高三理化生感应电动势电路分析与计算PPT课件

1、例1 （2009广东单科，18，15分）如图所示，一个电阻值为R ，匝数为n的圆形金属线圈与阻值为2R的电阻R1连结成闭合回路。线圈的半径为r1 . 在线圈中半径为r2的圆形区域内存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场，磁感应强度B随时间t变化的关系图线如图所示。图线与横、纵轴的截距分别为t0和B0。导线的电阻不计。求0至t1时间内：通过电阻R1上的电流大小和方向；通过电阻R1上的电量q及电阻R1上产生的热量。第1页/共32页方法应用二、匀速切割感应电动势的电路分析与计算. . 这类问题中应当把产生感应电动势的部分导体看成电源，其余通路则为外电路，根据电路结构进行分析计算. .注意BLVBLV三量必

2、须两两垂直。不垂直则应进行垂直投影分析，求有效值。第2页/共32页【例2 2】如图4-94-9所示，光滑的平行导轨P P、Q Q相距l=1ml=1m，处在同一水平面中，导轨左端接有如图所示的电路，其中水平放置的平行板电容器C C两极板间距离d=10mmd=10mm，定值电阻R R1 1=R=R3 3=8=8，R R2 2=2=2，导轨电阻不计. .磁感应强度B=0.4T的匀强磁场竖直向下穿过导轨面.当金属棒ab沿导轨向右匀速运动(开关S断开)时，电容器两极板之间质量m=110-14kg、带电量Q=-110-15C的微粒恰好静止不动；当S闭合时，微粒以加速度a=7m/s2向下做匀加速运动，取g=

3、10m/s2，求： (1)金属棒ab运动的速度多大?电阻多大? (2)S闭合后，使金属棒ab做匀速运动的外力的功率多大?第3页/共32页方法应用三、变速切割感应电动势的电路分析与计算. . 这类问题中应当分析切割导体的运动分几个阶段。重点要明确达到稳定切割时的条件。一般为最后受力平衡匀速切割或受力恒定匀加速切割。确定速度规律即可求感应电动势，分析电路。第4页/共32页 例3：如图所示，两根完全相同的“V”字形导轨OPQ与KMN倒放在绝缘水平面上，两导轨都在竖直平面内且正对、平行放置，其间距为L，电阻不计。两条导轨足够长，所形成的两个斜面与水平面的夹角都是两个金属棒ab和ab的质量都是m，电 阻

4、都是R，与导轨垂直放置且接触良好空间有竖直向下的匀强磁场，磁感应强度为 B (1)如果两条导轨皆光滑，让ab固定不动，将ab释放，则ab达到的最大速度是多少? (2)如果将ab与ab同时释放，它们所能达到的最大速度分别是多少?第5页/共32页方法应用四、绕轴切割的感应电动势的电路分析与计算. . 遇到这类问题应注意公式所求的是平均电动势。分析时应若用磁通量的变化率则应假设一段时间对情境进行分析。用E=BLv来求解则应算出平均有效切割速度。确定平均感应电动势，根据电路结构可求解相关问题。第6页/共32页方法应用五、双导轨切割问题分析. . 这类问题中最后稳定状态一般为受力恒定匀加速切割。确定速度

5、规律即可求感应电动势，分析电路。第7页/共32页 是法拉第做成的世界上第一台发电机模型的原理图，将铜盘放在磁场中，让磁感线垂直穿过铜盘，图中a、b导线与铜盘的中轴线在同一竖直平面内，转动铜盘，就可以使闭合电路获得电流若图中铜盘半径为L，匀强磁场的磁感应强度为B，回路总电阻为R，其中灯泡阻值为R/2，铜盘阻值为R2，从上往下看逆时针匀速转动铜盘的角速度为则下列说法正确的是( )A回路中有大小和方向作周期性变化的电流B回路中电流大小恒定，且等于 C 回路中电流方向不变，且从b导线流进灯泡，再从a导线流向旋转的铜盘D若将匀强磁场改为仍然垂直穿过铜盘的正弦变化的磁场，不转动铜盘，灯泡中也会有电流流过E

