电磁感应四大专题课件.ppt

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1、电磁感应规律综合应用的常见题型,2、电磁感应中的力学问题,1、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,1、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的电流大小和方向？,利用楞次定律判断方向,利用闭合电路欧姆定律求电流,一、电磁感应中的电路问题,R,I,画等效电路图,2、如图所示，虚线方框内是匀强磁场，横倒“日”字形的线框中3条竖直边电阻均为r(横边电阻不计）长均为L，以速度v沿水平方向向磁场运动，设第一条边进入磁场时，ab两端的电势差为U1，第二条边进入磁场时，ab

2、两端的电势差为U2，则：A U1=BLV B U2=BLVC U1=BLV/3 D U2=2BLV/3,一、电磁感应中的电路问题,a,b,3、如图所示，EF、GH为平行的金属导轨，其电阻可不计，R为电阻，C为电容器，AB为可在EF和GH上滑动的导体横杆。有均匀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ABA 匀速运动时，I1=0，I2=0B 匀速运动时，I10，I2 0C 加速滑动时，I1=0，I2=0 D 加速滑动时，I10，I2 0,一、电磁感应中的电路问题,E,F,G,H,R,C,I1,I2,A,B,5、用金属导体线制成一矩形框架abcd，其中ab=cd=2

3、ad=2bc=L=2m，框架放在水平面上，一磁感应强度为B=1T的匀强磁场垂直于框架平面竖直向下，用同样的金属导线MN垂直于ab和cd，从ad处开始以V=0.5m/s的速度匀速向右运动，如图所示，已知该金属导线每米为0.1，求在MN从ad向bc运动的过程中：（1）MN两点之间最大电势差Umax;（2）MN运动过程中消耗的最大电功率Pmax。,一、电磁感应中的电路问题,a,d,等效电路图,b,M,N,v,c,a,d,b,M,N,v,c,4、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

4、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。,一、电磁感应中的电路问题,利用E=BLV求电动势，右手定则判断方向,分析电路画等效电路图,N,利用UMN=IR外求路端电压利用P=IE求总功率,I,解题步骤：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。,一、电磁感应中的电路问题,例1 如图所示，两根相距为L的竖直平行金属导轨位于磁感应强度为B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场中，导轨电阻不计，另外两根与上述光滑导轨保持良好接触的金属杆ab、cd

5、质量均为m，电阻均为R。若要使cd静止不动，则ab杆应以多大的速度向哪个方向运动？此时ab杆上所受外力大小是多少？,二、电磁感应中的力学问题,a,b,c,d,d,c,a,b,mg,F安,mg,F外,F安,F安=BIL=B2L2V/2R=mg,F外=2mg,V=2Rmg/B2L2,例2、已知：AB、CD足够长，L，B，R。金属棒ab垂直于导轨放置，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,二、电磁感应中的力学问题,二、电磁感应中的力学综合问题,R,P,M,b,a,N,Q,B,mg,F安,N,f,图形平面化,受力分析,运动分析:,m

6、gsin-umgcos-F安=ma,加速度越来越小的加速运动,A=0时速度达到最大做匀速运动,其中：F安=B2L2V/R,例1、已知：AB、CD足够长，L，B，R。金属棒ab垂直于导轨放置，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,速度最大时做匀速运动,受力分析，列动力学方程,二、电磁感应中的力学问题,解题步骤：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、全电路欧姆定律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。,二、电磁感应中的力学问题,例1、水平面光滑，金属环r

7、=10cm、R=1、m=1kg，V0=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）此时圆环中电流的瞬时功率；（2）此时圆环运动的加速度。,三、电磁感应中的能量问题,问题1：圆环水平方向受到什么力作用？,问题2：这个力做正功还是负功？,问题3：圆环的动能将如何变化？,问题4：动能减少转化成什么能？,问题5：电能又转化成什么能？,安培力,负功,减少,电能,内能,解：,（1）由动能定律有：,V0,V,mV2/2-mV02/2=-W安,而：W安=Q,即：V=6m/s,圆环进入一半时所受安培力：F安=B2L2V/R,

8、则此时瞬时功率：P=FV=B2(2r)2V2/R=36W,（2）由牛顿第二定律：,F合=F安=ma,即：a=6m/s2,F安,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，其他形式的能量转化为电能。,具有感应电流的导体在磁场中受安培力作用,通过电阻发热，又可使电能转化为其他形式的能，因此电磁感应过程总是伴随着能量的转化。,三、电磁感应中的能量转化,其他形式的能量,安培力做功,电能,转化,纯电阻电路中,内能,W安=W电=Q,转化,2、如图所示,长L1宽L2的矩形线圈电阻为R,处于磁场为B的匀强磁场边缘,线圈与磁感线垂直.将线圈以向右的速度V匀速拉出磁场的过程中,求:(1)拉力F的大小;(2

