电磁感应定律的综合应用》课件边秀.ppt

电电磁感应应定律的综综合应应用 电电磁感应应与力学问题问题 的综综合，其联联系的桥桥梁是磁场对场对 感应电应电 流的 在电电磁感应现应现 象中，切割磁感线线的导导体或磁通量发发生 变变化的回路产产生感应电动势应电动势 ，该导该导 体或回路相当于，其 余部分相当于 无论论是使闭闭合回路的磁通量发发生变变化，还还是使闭闭合回 路的部分导导体切割磁感线线，都要消耗其他形式的能量，转转化 为为回路中的 这这个过过程不仅仅体现现了能量的转转化，而且转转 化过过程中能量 安培力 电源 外电路 电能 守恒 (即时时巩固解析为为教师师用书书独有) 考点一 电电磁感应应中的电电路问题问题 1求解电电磁感应应中电电路问题问题 的关键键 求解电电磁感应应中电电路问题问题 的关键键是分析清楚内电电路和 外电电路“切割”磁感线线的导导体和磁通量变变化的线线圈都相当 于“电电源”，该该部分导导体的电电阻相当于内电电阻，而其余部分 的电电路则则是外电电路 (2)电电源内电电路的电压电压 降：UrIr，r是发发生电电磁感应应 现现象的导导体上的电电阻(解题题中常常涉及r的稳稳定性) (3)电电源的路端电压电压 U：UIREUrEIr(R是外 电电路的电电阻) 3解决此类问题类问题 的基本步骤骤 (1)用法拉第电电磁感应应定律计计算感应电动势应电动势 的大小，用 楞次定律或右手定则则确定感应电动势应电动势 方向 (2)画等效电电路：感应电应电 流的方向是电电源内部电电流的方 向 (3)运用闭闭合电电路欧姆定律，结结合串、并联电联电 路规规律以 及电电功率计计算公式等各关系式联联立求解 【技巧提示】 某电电阻两端的电压电压 、路端电压电压 和电动电动 势势三者的区别别： (1)某段导导体作为为外电电路时时，它两端的电压电压 就是电电流与 其电电阻的乘积积 (2)某段导导体作为电为电 源时时，它两端的电压电压 就是路端电压电压 ，等于电电流与外电电阻的乘积积，或等于电动势电动势 减去内压压当 其电电阻不计时计时 ，路端电压电压 等于电电源电动势电动势 (3)某段导导体作为电为电 源，断路时电压时电压 等于电动势电动势 【案例1】 (2010福建理综综)如图图所示，两条平行的光 滑金属导轨导轨 固定在倾倾角为为的绝缘绝缘 斜面上，导轨导轨 上端连连接 一个定值电值电 阻导导体棒a和b放在导轨导轨 上，与导轨导轨 垂直并良 好接触斜面上水平虚线线PQ以下区域内，存在着垂直穿过过 斜面向上的匀强磁场场现对现对 a棒施以平行导轨导轨 斜向上的拉力 ，使它沿导轨导轨 匀速向上运动动，此时时放在导轨导轨 下端的b棒恰好 静止当a棒运动动到磁场场的上边边界PQ处时处时 ，撤去拉力，a棒 将继续继续 沿导轨导轨 向上运动动一小段距离后再向下滑动动，此时时b棒 已滑离导轨导轨 当a棒再次滑回到磁场场上边边界PQ处时处时 ，又恰 能沿导轨导轨 匀速向下运动动已知a棒、b棒和定值电值电 阻的阻值值 均为为R，b棒的质质量为为m，重力加速度为为g，导轨电导轨电 阻不计计 求： (1)a棒在磁场场中沿导轨导轨 向上运动动的过过程中，a棒中的电电 流强度Ia与定值电值电 阻R中的电电流强度IR之比； (2)a棒质质量ma； (3)a棒在磁场场中沿导轨导轨 向上运动时动时 所受的拉力F. 【解析】 (1)a棒沿导轨导轨 向上运动时动时 ，a棒、b棒及电电 阻R中的电电流分别为别为 Ia、Ib、IR，有 IRRIbRb， IaIRIb， (2)由于a棒在PQ上方滑动过动过 程中机械能守恒，因而a棒 在磁场场中向上滑动动的速度大小v1与在磁场场中向下滑动动的速度 大小v2相等，即v1v2v. 