高三物理二轮复习电磁感应类型题教学市名师优质课比赛一等奖市公开课获奖课件

电磁感应定律应用第1页1.电磁感应中电路问题:第2页在电磁感应中,切割磁感线导体或磁通量发生改变回路将产生感应电动势,该导体或回路相当于电源.所以,电磁感应问题往往与电路问题联络在一起.处理与电路相联络电磁感应问题基本方法是:(1)使用方法拉第电磁感应定律和愣次定律确定感应电动势大小和方向.(2)画等效电路.(3)利用全电路欧姆定律,串并联电路性质,电功率等公式联立求解.第3页解题关键点：电磁感应问题往往跟电路问题联络在一起。产生感应电动势导体相当于电源，将它们接上电阻等用电器，便可对其供电；接上电容器，便可使其充电。处理这类问题，不但要利用电磁感应中规律，如右手定则、楞次定律和法拉第电磁感应定律等，还要应用电场、电路中相关知识，如电容公式、欧姆定律、电功率公式、串、并联电路性质等。关键是把电磁感应问题等效转换成稳恒电路问题来处理。普通可按以下三个步骤进行。第4页第一步：确定内电路。切割磁感线导体或磁通量发生变化回路将产生感应电动势，其电阻相当于电源内电阻。用右手定则或楞次定律判断电流方向。若在一个电路中有几个部分产生感应电动势且又相互联络，则可等效成电源串、并联。第二步： 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 外电路。明确外电路各用电器、电表、电容器串并联关系，画等效电路图。第三步：立方程求解。综合利用法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律等规律，列出方程求解。解题步骤第5页1.把总电阻为2R均匀电阻丝焊接成二分之一径为a圆环，水平固定在竖直向下，磁感应强度为B匀强磁场中，如图所表示，一长度为2a，电阻等于R，粗细均匀金属棒MN放在圆环上，它与圆环一直保持良好接触。当金属棒以恒定速度v向右移动经过环心O时，求：（1）流过棒电流大小、方向及棒两端电压UMN。（2）在圆环和金属棒上消耗总热功率。第6页解答此时，圆环两部分组成并联连接，且，金属棒经过环心时，棒中产生感应电动势为：（1）棒MN右移时，切割磁感线，产生感应电动势，棒MN相当于电源，内电阻为R。其等效电路如图所表示。棒两端电压为路端电压。故并联部分电阻为：。第7页由闭合电路欧姆定律得流过金属棒电流为：由右手定则可判断出金属棒上电流方向由N→M棒两端电压：（2）圆环和金属棒上消耗总功率等于电路中感应电流电功率，即：第8页2.如图所表示，在绝缘光滑水平面上，有一个边长为L单匝正方形线框abcd，在外力作用下以恒定速率v向右运动进入磁感应强度为B有界匀强磁场区域。线框被全部拉入磁场过程中线框平面保持与磁场方向垂直，线框ab边一直平行于磁场边界。已知线框四个边电阻值相等，均为R。求：（1）在ab边刚进入磁场区域时，线框内电流大小；（2）在ab边刚进入磁场区域时，ab边两端电压；（3）在线框被拉入磁场整个过程中，线框中电流产生热量。dBabcv第9页（1）ab边切割磁感线产生感应电动势为所以经过线框电流为（2）ab两端电压为路端电压所以（3）线框被拉入磁场整个过程所用时间线框中电流产生热量解答第10页3.如图所表示，M、N是水平放置很长平行金属板，两板间有垂直于纸面沿水平方向匀强磁场其磁感应强度大小为B=0.25T，两板间距d=0.4m，在M、N板间右侧部分有两根无阻导线P、Q与阻值为0.3Ω电阻相连。已知MP和QN间距离相等且等于PQ间距离二分之一,一根总电阻为r=0.2Ω均匀金属棒ab在右侧部分紧贴M、N和P、Q无摩擦滑动,忽略一切接触电阻。现有重力不计带正电荷q=1.6×10－9C轻质小球以v0=7m/s水平初速度射入两板间恰能做匀速直线运动，则：（1）M、N间电势差应为多少？（2）若ab棒匀速运动，则其运动速度大小等于多少？方向怎样？（3）维持棒匀速运动外力为多大？MQPNv0adcbRq第11页（1）粒子在两板间恰能做匀速直线运动，所受电场力与洛仑兹力相等，即：（2）洛仑兹力方向向上,则电场力方向向下,UMN＞0,ab棒应向右做匀速运动解得：v=8m/s（3）因为只有cd端上有电流，受到安培力F=BILcd得：解答RdbaQPNMc第12页4.两根光滑长直金属导轨MN、M'N'平行置于同一水平面内，导轨间距为l,电阻不计,M、M'处接有如图所表示电路，电路中各电阻阻值均为R，电容器电容为C。长度也为l、阻值同为R金属棒ab垂直于导轨放置，导轨处于磁感应强度为B、方向竖直向下匀强磁场中。ab在外力作用下向右匀速运动且与导轨保持良好接触，在ab运动距离为s过程中，整个回路中产生焦耳热为Q。求⑴ab运动速度v大小；⑵电容器所带电荷量q。