9、)拉力的功率P;(3)拉力做的功W(4)线圈中产生的电热;(5)通过线圈某横截面的电荷量q.,三、电磁感应中的能量问题,L2,L1,V,等效电路,R,解析,(1),I=E/R,F=F安=B2L22V/R,F安=BIL,(2),P=FV=B2L22V2/R,(3),WF=FL1=B2L22VL1/R,(4),Q=I2Rt=B2L22VL1/R,=WF,(5),q=/R=BL1L2/R,=W安,E=BL2V,法拉第定律求电动势：,欧姆定律求电流：,而安培力：,则由力平衡有：,拉力的功：,拉力的功率：,焦耳定律求热量：,由电磁感应的电荷量公式,2、=30，L=1m，B=1T，导轨光滑电阻不计，F功率

10、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时间。,三、电磁感应中的能量问题,图形平面化,mg,N,F安,F,法二：从能量的角度看：,式中：F为变力，且,F=P/V,（2）法一：动能定理列式：,mV2/2 0=,F安=B2L2V/R,WF mgh w安,式中：W安=Q,WF=Pt,3、一个质量为m，直径为d，电阻为R的金属圆环，在范围足够大的磁场中竖直向下落，磁场的分布情况如图所示，已知磁感应强度竖直方向分量By的大小只随高度y

11、变化，其随高度y变化关系为By=B0（1+ky),其中沿圆环轴线的磁场方向始终保持水平，速度越来越大，最终稳定为某一数值，称为收尾速度，求：（1）圆环中感应电流方向；（2）圆环收尾速度的大小。,三、电磁感应中的能量问题,y,B,例1：若规定磁感应强度B向里为正方向，线圈中感应电流i顺时针时为正方向（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,四、电磁感应中的图象问题,例2：匀强磁场的磁感应强度为B=0.2T，磁场宽度L=3m，一正方形金属框边长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

12、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。(以顺时针方向电流为正)(2)画出ab两端电压的U-t图线,四、电磁感应中的图象问题,I=BdV/4R=2.5A,由法拉第电磁感应定律及欧姆定律有：,进磁场过程中：,Uab=IRab=0.5V,由欧姆定律和匀速运动可知：,t1=d/V=0.1s,在磁场内：,Uab=E=BdV=2V,t2=L-d/V=0.2s,出磁场过程中：,Uab=E-Ir=1.5V,t3=d/V=0.1s,例3：如图(甲）中，A是一边长为L的正方形导线框，电阻为R。今维持A以恒定的速度v沿x轴运动，穿过如图所示的匀强磁场的

13、有界区域。若沿x轴的正方向为力的正方向，框在图示位置的时刻作为计时起点，则磁场对线框的作用力F随时间t的变化图线为图（乙）中的（）,B,x,四、电磁感应中的图象问题,例4：如图所示，半径为R的闭合金属环处于垂直于环的匀强磁场中，现用平行环面的拉力F，欲将金属环从磁场的边界匀速拉出，则拉力F随金属环的位置的变化如下图中的(),R,A,B,C,D,D,例5、如图所示竖直放置的螺线管和导线abcd构成回路，螺线管下方水平桌面上有一导体环。当导线abcd所围区域内的磁场按下列哪一图示方式变化时，导体环将受到向上的磁场力作用？,B,A,四、电磁感应中的图象问题,1、常见的图象有：B-t-t E-t U-

14、t I-t F-t E-x U-x I-x F-x 等图象,(1)确定方向（如规定电流顺时针为正或力F向右为正等）,(2)计算大小（由欧姆定律、法拉第定律等求得）,（4）需注意的问题：各物理量如何变化（如均匀变化或恒定等）,四、电磁感应中的图象问题,(3)明确x轴、Y轴数量对应关系（如x轴为时间且0-1s内，y轴为电流大小0.2A且恒定等）,2、解题思路,练习：如图所示，两根相距为L的足够长的金属直角导轨如图放置，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的金属杆ab、cd与导轨垂直接触形成闭合电路，杆与导轨之间的动摩擦因素均为，导轨电阻不计，回路总电阻为2R，整个装置处于磁感

15、应强度为B、方向竖直向上的匀强磁场中，当ab杆在平行于水平导轨的拉力F作用下以速度V1沿导轨匀速运动时，cd 杆也正好以速度V2向下匀速运动，重力加速度为g，以下说法正确的是A ab杆所受的拉力大小为 mg+B2L2V1/2RB 杆cd所受摩擦力为零C 回路中的电流强度为：BL（V1+V2）/2RD 与V1大小的关系为=2Rmg/B2L2V1,电磁感应中的力电综合,a,b,d,c,F,L,B,f,a,b,d,c,F,L,B,ab杆受力分析：,mg,Nab,F安,F,cd杆受力分析：,mg,F安,Ncd,f,对ab由力平衡可知：,由电磁感应得：,I=BLV1/2R,F=f+F安=mg+B2L2V1/2R,C错,A对,由cd受力分析可知,D对,对cd由力平衡可知：,f=mg=BIL=2Rmg/B2L2V1,B错,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,右手定则,电磁感应中的力电综合,