设设磁场场的磁感应应强度为为B，导导体棒长为长为 L.a棒在磁场场中 运动时产动时产 生的感应电动势为应电动势为 EBLv， 【即时时巩固1】 (2008广东东高考)如图图(a)所示，水平放 置的两根平行金属导轨导轨 ，间间距L0.3 m，导轨导轨 左端连连接R 0.6 的电电阻，区域abcd内存在垂直于导轨导轨 平面B0.6 T的匀 强磁场场，磁场场区域宽宽D0.2 m，细细金属棒A1和A2用长为长为 2D 0.4 m的轻质绝缘轻质绝缘 杆连连接，放置在导轨导轨 平面上，并与导轨导轨 垂直，每根金属棒在导轨间导轨间 的电电阻均为为r0.3 ，导轨电导轨电 阻不计计使金属棒以恒定速度v1.0 m/s沿导轨导轨 向右穿越磁 场场，计计算从金属棒A1进进入磁场场(t0)到A2离开磁场场的时间时间 内 ，不同时间时间 段通过电过电 阻R的电电流强度，并在图图(b)中画出 在t1t2(0.20.4 s)内：E0，I20. 在t2t3(0.40.6 s)内，同理：I30.12 A. t3t4(0.60.8 s)内： E0，I40. 不同时间时间 段通过电过电 阻R的电电流强度在图图中是4段水平线线 【答案】 见解析 考点二 电电磁感应应与力学综综合问题问题 中运动动的动态结动态结 构 和能量转转化特点 1运动动的动态结动态结 构 2能量转转化特点 3安培力在不同情况下的作用 (1)若磁场场不动动，导导体做切割磁感线线的运动动，导导体所受 安培力与导导体运动动方向相反，此即电电磁阻尼在这这种情况 下，安培力对导对导 体做负负功，即导导体克服安培力做功，将机 械能转转化为电为电 能，进进而转转化为为焦耳热热 (2)若导导体开始时时静止，磁场场(磁体)运动动，由于导导体相 对对磁场场向相反方向做切割磁感线线运动动而产产生感应电应电 流，进进 而受到安培力作用，这时这时 安培力成为导为导 体运动动的动动力，此 即电电磁驱动驱动 在这这种情况下，安培力做正功，电电能转转化为为 导导体的机械能 【技巧提示】 在利用能量的转转化和守恒解决电电磁感 应应中的问题时问题时 ，要分析安培力的做功情况，即安培力在导导 体运动过动过 程中是做正功还还是做负负功另外，参与能量转转化 的能量形式要考虑虑周全，哪些能量增加哪些能量减少也要考 虑虑准确 4电电磁感应综应综 合问题问题 中的两个研究对对象及其相互制 约约关系 【技巧提示】 电电磁感应应中切割磁感线线的导导体要运动动 ，产产生的感应电应电 流又要受到安培力的作用在安培力作用下 ，导导体的运动动状态发态发 生变变化，这这就可能需要应应用牛顿顿运动动 定律电电磁感应应的过过程也是能量相互转转化的过过程所以， 在分析解决电电磁感应问题时应问题时 ，经经常要用到动动能定理、能量 守恒定律 【案例2】 (2010上海高考)如图图，宽宽度L0.5 m的光 滑金属框架MNPQ固定于水平面内，并处处在磁感应应强度大小 B0.4 T，方向竖竖直向下的匀强磁场场中，框架的电电阻非均匀 分布将质质量m0.1 kg，电电阻可忽略的金属棒ab放置在框 架上，并与框架接触良好以P为为坐标标原点，PQ方向为为x轴轴 正方向建立坐标标金属棒从x01 m处处以v02 m/s的初速度 ，沿x轴负轴负 方向做a2 m/s2的匀减速直线线运动动，运动动中金属 棒仅仅受安培力作用求： (1)金属棒ab运动动0.5 m，框架产产生的焦耳热热Q； (2)框架中aNPb部分的电电阻R随金属棒ab的位置x变变化的 函数关系； 【解析】 (1)金属棒仅仅受安培力作用，其大小 Fma0.12 N0.2 N. 