NCRRRMM'N'ba第13页（1）设ab上产生感应电动势为E，回路中电流为I，ab运动距离s所用时间为t，则有:E=Blv①②③④由上述方程得⑤（2）设电容器两极板间电势差为U，则有:U=IR⑥电容器所带电荷量:q=CU⑦解得:⑧解答第14页5.如图所表示，矩形导线框abcd固定在水平面上，ab=L、bc=2L，整个线框处于竖直方向磁感应强度为B匀强磁场中。导线框上ab、cd段电阻不计，bc、ad段单位长度上电阻为λ。今在导线框上放置一个与ab边平行且与导线框接触良好金属棒MN，其电阻为r（r<λL）。金属棒在外力作用下沿x轴正方向做速度为v匀速运动，在金属棒从导线框最左端（x=0）运动到最右端过程中⑴请导出金属棒中感应电流I随x改变函数关系式;⑵经过分析说明金属棒在运动过程中，MN两点间电压有最大值，并求出最大值Um；⑶金属棒运动过程中，在什么位置MN输出功率最大？并求出最大输出功率Pm。MNabcdxv0第15页⑴金属棒产生电动势:E=BLv设金属棒沿x轴移动了x距离,此时外电路总电阻为:电路中总电流为:⑵MN两点间电压:当外电路电阻R取最大Rmax时，U有最大值Um。解答ErRNcRbMRaNRNd等效电路如图示第16页⑶当R=r时，输出功率最大，解之得此时，解之得:将x=L代入上式得：从外电路电阻R与x表示式能够看出，当x=2L-x，即x=L时，外电路电阻有最大值。第17页6.如图，足够长光滑平行金属导轨MN、PQ固定在一水平面上,两导轨间距L=0.2m，电阻R＝0.4Ω，电容C＝2μF，导轨上停放一质量m=0.1kg、电阻r=0.1Ω金属杆CD，导轨电阻可忽略不计，整个装置处于方向竖直向上B=0.5T匀强磁场中。现用一垂直金属杆CD外力F沿水平方向拉杆，使之由静止开始向右运动。求：⑴若开关S闭合,力F恒为0.5N,CD运动最大速度；⑵若开关S闭合，使CD以⑴问中最大速度匀速运动，现使其突然停顿并保持静止不动，当CD停顿下来后，经过导体棒CD总电量；⑶若开关S断开，在力F作用下，CD由静止开始作加速度a=5m/s2匀加速直线运动，请写出电压表读数U随时间t改变表示式。第18页VMPNQＣFBCDSR⑴CD以最大速度运动时是匀速直线运动,有:又:⑵CD以25m/s速度匀速运动时，电容器上电压为UC，则有：电容器下极板带正电带电：Q=CUC=4×10-3C解答得：CD停下来后,电容经过MP、CD放电,经过CD电量：第19页⑶电压表示数为：因为金属杆CD作初速为零匀加运动，所以：代入数字得：即电压表示数U随时间t均匀增加第20页7.如图所表示，P、Q为水平面内平行放置光滑金属长直导轨，间距为L1，处于竖直向下、磁感应强度大小为B1匀强磁场中。一导体杆ef垂直于P、Q放在导轨上，在外力作用下向左做匀速直线运动。质量为m、每边电阻均为r、边长为L2正方形金属框abcd置于竖直平面内，两顶点a、b经过细导线与导轨相连，磁感应强度大小为B2匀强磁场垂直金属框向里，金属框恰好处于静止状态。不计其余电阻和细导线对a、b点作用力。(1)经过ab边电流Iab是多大?(2)导体杆ef运动速度v是多大?QeabdcfvPB1第21页（1）设经过正方形金属框总电流为I，ab边电流为Iab，dc边电流为Idc，有：abdcE①②金属框受重力和安培力,处于静止状态,有③由①②③解得：④解答第22页（2）由（1）可得：　　　⑤设导体杆切割磁感线产生电动势为E，有：E＝B1L1v　　　　　　　　　　⑥设ad、dc、cb三边电阻串联后与ab边电阻并联总电阻为R，则：⑦依据闭合电路欧姆定律，有：I＝E/R　　　　　　　　　　　　　⑧由⑤～⑧解得：⑨第23页8.平行光滑导轨置于匀强磁场中，磁感应强度为B＝0.4T，方向垂直于导轨平面。金属棒ab以速度v向左匀速运动。导轨宽度L＝1m，电阻R1＝R3＝8Ω，R2＝4Ω，导轨电阻不计（金属棒ab电阻不能忽略),平行板电容器两板水平放置,板间距离d＝10mm,内有一质量为m＝1×10－14kg，电量q＝1×10－15C粒子，在电键S断开时粒子处于静止状态,S闭合后粒子以a＝6m/s2加速度匀加速下落,g取10m/s2。求：（1）金属棒运动速度为多少？（2）S闭合后，作用于棒外界拉力功率为多少？R1R2SmaR3bv第24页（1）当S断开时：因为粒子处于静止：mg=qE①②流过ab棒电流：④由闭合电路欧姆定律得：⑤解答由①②解得：③第25页S闭合时：粒子作匀加速运动，由牛顿第二定律有：mg-qE1=ma⑥⑦又：又⑨由⑤⑨解得：由⑥⑦解得：⑧第26页∵ε=BLV　　　　　　　　　⑩（2）∵金属棒匀速运动，外力与安培力平衡安培力：F安＝BI1L∴外力功率：P=FV=BI1LV=0.2W得金属棒速度：第27页9.