《电磁感应》PPT课件.pptVIP

第4节电磁感应规律的综合应用 二 1 感应电流在磁场中受到的作用 因此电磁感应问题往往跟学问题联系在一起 解决这类问题需要综合应用电磁感应规律 法拉第电磁感应定律 及力学中的有关规律 牛顿运动定律 动能定理等 分析时要特别注意 速度v达到时的特点 安培力 力 a 0 最大值 一 电磁感应中的动力学问题 2 运动的动态分析 1 电磁感应现象的实质是转化成电能 2 感应电流在磁场中受安培力 外力克服安培力 将转化为 电流做功再将电能转化为 3 电流做功产生的热量用焦耳定律计算 公式为Q 其它形式的能 做功 其它形式的能 电能 其它形式的能 I2Rt 二 电磁感应中的能量问题 例1如图所示 两足够长的光滑金属导轨竖直放置 相距为L 一理想电流表与两导轨相连 匀强磁场与导轨平面垂直 一质量为m 有效电阻为R的导体棒在距磁场上边界h处静止释放 导体棒进入磁场后 流经电流表的电流逐渐减小 最终稳定为I 整个运动过程中 导体棒与导轨接触良好 且始终保持水平 不计导轨的电阻 求 题型一 电磁感应与动力学的综合 1 磁感应强度的大小B 2 电流稳定后 导体棒运动速度的大小v 3 流经电流表电流的最大值Im 思路点拨 以导体棒为研究对象分析受力 匀速运动时导体棒受到重力和安培力作用处于平衡状态 方法与知识感悟 电磁感应中的动力学问题分析1 两种状态处理 1 导体处于平衡态 静止或匀速直线运动状态 处理方法 根据平衡条件合外力等于零列式分析 2 导体处于非平衡态 加速度不为零 处理方法 根据牛顿第二定律进行动态分析或结合功能关系分析 2 电磁感应问题中两大研究对象及其相互制约关系 例2电阻可忽略的光滑平行金属导轨长S 1 15m 两导轨间距L 0 75m 导轨倾角为30 导轨上端ab接一阻值R 1 5 的电阻 磁感应强度B 0 8T的匀强磁场垂直轨道平面向上 阻值r 0 5 质量m 0 2kg的金属棒与轨道垂直且接触良好 从轨道上端ab处由静止开始下滑至底端 在此过程中金属棒产生的焦耳热Qr 0 1J g取10m s2 求 1 金属棒在此过程中克服安培力做的功 2 金属棒下滑速度v 2m s时的加速度a 题型二 电磁感应与能量的综合 方法与知识感悟 电磁感应中的能量转化问题1 电磁感应中的能量转化特点外力克服安培力做功 把机械能或其它能量转化成电能 感应电流通过电路做功又把电能转化成其它形式的能 如内能 这一功能转化途径可表示为 2 电能求解思路主要有三种 1 利用克服安培力做功求解 电磁感应中产生的电能等于克服安培力所做的功 2 利用能量守恒求解 其它形式的能的减少量等于产生的电能 3 利用电路特征来求解 通过电路中所消耗的电能来计算 例3如图所示 一矩形金属框架与水平面成角 37 宽L 0 4m 上 下两端各有一个电阻R0 2 框架的其它部分电阻不计 框架足够长 垂直于金属框架平面的方向有一向上的匀强磁场 磁感应强度B 1 0T ab为金属杆 与框架良好接触 其质量m 0 1kg 电阻r 1 0 杆与框架的动摩擦因数 0 5 杆由静止开始下滑 在速度达到最大的过程中 上端电阻R0产生的热量Q0 0 5J g取10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 求 1 流过R0的最大电流 2 从开始到速度最大的过程中ab杆沿斜面下滑的距离 3 在时间1s内通过ab杆某横截面的最大电荷量 1 有两根与水平方向成 角的光滑平行的金属轨道 上端接有可变电阻R 下端足够长 空间有垂直于轨道平面的匀强磁场 磁感应强度为B 一根质量为m的金属杆从轨道上由静止滑下 经过足够长的时间后 金属杆的速度会趋近于一个最大速度vm 则 如果B增大 vm将变大 如果 变大 vm将变大 如果R变大 vm将变大 如果m变小 vm将变大A B C D B 2 如图所示 竖直放置的两根平行金属导轨之间接有定值电阻R 