6、 ab两点电压大小为abB22BLRBL2第8页/共32页abcd为静置于水平面上的宽度为L而长度足够长的U型金属滑轨，bc边接有电阻R,其它部分电阻不计ef为一可在滑轨平面上滑动、质量为m的均匀金属棒 一均匀磁场B垂直滑轨面。金属棒以一水平细绳跨过定滑轮，连接一质量为M的重物今重物M自静止开始下落，假定滑轮无质量，且金属棒在运动中均保持与bc边平行忽略所有摩擦力， (1)求金属棒作匀速运动时的速率v（忽略bc边对金属棒的作用力）。（2）若达到匀速用时为t，则流经金属棒的电量是否为(3)若重物从静止开始至匀速运动之后的某一时刻下落的总高度为h，求这一过程中电阻R上产生的热量QRBlMgRt第9

7、页/共32页 如图所示，MN和PQ为平行的水平放置的光滑金属导轨，导轨电阻不计，ab、cd为两根质量均为m的导体棒垂直于导轨，导体棒有一定电阻，整个装置处于竖直向下的匀强磁场中，原来两导体棒都静止当ab棒受到瞬时冲量而向右以速度v0运动后，（设导轨足够长，磁场范围足够大，两棒不相碰） Acd棒先向右做加速运动，然后做减速运动Bcd棒向右做匀加速运动Cab棒和cd棒最终将以v0的速度匀速向右运动D从开始到ab、cd都做匀速运动为止，在两棒的电阻上消耗的电能为420mv第10页/共32页方法应用三、变速切割感应电动势的电路分析与计算. . 这类问题中应当分析切割导体的运动分几个阶段。重点要明确达到

8、稳定切割时的条件。一般为最后受力平衡匀速切割或受力恒定匀加速切割。确定速度规律即可求感应电动势，分析电路。第11页/共32页感悟渗透应用【例8 8】如图4-94-9所示，光滑的平行导轨P P、Q Q相距l=1ml=1m，处在同一水平面中，导轨左端接有如图所示的电路，其中水平放置的平行板电容器C C两极板间距离d=10mmd=10mm，定值电阻R R1 1=R=R3 3=8=8，R R2 2=2=2，导轨电阻不计. .图4-94-9第12页/共32页感悟渗透应用磁感应强度B=0.4TB=0.4T的匀强磁场竖直向下穿过导轨面. .当金属棒abab沿导轨向右匀速运动( (开关S S断开) )时，电容

9、器两极板之间质量m=1m=11010-14-14kgkg、带电量Q=-1Q=-11010-15-15C C的微粒恰好静止不动；当S S闭合时，微粒以加速度a=7m/sa=7m/s2 2向下做匀加速运动，取g=10m/sg=10m/s2 2，求： (1)(1)金属棒abab运动的速度多大? ?电阻多大? ? (2)S (2)S闭合后，使金属棒abab做匀速运动的外力的功率多大? ?第13页/共32页感悟渗透应用【解析】(1)(1)带电微粒在电容器两极板间静止时，受向上的电场力和向下的重力作用而平衡，则得到:mg=:mg= 求得电容器两极板间的电压 由于微粒带负电，可知上极板电势高. . 由于S

10、S断开，R R1 1上无电流，R R2 2、R R3 3串联部分两端总电压等于U U1 1，电路中的感应电流，即通过R R2 2、R R3 3的电流为: :dUq1VVqmgdU11001. 0101015141AARRUI1 . 02813211第14页/共32页感悟渗透应用 由闭合电路欧姆定律，ab切割磁感线运动产生的感应电动势为E=U1+Ir 其中r为ab金属棒的电阻 当闭合S后，带电微粒向下做匀加速运动，根据牛顿第二定律，有:mg-U2q/d=ma求得S闭合后电容器两极板间的电压:VVqdagmU3 . 01001. 0)710(10)(15142第15页/共32页感悟渗透应用这时电路

11、中的感应电流为 I2=U2/R2=0.3/2A=0.15A根据闭合电路欧姆定律有 将已知量代入求得E=1.2V，r=2 又因E=Blvv=E/(Bl)=1.2/(0.41)m/s=3m/s 即金属棒ab做匀速运动的速度为3m/s，电阻r=2 )(231312rRRRRRIE第16页/共32页感悟渗透应用 (2)S闭合后，通过ab的电流I2=0.15A，ab所受安培力F2=BI2l=0.410.15N=0.06Nab以速度v=3m/s做匀速运动时，所受外力必与安培力F2大小相等、方向相反，即F=0.06N，方向向右(与v同向)，可见外力F的功率为: P=Fv=0.063W=0.18W第17页/共