以下列图甲所表示，边长l为和L矩形线框、相互垂直，彼此绝缘，可绕中心轴O1O2转动，将两线框始端并在一起接到滑环C上，末端并在一起接到滑环D上，C、D彼此绝缘，外电路经过电刷跟C、D连接，线框处于磁铁和圆柱形铁芯之间磁场中，磁场边缘中心张角为450，以下列图乙所表示(图中圆表示圆柱形铁芯，它使磁铁和铁芯之间磁场沿半径方向，如图箭头方向所表示)．不论线框转到磁场中什么位置，磁场方向总是沿着线框平面．磁场中长为线框边所在处磁感应强度大小恒为B，设线框aa'和bb'电阻都是r，两个线框以角速度ω逆时针匀速转动，电阻R=2r。第28页(1)求线框aa'转到如乙图所表示位置时，感应电动势大小；(2)求转动过程中电阻R上电压最大值；(3)从线框aa'进入磁场开始计时，作出0～T(T是线框转动周期)时间内经过R电流随时间改变图象；(4)求在外力驱动下两线框转动一周所做功．a′b′baωNS乙45°abCLRO2O1b′a′Dl甲第29页(1)不论转到何位置,磁场方向、速度方向都垂直,所以有：(2)在线圈转动过程中，只有一个线框产生电动势，相当电源，另一线框与电阻R并联组成外电路，故：解答第30页(3)流过R电流：经过R电流随时间改变图象图象如图所表示。0i4628(4)每个线圈作为电源时产生功率为：依据能量守恒定律得两个线圈转动一周外力所做功为第31页2.电磁感应现象中力学问题:第32页(1)经过导体感应电流在磁场中将受到安培力作用,电磁感应问题往往和力学问题联络在一起,基本解题方法是:①使用方法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势大小和方向.②求回路中电流强度.③分析研究导体受力情况(包含安培力.用左手定则确定其方向.④列动力学方程或平衡方程求解.第33页(2)电磁感应力学问题中,要抓好受力分析.运动情况动态分析.导体受力运动产生感应电动势→感应电流→通电导体受安培力→合外力改变→加速度改变→速度改变→周而复始地循环,循环结束时,加速度等于零,导体达稳定运动状态,抓住a=0时,速度v达最大值特点.第34页解题关键点：电磁感应中产生感应电流在磁场中将受到安培力作用，从而影响导体棒（或线圈）受力情况和运动情况。处理这类力电综合问题，要将电学、力学中相关知识综合起来应用。惯用规律有：楞次定律、法拉第电磁感应定律、左右手定则、安培力公式及牛顿运动定律、动量定理、动量守恒定律。普通可按以下步骤进行。第35页1.确定对象：明确产生感应电动势是哪一根（两根）导体棒或是哪一个线圈。2.分析情况：分析研究对象受力情况：一共受几个力，哪些是恒力，哪些是变力，画出受力图。分析研究对象运动情况：初始状态怎样，作什么运动，终了状态怎样。这类问题中力改变与运动改变往往交织在一起。能够从感应电动势开始分析：感应电动势→感应电流→安培力→合外力改变→加速度改变→速度改变→感应电动势改变→……周而复始地循环，循环结束时，到达稳定状态（静止、匀速、匀变速）。3.利用规律：依据电学规律、力学规律列方程求解。第36页1.两根相距为L足够长金属直角导轨如图所表示放置，它们各有一边在同一水平面内，另一边垂直于水平面。质量均为m金属细杆ab、cd与导轨垂直接触形成闭合回路，杆与导轨之间动摩擦因数为μ，导轨电阻不计，回路总电阻为2R。整个装置处于磁感应强度大小为B，方向竖直向上匀强磁场中。当ab杆在平行于水平导轨拉力F作用下以速度v1沿导轨匀速运动时，cd杆恰好以速率向下v2匀速运动。重力加速度为g。以下说法正确是（）A、ab杆所受拉力F大小为μmg＋B、cd杆所受摩擦力为零D、μ与v1大小关系为C、回路中电流为第37页因为cd不切割磁感线，故电路中电动势为BLv1，电流为：ab杆、cd杆受力分析如图。ab杆匀速运动，协力为零：。cd杆水平方向弹力与安培力平衡：竖直方向匀速运动，协力也为零：于是得：mgFN1F安Ff1mgFN2F安f2解答AD第38页2.如图所表示，两平行金属导轨固定在水平面上，匀强磁场方向垂直导轨平面向下，金属棒ab、cd与导轨组成闭合回路且都可沿导轨无摩擦滑动。ab、cd两棒质量之比为2∶1。用一沿导轨方向恒力F水平向右拉cd棒，经过足够长时间以后（）A、ab棒、cd棒都做匀速运动.B、ab棒上电流方向是由a向b.C、cd棒所受安培力大小等于.D、两棒间距离保持不变.aFBdcb第39页由右手定则易知，ab棒上电流方向是由b向a。cd棒做加速度减小加速运动，ab棒做加速度增大加速运动，两棒加速度相等时，系统达稳定状态。对整体有：F=(2m+m)a对ab棒有：F安＝2ma得ab棒所受安培力为：cd棒所受安培力与ab棒所受安培力大小相等。因为开始时cd棒加速度大于ab棒加速度，cd棒速度必一直大于ab棒速度，所以两棒间距离不停增大。解答C第40页3.如图所表示，两根竖直平行光滑导轨MN、PQ，相距为L。在M与P之间接有定值电阻R。