高中物理电磁感应规律的应用.pptx
会计学1高中物理电磁感应规律的应用高中物理电磁感应规律的应用电磁感应规律综合应用的四种题型电磁感应规律综合应用的四种题型2 2、电磁感应中的力学问题、电磁感应中的力学问题1 1、电磁感应中的电路问、电磁感应中的电路问题题3 3、电磁感应中的能量问题、电磁感应中的能量问题4 4、电磁感应中的图象问题、电磁感应中的图象问题第1页/共27页1 1、电磁感应中的电路问、电磁感应中的电路问题题第2页/共27页如图所示，一个如图所示，一个500500匝匝的线圈的两端跟的线圈的两端跟R R9999的电阻的电阻相连接，置于竖直向下的匀强磁场中，线圈的横截面相连接，置于竖直向下的匀强磁场中，线圈的横截面积是积是20202 2，电阻为，电阻为11，磁场的磁感应强度随时间变，磁场的磁感应强度随时间变化的图象如图所示。求磁场变化过程中通过电阻化的图象如图所示。求磁场变化过程中通过电阻R R的的电流为多大？电流为多大？解析：由图解析：由图b b知，线圈中磁感应强度知，线圈中磁感应强度B B均匀增加，其变均匀增加，其变化率化率BBt=(50-10)/4=10T/s.t=(50-10)/4=10T/s.第3页/共27页1、电磁感应中的电路问题、电磁感应中的电路问题基本方法：基本方法：1 1、用法拉第电磁感应定律和楞次定律、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。确定感应电动势的大小和方向。2 2、画等效电路。、画等效电路。3 3、运用闭合电路欧姆定律，串并联电、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。路性质，电功率等公式联立求解。第4页/共27页等效电路图等效电路图1、电路方面:求感应电动势E,内外电路路端电压U,干支路电流I,消耗的电功率P2、力学方面:匀速运动时所加外力F大小,外力功W,外力功功率P R1R2E r1第5页/共27页如图如图,长为长为L L的铜杆的铜杆OAOA以以O O为轴在垂直于匀强磁为轴在垂直于匀强磁场的平面内以角速度场的平面内以角速度匀速转动匀速转动,磁场的磁感磁场的磁感应强度为应强度为B B,求杆求杆OAOA两端的电势差两端的电势差.AOA例例1第6页/共27页如图如图,有一匀强磁场有一匀强磁场B B=1.010=1.010-3-3T T，在垂直磁场的，在垂直磁场的平面内平面内,有一金属棒有一金属棒AOAO,绕平行于磁场的绕平行于磁场的O O轴顺时轴顺时针转动针转动,已知棒长已知棒长L=L=0.20m0.20m，角速度，角速度=20rad/s=20rad/s，求：棒产生的感应电动势有多大？求：棒产生的感应电动势有多大？练习练习1第7页/共27页ABCRO如图所示，在磁感应强度为如图所示，在磁感应强度为B B的匀强磁场中，有半径的匀强磁场中，有半径为为r r的光滑半圆形导体框架。的光滑半圆形导体框架。OCOC为一端绕为一端绕O O点在框架上点在框架上滑动的导体棒，滑动的导体棒，OAOA之间连一个阻值为之间连一个阻值为R R的电阻（其余的电阻（其余电阻都不计），若使电阻都不计），若使OCOC以角速度以角速度匀速转动。试求：匀速转动。试求：（1 1）图中哪部分相当于电源？）图中哪部分相当于电源？（2 2）感应电动势）感应电动势E E为多少？为多少？（3 3）流过电阻）流过电阻R R的电流的电流I I为多少？为多少？