质量不能忽略的金属棒与两导轨始终保持垂直并良好接触且无摩擦 棒与导轨的电阻均不计 整个装置放在匀强磁场中 磁场方向与导轨平面垂直 棒在竖直向上的恒力F作用下加速上升的一段时间内 力F做的功与安培力做的功的代数和等于 A 棒的机械能增加量B 棒的动能增加量C 棒的重力势能增加量D 电阻R上放出的热量 A 解析 棒加速上升时受到重力 拉力F及安培力 根据机械能守恒的条件可知力F与安培力做的功的代数和等于棒的机械能的增加量 A选项正确 3 2011全国 如图 两根足够长的金属导轨ab cd竖直放置 导轨间距离为L电阻不计 在导轨上端并接两个额定功率均为P 电阻均为R的小灯泡 整个系统置于匀强磁场中 磁感应强度方向与导轨所在平面垂直 现将一质量为m 电阻可以忽略的金属棒MN从图示位置由静止开始释放 金属棒下落过程中保持水平 且与导轨接触良好 已知某时刻后两灯泡保持正常发光 重力加速度为g 求 1 磁感应强度的大小 2 灯泡正常发光时导体棒的运动速率 夯实基础 1 如图所示 光滑的 U 型金属导体框竖直放置 质量为m的金属棒MN与框架接触良好 磁感应强度分别为B1 B2的有界匀强磁场方向相反 但均垂直于框架平面 分别处在abcd和cdef区域 现从图示位置由静止释放金属棒MN 当金属棒进入磁场B1区域后 恰好做匀速运动 以下说法中正确的有 A 若B2 B1 金属棒进入B2区域后将加速下滑B 若B2 B1 金属棒进入B2区域后仍将保持匀速下滑 BCD C 若B2B1 金属棒进入B2区域后可能先减速后匀速下滑 解析 金属棒从B1进入B2后速度不能瞬时变化 由于磁场方向发生了变化 产生的感应电流方向发生了变化 但安培力的方向不变 BD C 恒力F做的功与摩擦力做的功之和等于杆动能的变化量D 恒力F做的功与安培力做的功之和大于杆动能的变化量 3 两根光滑的金属导轨 平行放置在倾角为 的斜面上 导轨的左端接有电阻R 导轨自身的电阻可忽略不计 斜面处在一匀强磁场中 磁场方向垂直于斜面向上 质量为m 电阻可不计的金属棒ab 在沿着斜面与棒垂直的恒力作用下沿导轨匀速上滑 并上升h高度 如图所示 在这个过程中 A 作用于金属棒上的各个力的合力所做的功等于零B 作用于金属棒上的各个力的合力所做的功等于mgh与电阻R上发出的焦耳热之和C 金属棒克服安培力做的功等于电阻R上发出的焦耳热D 恒力F与重力的合力所做的功等于电阻R上发出的焦耳热 ACD 解析 由动能定理可知答案A正确B错误 由安培力做功的特点可知金属棒克服安培力做的功等于电阻R上发出的焦耳热 则C正确 由力的合成可知恒力F 支持力FN与重力的合力大小等于安培力的大小 支持力不做功 则D正确 4 如图所示 闭合线圈abcd从高处自由下落一段时间后垂直于磁场方向进入一有界磁场 从ab边刚进入磁场到cd边刚进入磁场的这段时间内 下列说法正确的是 A a端的电势高于b端B ab边所受安培力方向为水平向左C 线圈可能一直做匀速运动D 线圈可能一直做匀加速直线运动 C 5 如图所示 空间某区域中有一匀强磁场 磁感应强度方向水平 且垂直于纸面向里 磁场上边界b和下边界d水平 在竖直面内有一矩形金属线圈 线圈上下边的距离很短 下边水平 线圈从水平面a开始下落 已知磁场上下边界之间的距离大于水平面a b之间的距离 若线圈下边刚通过水平面b c 位于磁场中 和d时 线圈所受到的磁场力的大小分别为Fb Fc和Fd 则 A Fd Fc FbB FcFd FbD Fc Fb Fd D 能力提升 解析 由产生感应电流的条件 闭合回路内磁通量发生变化可知 在b d处有电流 在c处无电流 由于vb vd 根据法拉第电磁感应定律可知 b处的电流小于d处的电流 故Fb Fd D 解析 从能量守恒的角度可知 A B C选项错误 有磁场时导体受到的安培力沿斜面向下 当速度为零时 所受安培力为零 D选项正确 7 如图所示 