金属棒ab质量为m，水平搭在导轨上，且与导轨接触良好。整个装置放在水平匀强磁场中，磁感应强度为B。金属棒和导轨电阻不计，导轨足够长。⑴若将ab由静止释放，它将怎样运动？最终速度为多大？⑵若开始就给ab竖直向下拉力F，使其由静止开始向下作加速度为a（a>g）匀加速运动，请求出拉力F与时间t关系式；⑶请定性在坐标图上画出第（2）问中F-t图线。MbaRQPNBOtF第41页⑴ab将作加速度越来越小加速运动，最后作匀速运动。匀速时速度到达最大，最大速度满足：得：⑵经过时间t，ab速度为：v=at由牛顿第二定律：F+mg-F安=ma解之得：t时刻安培力：⑶F与t关系为一次函数,图像如图示。FtO解答第42页4.如图所表示，水平导轨间距为L，左端接有阻值为R定值电阻。在距左端x0处放置一根质量为m、电阻为r导体棒，导体棒与导轨间无摩擦且一直保持良好接触，导轨电阻可忽略，整个装置处于竖直向上匀强磁场中，问：在以下各种情况下，作用在导体棒上水平拉力F大小应怎样？（1）磁感应强度为B=B0保持恒定，导体棒以速度v向右做匀速直线运动；（2）磁感应强度为B=B0+kt随时间t均匀增强，导体棒保持静止；（3）磁感应强度为B=B0保持恒定，导体棒由静止始以加速度a向右做匀加速直线运动；（4）磁感应强度为B=B0+kt随时间t均匀增强，导体棒以速度v向右做匀速直线运动。x0LFB第43页（1）电动势为：E=BLv电流为：I=匀速运动时，外力与安培力平衡：F=B0IL=(2)由法拉第电磁感应定律得：静止时水平外力与安培力平衡：（3）任意时刻t导体棒速度为：v=at由牛顿第二定律得：F-BIL=ma·解答第44页于是水平力为：（4）由法拉第电磁感应定律得：导体棒作匀速运动时水平外力与安培力平衡：第45页5.如图所表示,竖直放置光滑平行金属导轨,相距l,导轨一端接有一个电容器,电容量为C,匀强磁场垂直纸面向里,磁感应强度为B,质量为m金属棒ab可紧贴导轨自由滑动.现让ab由静止下滑,不考虑空气阻力,也不考虑任何部分电阻和自感作用.问金属棒做什么运动？棒落地时速度为多大？ab在重力与安培力协力作用下加速运动，设任意时刻t,速度为v，感应电动势为：E=Blv感应电流：I=ΔQ/Δt=CBLΔv/Δt=CBla安培力：F=BIl=CB2l2aBChabmgF由牛顿运动定律：mg-F=ma∴ab做初速为零匀加直线运动,加速度为：a=mg/(m+CB2l2)落地速度为：解答第46页6.（07上海）如图（a）所表示，光滑平行长直金属导轨置于水平面内，间距为L、导轨左端接有阻值为R电阻，质量为m导体棒垂直跨接在导轨上。导轨和导体棒电阻均不计，且接触良好。在导轨平面上有一矩形区域内存在着竖直向下匀强磁场，磁感应强度大小为B。开始时，导体棒静止于磁场区域右端，当磁场以速度v1匀速向右移动时，导体棒随之开始运动，同时受到水平向左、大小为f恒定阻力，并很快到达恒定速度，此时导体棒仍处于磁场区域内。（1）求导体棒所到达恒定速度v2；（2）为使导体棒能随磁场运动，阻力最大不能超出多少？（3）导体棒以恒定速度运动时，单位时间内克服阻力所做功和电路中消耗电功率各为多大？（4）若t＝0时磁场由静止开始水平向右做匀加速直线运动，经过较短时间后，导体棒也做匀加速直线运动，其v-t关系如图（b）所表示，已知在时刻t导体棒瞬时速度大小为vt，求导体棒做匀加速直线运动时加速度大小。（b）第47页（1）导体棒感应电动势为：E＝BL（v1－v2），解答导体棒所受安培力为：速度恒定时安培力与阻力平衡：可得导体棒所到达恒定速度：（2）导体棒最大速度为v1，此时安培力达最大：所以阻力最大不能超出：第48页（3）导体棒以恒定速度运动时，单位时间内克服阻力所做功为：电路中消耗电功率：（4）导体棒要做匀加速运动，必有v1－v2为常数，由牛顿第二定律可得：磁场由静止开始做匀加速直线运动，有v1=at又，v2=vt可解得导体棒加速度：第49页7.如图，在水平面上有两条平行导电导轨MN、PQ,导轨间距离为l，匀强磁场垂直于导轨所在平面（纸面）向里，磁感应强度大小为B，两根金属杆1、2摆在导轨上，与导轨垂直，它们质量和电阻分别为m1、m2和R1、R2,两杆与导轨接触良好，与导轨间动摩擦因数为μ，已知：杆1被外力拖动，以恒定速度v0沿导轨运动；到达稳定状态时，杆2也以恒定速度沿导轨运动，导轨电阻可忽略，求此时杆2克服摩擦力做功功率。1MNPQ2v0第50页设杆2运动速度为v，两杆运动时回路中产生感应电动势：E=Bl(v0-v)(1)杆2作匀速运动,其安培力与摩擦力平衡：导体杆2克服摩擦力做功功率解得：解答感应电流：(2)BIL=μm2g(3)P=μm2gv(4)1MNPQ2v0fFm第51页8.如图所表示，两根平行金属导轨固定在水平桌面上，每根导轨每米电阻为r0=0.10Ω/m，导轨端点P、Q用电阻可忽略导线相连，两导轨间距离l=0.20m.