练习练习2（1 1）导体棒）导体棒OCOC（2 2）（3 3）第8页/共27页3 3、把总电阻为、把总电阻为2R2R的均匀电阻丝焊接成一的均匀电阻丝焊接成一半径为半径为a a的圆的圆环环,水平固定在竖直向下的磁感应强度为水平固定在竖直向下的磁感应强度为B B的匀强磁场的匀强磁场中中,如图所示如图所示,一长度为一长度为2a2a,电阻为电阻为R R,粗细均匀的金属棒粗细均匀的金属棒MNMN放在圆环上放在圆环上,它与圆环始终保持良好的接触它与圆环始终保持良好的接触,当金属当金属棒以恒定速度棒以恒定速度v v向右移动经过环心向右移动经过环心O O时时,求求:2 2、在圆环和金属棒上消耗的总功率、在圆环和金属棒上消耗的总功率1 1、棒上的电流、棒上的电流I I大小大小,棒两端的电压棒两端的电压U UNM RRE R第9页/共27页4 4、如图所示，电阻不计的裸导体、如图所示，电阻不计的裸导体ABAB与宽为与宽为60cm60cm的的平行金属导轨良好接触，电阻平行金属导轨良好接触，电阻R R1 133，R R2 266，整个装置处在垂直导轨向里的匀强磁场中，磁，整个装置处在垂直导轨向里的匀强磁场中，磁感应强度感应强度B B0.5T0.5T。当。当ABAB向右以向右以V V5m/s5m/s的速度的速度匀速滑动时，求流过电阻匀速滑动时，求流过电阻R R1 1、R R2 2的电流大小。的电流大小。A A R2VB BR1第10页/共27页2 2、电磁感应中的力学问题、电磁感应中的力学问题第11页/共27页 电磁感应中产生的感应电流在磁场中将电磁感应中产生的感应电流在磁场中将受到安培力的作用，因此，电磁感应问题往往受到安培力的作用，因此，电磁感应问题往往跟力学问题联系在一起，解决这类电磁感应中跟力学问题联系在一起，解决这类电磁感应中的力学问题，不仅要应用电磁学中的有关规律，的力学问题，不仅要应用电磁学中的有关规律，如楞次定律、法拉第电磁感应定律、左右手定如楞次定律、法拉第电磁感应定律、左右手定则、安培力的计算公式等，还要应用力学中的则、安培力的计算公式等，还要应用力学中的有关规律，如牛顿运动定律、动能定理、机械有关规律，如牛顿运动定律、动能定理、机械能守恒定律等。要将电磁学和力学的知识综合能守恒定律等。要将电磁学和力学的知识综合起来应用。起来应用。由于安培力和导体中的电流、运动速由于安培力和导体中的电流、运动速度均有关，度均有关，所以对磁场中运动导体进行动态所以对磁场中运动导体进行动态分析十分必要。分析十分必要。第12页/共27页【例【例1 1】水平放置于匀强磁场中的光滑导轨上，有一根水平放置于匀强磁场中的光滑导轨上，有一根导体棒导体棒abab，用恒力，用恒力F F作用在作用在abab上，由静止开始运动，回上，由静止开始运动，回路总电阻为路总电阻为R R，分析，分析ab ab 的运动情况，并求的运动情况，并求abab的最大速的最大速度。度。abBR F f1a=(F-f)/m v E=BLv I=E/R f=BILa=(F-f)/m v E=BLv I=E/R f=BIL F f2解：当解：当f=F f=F 时，时，a=0a=0，速度达到最大，速度达到最大，FfF=f=BIL=B2 L2 vm/R vm=FR/B2 L2v vm m称为收尾速度称为收尾速度.2、电磁感应中的力学问题、电磁感应中的力学问题第13页/共27页2 2、电磁感应中的力学问题、电磁感应中的力学问题基本方法：基本方法：1、用法拉第电磁感应定律和楞次定律、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。求感应电动势的大小和方向。2、求回路中的电流强度、求回路中的电流强度3、分析导体受力情况（、分析导体受力情况（包含安培力，用左手定则包含安培力，用左手定则）4、列动力学方程求解。、列动力学方程求解。第14页/共27页【例例2 2】在在磁磁感感应应强强度度为为B B的的水水平平均均强强磁磁场场中中，竖竖直直放放置置一一个个冂冂形形金金属属框框ABCDABCD，框框面面垂垂直直于于磁磁场场，宽宽度度BCBCL L ，质质量量m m的的金金属属杆杆PQPQ用用光光滑滑金金属属套套连连接接在在框框架架ABAB和和CDCD上上如如图图.金属杆金属杆PQPQ电阻为电阻为R R，当杆自，当杆自静止静止开始沿框架下滑时：开始沿框架下滑时：(1)(1)开始下滑的加速度为多少开始下滑的加速度为多少?(2)(2)框内感应电流的方向怎样？安培力的方向？框内感应电流的方向怎样？安培力的方向？