水平地面上方矩形区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场 两个边长相等的单匝闭合正方形线圈 和 分别用相同材料 不同粗细的导线绕制 为细导线 两线圈在距磁场上界面h高处由静止开始自由下落 再进入磁场 最后落到地面 运动过程中 线圈平面始终保持在竖直平面内且下边缘平行于磁场上边界 设线圈 落地时的速度大小分别为v1 v2 在磁场中运动时产生的热量分别为Q1 Q2 不计空气阻力 则 A v1Q2D v1 v2 Q1 Q2 D 8 如图所示 竖直面内的虚线上方是一匀强磁场B 从虚线下方竖直上抛一正方形线圈 线圈越过虚线进入磁场 最后又落回原处 运动过程中线圈平面保持在竖直面内 不计空气阻力 则 A 上升过程克服磁场力做的功大于下降过程克服磁场力做的功B 上升过程克服磁场力做的功等于下降过程克服磁场力做的功C 上升过程克服重力做功的平均功率大于下降过程中重力的平均功率D 上升过程克服重力做功的平均功率等于下降过程中重力的平均功率 AC 解析 线圈上升过程中 加速度增大且在减速 下降过程中运动情况比较复杂 有加速 减速或匀速等 把上升过程看做反向的加速 可以比较在运动到同一位置时 线圈速度都比下降过程中相应的速度要大 可以得到结论 上升过程中克服安培力做功多 上升过程时间短 故正确选项为A C A 10 如图所示 MN PQ为相距L 0 2m的光滑平行导轨 导轨平面与水平面夹角为 30 导轨处于磁感应强度为B 1T 方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场中 在两导轨的M P两端接有R 2 的定值电阻 回路其余电阻不计 一质量为m 0 2kg的导体棒垂直导轨放置且与导轨接触良好 今平行于导轨对导体棒施加一作用力F 使导体棒从ab位置由静止开始沿导轨向下匀加速滑到底端 滑动过程中导体棒始终垂直于导轨 加速度大小为a 4m s2 经时间t 1s滑到cd位置 从ab到cd过程中电阻发热为Q 0 1J g取10m s2 求 1 到达cd位置时 对导体棒施加的作用力 2 导体棒从ab滑到cd过程中作用力F所做的功 11 如图所示 两条平行的光滑金属导轨固定在倾角为 的绝缘斜面上 导轨上端连接一个定值电阻 导体棒a和b放在导轨上 与导轨垂直并良好接触 斜面上水平虚线PQ以下区域内 存在着垂直穿过斜面向上的匀强磁场 现对a棒施以平行导轨斜向上的拉力 使它沿导轨匀速向上运动 此时放在导轨下端的b棒恰好静止 当a棒运动到磁场上边界PQ处时 撤去拉力 a棒将继续沿导轨向上运动一小段距离后再向下滑动 此时b棒已滑离导轨 当a棒再次滑回到磁场上边界PQ处时 又恰能沿导轨匀速向下运动 已知a棒 b棒和定值电阻的阻值均为R b棒的质量为m 重力加速度为g 导轨电阻不计 求 1 a棒在磁场中沿导轨向上运动的过程中 a棒中的电流强度Ia与定值电阻R中的电流强度IR之比 2 a棒质量ma 12 如图甲所示 光滑绝缘水平面上 磁感应强度B 2T的匀强磁场以虚线MN为左边界 MN的左侧有一质量m 0 1kg bc边长L1 0 2m 电阻R 2 的矩形线圈abcd t 0时 用一恒定拉力F拉线圈 使其由静止开始向右做匀加速运动 经过时间1s 线圈的bc边到达磁场边界MN 此时立即将拉力F改为变力 又经过1s 线圈恰好完全进入磁场 整个运动过程中 线圈中感应电流i随时间t变化的图象如图乙所示 1 求线圈bc边刚进入磁场时的速度v1和线圈在第1s内运动的距离x 2 写出第2s内变力F随时间t变化的关系式 3 求出线圈ab边的长度L2 13 如图所示 间距l 0 3m的平行金属导轨a1b1c1和a2b2c2分别固定在两个竖直面内 在水平面a1b1b2a2区域内和倾角 37 的斜面c1b1b2c2区域内分别有磁感应强度B1 0 4T 方向竖直向上和B2 1T 方向垂直于斜面向上的匀强磁场 电阻R