有随时间改变匀强磁场垂直于桌面，已知磁感强度B与时间t关系为B=kt,百分比系数k=0.020T/s.一电阻不计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，金属杆紧靠在P、Q端，在外力作用下，杆以恒定加速度从静止开始向导轨另一端滑动，求在t=6.0s时金属杆所受安培力.QP第52页以a表示金属杆运动加速度，在t时刻，金属杆与初始位置距离：此时杆速度：v=at这时，杆与导轨组成回路面积：S=Ll，回路中感应电动势：E=SΔB/Δt+Blv=Sk+Blv回路总电阻：R=2Lr0回路中感应电流：i=E/R作用于杆安培力：F=Bli解得：F=3k2l2t／2r0，代入数据解得：F=1.44×10-3NQPlLv解答第53页﹡9．两根水平平行固定光滑金属导轨宽为L，足够长，在其上放置两根长也为L且与导轨垂直金属棒ab和cd，它们质量分别为2m、m，电阻阻值均为R，金属导轨及导线电阻均可忽略不计，整个装置处于磁感应强度大小为B、方向竖直向下匀强磁场中．（1）现把金属棒ab锁定在导轨左端，如图甲，对cd施加与导轨平行水平向右恒力F，使金属棒cd向右沿导轨运动，当金属棒cd运动状态稳定时，金属棒cd运动速度是多大？（2）若将金属棒ab解除锁定，如图乙，使金属棒cd取得瞬时水平向右初速度v0，求：在它们运动状态到达稳定过程中，流过金属棒ab电量是多少？整个过程中ab和cd相对运动位移是多大？第54页（1）易知，稳定时水平外力与安培力平衡：得金属棒cd运动速度：（2）cd棒作减速运动，ab棒作加速运动，最终达共同速度。由系统动量守恒：mv0=(m+2m)V对ab棒，由动量定理：所以，流过金属棒ab电量为：解答第55页由法拉第电磁感应定律得：得平均电流为：于是有：∴整个过程中ab和cd相对运动位移是：第56页3.电磁感应中图象问题第57页一、线圈在均匀磁场中运动时i-t图象二、线圈在均匀磁场中运动时i-x图象三、线圈在非均匀磁场中运动时i-t图象四、图象应用第58页dcba思索:你能作出ad间电压与时间关系图象吗?例1.如图所表示，一宽40cm匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面向里．一边长为20cm正方形导线框位于纸面内，以垂直于磁场边界恒定速度v＝20cm/s经过磁场区域，在运动过程中，线框有一边一直与磁场区域边界平行．取它刚进入磁场时刻t＝0.在以下图线中，正确反应感应电流随时间改变规律是[c]第59页例2、如图所表示，边长为L正方形导线圈，其电阻为R，现使线圈以恒定速度v沿x轴正方向运动，并穿过匀强磁场区域B，假如以x轴正方向作为力正方向，线圈从图示位置开始运动，则（1）穿过线圈磁通量随x改变图线为哪个图？（2）线圈中产生感应电流随x改变图线为哪个图？（3）磁场对线圈作用力F随x改变图线为哪个图？×××××××××××××××LL3LXB0123456x/L0123456x/L0123456x/L0123456x/LABCD[1][2][3]第60页例3、磁棒自远处匀速沿圆形线圈轴线运动，并穿过线圈向远处而去，如图所表示，则以下图中正确反应线圈中电流与时间关系是（线圈中电流以图示箭头为正方向）0ti0ti0ti0tiABCD[B]NS第61页例4、一金属圆环位于纸面内，磁场垂直纸面，要求向里为正，如图所表示。现今磁场B随时间改变是先按oa图线改变，又按图线bc和cd改变，令E1、E2、E3分别表示这三段改变过程中感应电动势大小，I1、I2、I3分别表示对应感应电流，则E1、E2、E3大小关系是___________;电流I1方向是___________;I2方向是___________;I3方向是____________.顺时针012345678910BtabcdE2=E3>E1逆时针方向顺时针方向顺时针方向第62页例5、如图所表示竖直放置螺线管和导线abcd组成回路，螺线管下方水平桌面上有一导体环。当导线abcd所围区域内磁场按以下哪一图示方式改变时，导体环将受到向上磁场力作用？adcb××××××××××B0tB0tB0tB0tBABCD[A]第63页4.电磁感应中能量转化问题:第64页电磁感应过程总是伴伴随能量改变.处理这类问题基本方法是:(1)使用方法拉第电磁感应定律和楞次定律确定感应电动势大小和方向.(2)画出等效电路,求出回路中电阻消耗电功率表示式.(3)分析导体机械能改变,用能量守恒关系得到机械功率改变与回路中电功率改变所满足方程.第65页一、导体切割磁感线或磁通量发生改变在回路中产生感应电流，机械能或其它形式能量便转化为电能，含有感应电流导体在磁场中受安培力作用或通过电阻发烧，又可使电能转化为机械能或电阻内能。