速度速度vm时，也可以用能量转换法时，也可以用能量转换法，即解得：，即解得：(三三)导体棒在恒定功率下由静止开始运动导体棒在恒定功率下由静止开始运动因为功率因为功率PFv，P恒定，那么外力恒定，那么
12、外力F就随就随v而而变化。要注意分析外力、安培力和加速度的变化，变化。要注意分析外力、安培力和加速度的变化，当加速度为零时，速度达到最大值，安培力与外当加速度为零时，速度达到最大值，安培力与外力平衡。力平衡。例例3.如图所示，水平平行放置的导轨上连有电阻如图所示，水平平行放置的导轨上连有电阻R，并处于，并处于垂直轨道平面的匀强磁场中。今从静止起用力拉金属棒垂直轨道平面的匀强磁场中。今从静止起用力拉金属棒ab（ab与导轨垂直），若拉力恒定，经时间与导轨垂直），若拉力恒定，经时间t1后后ab的速度为的速度为v，加速度为，加速度为a1，最终速度可达，最终速度可达2v；若拉力的功率恒定，经时间；若拉力
13、的功率恒定，经时间t2后后ab的速度也为的速度也为v，加速度为，加速度为a2，最终速度可达，最终速度可达2v。求。求a1和和a2满足的关系。满足的关系。解析：解析：在恒力在恒力F作用下由静止开始运动，当金属棒的速度为作用下由静止开始运动，当金属棒的速度为v时金属棒产生感应电动势时金属棒产生感应电动势EBLv，回路中的电流，回路中的电流，所以金属棒受的安培力，所以金属棒受的安培力由牛顿第二定律得由牛顿第二定律得当金属棒达到最终速度为当金属棒达到最终速度为2v时，匀速运动，则时，匀速运动，则所以恒为所以恒为由以上几式可求出由以上几式可求出设外力的恒定功率为设外力的恒定功率为P，在，在t2时刻速度为
14、时刻速度为v，加速度为，加速度为a2，由牛顿第二定律得，由牛顿第二定律得最终速度为最终速度为2v时为匀速运动，则有时为匀速运动，则有所以恒定功率所以恒定功率。由以上几式可求出。由以上几式可求出点评：点评：由最大速度可以求出所加的恒力由最大速度可以求出所加的恒力F，由最大速度也，由最大速度也可求出恒定的功率可求出恒定的功率P。本题是典型的运用力学观点分析本题是典型的运用力学观点分析解答的电磁感应问题。注重进行力的分析、运动状态分析解答的电磁感应问题。注重进行力的分析、运动状态分析以及能的转化分析等。涉及的知识点多，综合性强，适当以及能的转化分析等。涉及的知识点多，综合性强，适当训练将有利于培养综
15、合分析问题的能力。在求功率时，也训练将有利于培养综合分析问题的能力。在求功率时，也可以根据能量守恒：速度为可以根据能量守恒：速度为2v时匀速运动，外力的功率时匀速运动，外力的功率等于电功率等于电功率三、电磁感应与电路规律的综合应用三、电磁感应与电路规律的综合应用（一）电路问题（一）电路问题1、确定电源：首先判断产生电磁感应现象的那一部分导体（电、确定电源：首先判断产生电磁感应现象的那一部分导体（电源），其次利用源），其次利用或或求感应电动势的大求感应电动势的大小，利用右手定则或楞次定律判断电流方向。小，利用右手定则或楞次定律判断电流方向。2、分析电路结构，画等效电路图、分析电路结构，画等效电路
16、图3、利用电路规律求解，主要有欧姆定律，串并联规律等、利用电路规律求解，主要有欧姆定律，串并联规律等（二）图象问题（二）图象问题1、定性或定量地表示出所研究问题的函数关系、定性或定量地表示出所研究问题的函数关系2、在图象中、在图象中E、I、B等物理量的方向是通过正负值来反映等物理量的方向是通过正负值来反映3、画图象时要注意横、纵坐标的单位长度定义或表达、画图象时要注意横、纵坐标的单位长度定义或表达例例1、匀强磁场磁感应强度、匀强磁场磁感应强度B=0.2T，磁场宽度，磁场宽度L=3rn，一正方，一正方形金属框边长形金属框边长ab=1m，每边电阻，每边电阻r=0.2，金属框以，金属框以v=10m/s的的速度匀速穿过磁场区，其平面始终保持与磁感线方向垂直，如速度匀速穿过磁场区，其平面始终保持与磁感线方向垂直，如图所示，求：图所示，求：（1）画出金属框穿过磁场区的过程中，金属框内感应电流的）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图线图线（2）画出）画出ab两端电压的两端电压的U-t图线图线解析：线框进人磁场区时解析：线框进人磁场区时E1=BLv=2V，=2.5A，方向沿逆时针，