12、32页感悟渗透应用四、交变电流和变压器电路 电磁感应产生交变电动势，问题的讨论便如同交流电路，要注意最大值、有效值、平均值的概念，电流的功率和热量的计算用有效值，电量的计算用平均值，要记住交变电动势最大值Em=NBS.解题思路与处理纯电阻直流电路相似. 变压器原线圈和与之相串联的负载作为外电路接在交变电源上，副线圈作为输出端电源，与副线圈相接的负载作为外电路，原副线圈各自的闭合回路同样符合闭合电路的有关规律，原副线圈之间通过电磁互感满足U1/U2=n1/n2，P入=P出两个基本公式.第18页/共32页感悟渗透应用【例9】如图4-10所示，一半径为r的半圆形线圈，以直径ab为轴匀速转动，转速为n

13、，ab的左侧有垂直纸面向里的、磁感应强度为B的匀强磁场M、N是两个集流环，负载电阻为R，线圈、电流表和导线的电阻不计.图4-10第19页/共32页感悟渗透应用试求： (1)由图示位置起经过1/4转时间内负载电阻上产生的热量； (2)由图示位置起经过1/4转时间内通过负载电阻R的电量； (3)电流表示数.第20页/共32页感悟渗透应用【解析】线圈由图示位置开始绕轴匀速转动，产生的交变电流如图4-11所示，交变电动势的最大值为：22222BnrnrBBSEm图4-11第21页/共32页感悟渗透应用(1)线圈由图示位置经1/4转时间内，电动势的有效值为： 电阻上产生的热量为：(2)线圈由图示位置经1

14、/4转时间内，电动势的平均值由法拉第电磁感应定律知E=E/t，通过R的电量为:22222BnrEEmRnrBnRRBnrTRRERtIQ841)22(4)(42422222RrBRtREtIq22第22页/共32页感悟渗透应用(3)注意这里电流表的读数为有效值，而交流电的有效值是根据电流的热效应来定义的，通常应考察一个周期由图4-11可知，若交流电在一周期内的有效值为E，则由有效值定义知 解得E=Em/2，电流表的示数为:TRETREm222)2/(RBnrREIA222第23页/共32页感悟渗透应用【例10】如图4-12所示，理想变压器原副线圈匝数n1n2n3=321副线圈2上接有“8V 8

15、W”的灯泡L1、L2，副线圈3上接有“6V 9W”的灯泡L3、L4，原线圈上接有电阻R=3，当a、b两端接交变电源后，L1、L2正常发光，求交变电源的输出功率.图4-12第24页/共32页感悟渗透应用【解析】交变电源的输出功率等于原副线圈及其回路中电阻R消耗的功率，也就等于R上的功率与L1、L2、L3、L4各灯消耗的功率之和 由于L1、L2正常发光，P1=P2=8W，U2=8V 由U1U2U3=n1n2n3=321 得U1=12V,U3=4V 所以L3、L4不能正常发光 R3=R4= ，4962323PU第25页/共32页感悟渗透应用所以L3、L4的实际功率为:P3=P4= .变压器的输出功率

16、为: P出=P1+P2+P3+P4=82+42=24W原线圈中电流I1=P出/U1=24/12=2A，R上消耗的电功率P=I21R=223=12W交流电源实际的输出功率=P+P出=12+24=36WWRU4442323第26页/共32页感悟渗透应用五、电磁感应现象在实际生活、生产和科学技术中的应用 此类问题有两种形式，一种是介绍应用实例，要求指出所包含的电磁感应理论(工作原理)，另一种是摆出实际问题，要求设计出使用方案或制作思想.后者要求较高，不但要熟练应用有关知识理论，还必须有较高的创造性思维能力，综合运用理论知识和实验技能.第27页/共32页感悟渗透应用【例11】已知某一区域的地下埋有一根

17、与地面平行的直线电缆，电缆中通有变化的电流，在其周围有变化的磁场，因此，可以通过在地面上测量闭合试探小线圈中的感应电动势来探测电缆的确切位置、走向和深度.当线圈平面平行地面时，a、c在两处测得试探线圈感应电动势为0，b、d两处测得试探线圈感应电动势不为0；当线圈平面与地面成45夹角时，在b、d两处测得试探线圈感应电动势为0；经测量发现，a、b、c、d恰好位于边长为1m的正方形的四个顶角上，第28页/共32页感悟渗透应用如图4-13所示，据此可以判定地下电缆在 ac 两点连线的正下方，离地表面的深度为 0.71 m.图4-13第29页/共32页感悟渗透应用【解析】当线圈平面平行地面时，a、c在两处测得试探线圈感应电动势为0，b、d两处测得试探线圈感应电动势不为0；可以判断出地下电缆在a、c两点连线的正下方；如图4-14