所以，电磁感应过程总是伴伴随能量转化。二、电磁感应现象中出现电能是克服安培力作功将其它形式能转化而来，若安培力作正功则将电能转化为其它形式能。三、中学阶段用能量转化观点研究电磁感应问题经常是导体稳定运动（匀速直线运动或匀变速运动）。对应受力特点是合外力为零，能量转化过程经常是机械能转化为电阻内能，处理这类问题问题基本方法是：第66页1、使用方法拉第电磁感应定律和愣次定律确定感应电动势大小和方向。2、画出等效电路，求出回路中电阻消耗电功率表示式。3、分析导体机械能改变，用能量守恒关系得到机械功率改变与回路中电功率改变所满足方程。第67页例题1、如图甲所表示，足够长金属导轨竖直放在水平方向匀强磁场中，导体棒MN能够在导轨上无摩擦滑动。已知匀强磁场磁感应强度B＝0.4T，导轨间距为L＝0.1m，导体棒MN质量为m=6g且电阻r=0.1Ω,电阻R＝0.3Ω,其它电阻不计，（g取10m/s2)求：（1）导体棒MN下滑最大速度多大？（2)导体棒MN下滑到达最大速度后，棒克服安培力做功功率，电阻R消耗功率和电阻r消耗功率为多大？甲第68页甲乙分析与解答：等效电路如图乙所表示，棒由静止开始下滑，最终到达匀速运动。当匀速运动时，由平衡条件得：（2）匀速时，克服安培力做功功率为：电阻R消耗功率：第69页电阻r消耗功率：例题2、如图所表示，质量为m，边长为L正方形线框，在有界匀强磁场上方h高处由静止自由下落，线框总电阻为R，磁感应强度为B匀强磁场宽度为2L。线框下落过程中，ab边一直与磁场边界平行且处于水平方向，已知ab边刚穿出磁场时线框恰好作匀速运动，求：（1）cd边刚进入磁场时线框速度。（2）线框穿过磁场过程中，产生焦耳热。恰好作匀速运动第70页过程一：线框先作自由落体运动，直至ab边进入磁场。过程二：作变速运动，从cd边进入磁场到ab边离开磁场，因为穿过线框磁通量不变，故线框中无感应电流，线框作加速度为g匀加速运动。过程三：当ab边刚穿出磁场时，线框作匀速直线运动。整个过程中，线框重力势能减小，转化成线框动能和线框电阻上内能。第71页ab边刚离开磁场时恰好作匀速直线运动，由平衡条件，得：(1)设cd边刚进入磁场时线框速度为V0，ab边刚离开磁场时速度为V，由运动学知识，得：第72页（2）线框由静止开始运动，到cd边刚离开磁场过程中，依据能量守恒定律，得：解之，得线框穿过磁场过程中，产生焦耳热为： 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 与提高：电磁感应现象实质是不一样形式能量转化过程，理清能量转化过程，用“能量”观点研究问题，往往比较简单，同时，导体棒加速时，电流是变化，不能直接用Q＝I2Rt求解（时间也无法确定），因而能用能量守恒知识处理。）第73页练习1、在闭合线圈上方有一条形磁铁自由下落，直至穿过线圈过程中，以下说法正确是：A、磁铁下落过程机械能守恒；B、磁铁机械能增加；C、磁铁机械能减小；D、线圈增加热能是由磁铁减小机械能转化而来。第74页4、如图所表示，水平光滑“”形导轨置于匀强磁场中，磁感应强度为B＝0.5T，方向竖直向下，回路电阻R＝2Ω，ab长度L＝0.5m，导体ab以垂直于导轨向右运动速度V＝4m/s匀速运动，在0.2S时间内，回路中发出热能为————J，外力F做功为———J。第75页综合应用第76页例1.水平放置于匀强磁场中光滑导轨上，有一根导体棒ab，用恒力F作用在ab上，由静止开始运动，回路总电阻为R，分析ab运动情况，并求ab最大速度。abBRF分析：ab在F作用下向右加速运动，切割磁感应线，产生感应电流，感应电流又受到磁场作用力f，画出受力图：f1a=(F-f)/mvE=BLvI=E/Rf=BILFf2最终，当f=F时，a=0，速度到达最大，FfF=f=BIL=B2L2vm/Rvm=FR/B2L2vm称为收尾速度.又解：匀速运动时，拉力所做功使机械能转化为电阻R上内能。Fvm=I2R=B2L2vm2/Rvm=FR/B2L2第77页例2.在磁感应强度为B水平均强磁场中，竖直放置一个冂形金属框ABCD，框面垂直于磁场，宽度BC＝L，质量m金属杆PQ用光滑金属套连接在框架AB和CD上如图.金属杆PQ电阻为R，当杆自静止开始沿框架下滑时：(1)开始下滑加速度为多少?(2)框内感应电流方向怎样？(3)金属杆下滑最大速度是多少?(4)从开始下滑到抵达最大速度过程中重力势能转化为何能量QBPCDA解:开始PQ受力为mg,mg所以a=gPQ向下加速运动,产生感应电流,方向顺时针,受到向上磁场力F作用。IF达最大速度时,F=BIL=B2L2vm/R=mg∴vm=mgR/B2L2由能量守恒定律,重力做功减小重力势能转化为使PQ加速增大动能和热能第78页例3.