金属棒运动动0.5 m，框架中产产生的焦耳热热等于克服安培 力做的功， 所以QFx0.20.5 J0.1 J. (2)金属棒所受安培力为为 【技巧点拨拨】 解答此类题类题 目要抓住各个物理过过程中 的功能转转化关系，特别别是每个力做功对应对应 着什么样样的能量 转转化，如重力做功是线线框动动能和重力势势能间间的转转化，空气 阻力做功是机械能向内能转转化，安培力做负负功是将机械能转转 化为电为电 能进进而转转化为为焦耳热热，安培力做正功是电电能转转化为为 机械能，然后由能量守恒定律(或动动能定理)列式解答 【即时时巩固2】 (2010天津理综综)如图图所示，质质量m1 0.1 kg，电电阻R10.3 ，长长度l0.4 m的导导体棒ab横放在U 形金属框架上框架质质量m20.2 kg，放在绝缘绝缘 水平面上， 与水平面间间的动动摩擦因数0.2.相距0.4 m的MM、NN相互 平行，电电阻不计计且足够长够长 电电阻R20.1 的MN垂直于 MM.整个装置处处于竖竖直向上的匀强磁场场中，磁感应应强度B 0.5 T垂直于ab施加F2 N的水平恒力，ab从静止开始无摩 擦地运动动，始终终与MM、NN保持良好接触当ab运动动到某 处时处时 ，框架开始运动动设设框架与水平面间间最大静摩擦力等 于滑动动摩擦力，取g10 m/s2. (1)求框架开始运动时动时 ab速度v的大小； (2)从ab开始运动动到框架开始运动动的过过程中，MN上产产 生的热热量Q0.1 J，求该过该过 程ab位移x的大小 【解析】 (1)ab对对框架的压压力 F1m1g， 框架受水平面的支持力 FNm2gF1， 依题题意，最大静摩擦力等于滑动动摩擦力，则则框架受到 最大静摩擦力 F2FN， ab中的感应电动势应电动势 EBlv， MN中电电流 MN受到的安培力 F安IlB， 框架开始运动时动时 F安F2， 由上述各式代入数据解得 v6 m/s. 【答案】 (1)6 m/s (2)1.1 m 考点三 电电磁感应应中的图图象问题问题 这这些图图象问题问题 大体可分为为两类类：由给给出的电电磁感应应 过过程选选出或画出正确的图图象；由给给定的有关图图象分析电电 磁感应过应过 程，求解相应应物理量不管是哪种类类型，电电磁感 应应中的图图象问题问题 常利用右手定则则、楞次定律和法拉第电电磁 感应应定律等规规律分析解决 电电磁感应现应现 象中图图象问题问题 分析的关键键是：抓住磁通量 的变变化是否均匀，从而推知感应电动势应电动势 (电电流)是否大小恒定 ；用楞次定律判断出感应电动势应电动势 (或电电流)的方向，从而确定 其正负负以及在坐标标中的范围围 解决此类问题类问题 的一般步骤骤： (1)明确图图象的种类类，看是B t图还图还 是 t图图，或是E t图图 、I t图图等 (2)分析电电磁感应现应现 象的具体过过程 (3)结结合法拉第电电磁感应应定律、欧姆定律、牛顿顿运动动定 律等规规律写出函数方程 (4)根据函数方程，进进行数学分析，如分析斜率的变变化 、截距等 (5)画图图象或判断图图象 【案例3】 (2010上海高考)如右图图，一有界区域内， 存在着磁感应应强度大小均为为B，方向分别别垂直于光滑水平桌 面向下和向上的匀强磁场场，磁场宽场宽 度均为为L.边长为边长为 L的正方 形线线框abcd的bc边紧边紧 靠磁场边缘场边缘 置于桌面上使线线框从静 止开始沿x轴轴正方向匀加速通过过磁场场区域，若以逆时针时针 方向 为电为电 流的正方向，能反映线线框中感应电应电 流变变化规规律的是图图 ( ) 【答案】 A、C 【即时时巩固3】 (2009辽辽宁、宁夏理综综)如图图所示，一 导导体圆环圆环 位于纸纸面内，O为圆为圆