竖直放置冂形金属框架，宽1m，足够长，一根质量是0.1kg，电阻0.1Ω金属杆可沿框架无摩擦地滑动.框架下部有一垂直框架平面匀强磁场，磁感应强度是0.1T，金属杆MN自磁场边界上方0.8m处由静止释放(如图).求：(1)金属杆刚进入磁场时感应电动势；(2)金属杆刚进入磁场时加速度；(3)金属杆运动最大速度及此时能量转化情况.答：(1)(2)I=E/R=4AF=BIL=0.4Na=(mg-F)/m=6m/s2;(3)F=BIL=B2L2vm/R=mgvm=mgR/B2L2=10m/s,此时金属杆重力势能降低转化为杆电阻释放热量E=BLv=0.4V;NM第79页例4.如图所表示，竖直平行导轨间距l=20cm，导轨顶端接有一电键K。导体棒ab与导轨接触良好且无摩擦，ab电阻R=0.4Ω，质量m=10g，导轨电阻不计，整个装置处于与轨道平面垂直匀强磁场中，磁感强度B=1T。当ab棒由静止释放0.8s后，突然接通电键，不计空气阻力，设导轨足够长。求ab棒最大速度和最终速度大小。（g取10m/s2）Kab第80页解:ab棒由静止开始自由下落0.8s时速度大小为v=gt=8m/s则闭合K瞬间，导体棒中产生感应电流大小I＝Blv/R=4Aab棒受重力mg=0.1N,安培力F=BIL=0.8N.因为F＞mg，ab棒加速度向上，开始做减速运动，产生感应电流和受到安培力逐步减小，当安培力F′=mg时，开始做匀速直线运动。此时满足B2l2vm/R=mg解得最终速度，vm=mgR/B2l2=1m/s。闭合电键时速度最大为8m/s。t=0.8sl=20cmR=0.4Ωm=10gB=1TKabmgF第81页滑轨问题V1≠0V2=0，不受其它水平外力作用。V=0，2杆受到恒定水平外力作用光滑平行导轨光滑平行导轨示意图分析规律B21Fm1=m2r1=r2l1=l2B21vm1=m2r1=r2l1=l2※杆1做变减速运动，杆2做变加速运动，稳定时，两杆加速度为0，以相同速度做匀速运动0vt21开始两杆做变加速运动，稳定时，两杆以相同加速度做匀变速运动21vt0第82页例5.光滑平行导轨上有两根质量均为m，电阻均为R导体棒1、2，给导体棒1以初速度v运动，分析它们运动情况，并求它们最终速度。….21vB对棒1，切割磁感应线产生感应电流I，I又受到磁场作用力FE1IFFv1E1=BLv1I=(E1-E2)/2RF=BILa1=F/m对棒2，在F作用下，做加速运动，产生感应电动势，总电动势减小E2a2=F/mv2E2=BLv2I=(E1-E2)/2RF=BIL21vtBE1E2FFvtI当E1=E2时，I=0，F=0,两棒以共同速度匀速运动，vt=1/2v第83页B1B2ba例7如图示,螺线管匝数n=4，截面积S=0.1m2，管内匀强磁场以B1/t=10T/s逐步增强，螺线管两端分别与两根竖直平面内平行光滑直导轨相接，垂直导轨水平匀强磁场B2=2T，现在导轨上垂直放置一根质量m=0.02kg，长l=0.1m铜棒，回路总电阻为R=5Ω，试求铜棒从静止下落最大速度.(g=10m/s2)解:螺线管产生感生电动势E1=nSB1/t=4V方向如图示mgF1I1=0.8AF1=B2I1L=0.16Nmg=0.2Nmg>F1ab做加速运动,又产生感应电动势E2,（动生电动势）mgF2当到达稳定状态时,F2=mg=0.2NF2=BI2LI2=1AI2=(E1+E2)/R=(4+E2)/5=1AE2=1V=BLvmvm=5m/s第84页例8.倾角为30°斜面上，有一导体框架，宽为1m，不计电阻，垂直斜面匀强磁场磁感应强度为0.2T，置于框架上金属杆ab，质量0.2kg，电阻0.1Ω，如图所表示.不计摩擦，当金属杆ab由静止下滑时，求：(1)当杆速度到达2m/s时，ab两端电压；(2)回路中最大电流和功率.解：30°baBL(1)E=BLv=0.4VI=E/R=4A因为外电阻等于0，所以U=0NFmg(2)到达最大速度时，BImL=mgsin30°Im=mgsin30°/BL=1/0.2=5APm=Im2R=25×0.1=2.5W第85页练习1、如图所表示，矩形线框质量m＝0.016kg，长L＝0.5m，宽d＝0.1m，电阻R＝0.1Ω.从离磁场区域高h1＝5m处自由下落，刚入匀强磁场时,因为磁场力作用，线框恰好作匀速运动.(1)求磁场磁感应强度；(2)假如线框下边经过磁场所经历时间为△t＝0.15s，求磁场区域高度h2.h1h2dL第86页m＝0.016kgd＝0.1mR＝0.1Ωh1＝5mL＝0.5mh1h2dL12解：1---2，自由落体运动在位置2，恰好做匀速运动，mgF∴F=BIL=B2d2v/R=mg32---3匀速运动：t1=L/v=0.05st2=0.1s43---4初速度为v、加速度为g匀加速运动，s=vt2+1/2gt22=1.05m∴h2=L+s=1.55m第87页练习2、如图示:两根平行光滑金属导轨竖直放置在匀强磁场中,磁场方向跟导轨所在平面垂直,金属棒ab两端套在导轨上且能够自由滑动,电源电动势E=3v,电源内阻和金属棒电阻相等,其余电阻不计,当S1接通,S2断开时,金属棒恰好静止不动,现在断开S1,接通S2,求:1.金属棒在运动过程中产生最大感应电动势是多少?2.当金属棒加速度为1/2g时,它产生感应电动势多大?baS1S2解:设磁场方向向外，不可能静止。磁场方向向里,当S1接通,S2断开时静止baEmgFmg=BIL=BEL/2R(1)断开S1,接通S2,稳定时,bamg=BI1L=BE1L/R(2)∴E1=1/2E=1.5V2.mgF2mg-BE2L/R=ma=1/2mgBE2L/R=1/2mg(3)(3)/(2)E2=1/2E1=0.75V第88页例题1：水平面上两根足够长金属导轨平行固定放置，问距为L，一端经过导线与阻值为R电阻连接；导轨上放一质量为m金属杆（见右上图），金属杆与导轨电阻忽略不计；均匀磁场竖直向下.用与导轨平行恒定拉力F作用在金属杆上，杆最终将做匀速运动.当改变拉力大小时，相对应匀速运动速度v也会改变，v与F关系如右下列图.（取重力加速度g=10m/s2）（1）金属杆在匀速运动之前做什么运动？（2）若m=0.5kg,L=0.5m,R=0.5Ω;磁感应强度B为多大？（3）由v-F图线截距可求得什么物理量?其值为多少?FF(N)v(m/s)02468101220161284第89页F(N)v(m/s)02468101220161284F解：（1）变速运动（或变加速运动、加速度减小加速运动，加速运动）。（2）感应电动势感应电流I=E/R（2）安培力由图线可知金属杆受拉力、安培力和阻力作用，匀速时协力为零。由图线能够得到直线斜率k=2，(3)由直线截距能够求得金属杆受到阻力f，f=2(N)若金属杆受到阻力仅为滑动摩擦力，由截距可求得动摩擦因数μ=0.4第90页例题2：如图1所表示，两根足够长直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为θ绝缘斜面上，两导轨间距为L,M、P两点间接有阻值为R电阻。一根质量为m均匀直金属杆ab放在两导轨上，并与导轨垂直。整套装置处于磁感应强度为B匀强磁场中，磁场方向垂直斜面向下，导轨和金属杆电阻可忽略。让ab杆沿导轨由静止开始下滑，导轨和金属杆接触良好，不计它们之间摩擦。（1）由b向a方向看到装置如图2所表示，请在此图中画出ab杆下滑过程中某时刻受力示意图；（2）在加速下滑过程中，当ab杆速度大小为v时，求此时ab杆中电流及其加速度大小；（3）求在下滑过程中，ab杆能够到达速度最大值。θRabBLNMQPθbθB图1图2第91页bθB（1）重力mg，竖直向下支持力N，垂直斜面向上安培力F，沿斜面向上mgNF（2）当ab杆速度为v时，感应电动势E=BLv,此时电路电流ab杆受到安培力依据牛顿运动定律，有（3）当时，ab杆到达最大速度vm第92页例题3．如图所表示，在一均匀磁场中有一U形导线框abcd，线框处于水平面内，磁场与线框平面垂直，R为一电阻，ef为垂直于ab一根导体杆，它可在ab、cd上无摩擦地滑动。杆ef及线框中导线电阻都可不计。开始时，给ef一个向右初速度，则()A．ef将减速向右运动，但不是匀减速B．ef将匀减速向右运动，最终停顿C．ef将匀速向右运动D．ef将往返运动RedcabfA第93页例题4:如图所表示，处于匀强磁场中两根足够长、电阻不计平行金属导轨相距lm，导轨平面与水平面成θ=37°角，下端连接阻值为R电阻．匀强磁场方向与导轨平面垂直．质量为0.2kg、电阻不计金属棒放在两导轨上，棒与导轨垂直并保持良好接触，它们之间动摩擦因数为0.25．(1)求金属棒沿导轨由静止开始下滑时加速度大小;(2)当金属棒下滑速度到达稳定时，电阻R消耗功率为8W，求该速度大小；(3)在上问中，若R＝2Ω,金属棒中电流方向由a到b,求磁感应强度大小与方向．(g=10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8)abRθθ第94页解:(1)金属棒开始下滑初速为零,依据牛顿第二定律mgsinθ－μmgcosθ＝ma①由①式解得a＝10×(0.6－0.25×0.8)m/s2=4m/s2②(2)设金属棒运动到达稳定时，速度为v，所受安培力为F，棒在沿导轨方向受力平衡mgsinθ一μmgcos0一F＝0③此时金属棒克服安培力做功功率等于电路中电阻R消耗电功率Fv＝P④由③、④两式解得(3)设电路中电流为I，两导轨间金属棒长为l，磁场磁感应强度为BI=Blv/R⑥P＝I2R⑦由⑥、⑦两式解得磁场方向垂直导轨平面向上第95页