(3)(3)金属杆下滑的最大速度是多少金属杆下滑的最大速度是多少?QBPCDA解解:（1 1）开始）开始PQPQ受力为受力为mg,mg,mg所以所以 a=g（2）PQ向下加速运动向下加速运动,产生感应电流产生感应电流,方向顺时针方向顺时针,受到向上的磁场力受到向上的磁场力F作用。作用。IF(3)达最大速度时达最大速度时,F=BIL=B2 L2 vm/R=mg vm=mgR/B2 L2 第15页/共27页【例【例3 3】已知：已知：ABAB、CDCD足够长，足够长，L L，B B，R R。金属棒。金属棒abab垂垂直于导轨放置，与导轨间的动摩擦因数为直于导轨放置，与导轨间的动摩擦因数为，质量为，质量为m m，从静止开始沿导轨下滑，导轨和金属棒的电阻阻都不计。从静止开始沿导轨下滑，导轨和金属棒的电阻阻都不计。求求abab棒下滑的最大速度棒下滑的最大速度DCABBabR速度最大时做匀速运动速度最大时做匀速运动受力分析，列动力学方程受力分析，列动力学方程第16页/共27页(1)(1)金属杆刚进入磁场时的感应电动势；金属杆刚进入磁场时的感应电动势；(2)(2)金属杆刚进入磁场时的加速度；金属杆刚进入磁场时的加速度；NM感应电动势的大小感应电动势的大小 感应电流的大小和方向感应电流的大小和方向使金属棒匀速运动所需的拉力使金属棒匀速运动所需的拉力 感应电流的功率感应电流的功率拉力的功率拉力的功率RFm rMNQPabB【作业【作业1 1】如图如图B=2TB=2T，金属棒，金属棒abab向右匀速运动，向右匀速运动，v=5m/sv=5m/s，L=40cmL=40cm，电阻电阻R=2R=2,其余电阻不计，摩擦也不计，试求：其余电阻不计，摩擦也不计，试求：【作业【作业2 2】宽宽1m1m，足够长的冂形金属框架竖直放，足够长的冂形金属框架竖直放置，一根质量是置，一根质量是0.1kg0.1kg，电阻，电阻0.10.1的金属杆可沿的金属杆可沿框架无摩擦地滑动框架无摩擦地滑动.金属杆金属杆MNMN下方下方0.8m0.8m处有一垂处有一垂直框架平面的匀强磁场，磁感应强度是直框架平面的匀强磁场，磁感应强度是0.1T0.1T，金，金属杆属杆MNMN由静止释放由静止释放(如图如图).).求：求：第17页/共27页【作作业业1】竖竖直直放放置置冂冂形形金金属属框框架架，宽宽1m，足足够够长长，一一根根质质量量是是0.1kg，电电阻阻0.1的的金金属属杆杆可可沿沿框框架架无无摩摩擦擦地地滑滑动动.框框架架下下部部有有一一垂垂直直框框架架平平面面的的匀匀强强磁磁场场，磁磁感感应应强强度度是是0.1T，金金属属杆杆MN自自磁磁场场边边界界上上方方0.8m处处由静止释放由静止释放(如图如图).求：求：(1)金属杆刚进入磁场时的感应电动势；金属杆刚进入磁场时的感应电动势；(2)金属杆刚进入磁场时的加速度；金属杆刚进入磁场时的加速度；答：答：(1)(2)I=E/R=4AF=BIL=0.4Na=(mg-F)/m=6m/s2;E=BLv=0.4V;NM第18页/共27页【作业【作业2 2】如图如图B=2TB=2T，金属棒，金属棒abab向右匀速运动，向右匀速运动，v=5m/sv=5m/s，L=40cmL=40cm，电阻，电阻R=2R=2,其余电阻不计，摩擦也不计，试其余电阻不计，摩擦也不计，试求：求：感应电动势的大小感应电动势的大小 感应电流的大小和方向感应电流的大小和方向使金属棒匀速运动所需的拉力使金属棒匀速运动所需的拉力 感应电流的功率感应电流的功率拉力的功率拉力的功率RFm rMNQPabB右手定则右手定则 4v;2A,b-a;1.6N;8w;8w第19页/共27页3 3、电磁感应中的能量问题、电磁感应中的能量问题4 4、电磁感应中的图象问题、电磁感应中的图象问题第20页/共27页能量转化特点：能量转化特点：导体切割磁感线或磁通量发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，机械能或其他生变化在回路中产生感应电流，机械能或其他形式的能量便转化为电能。形式的能量便转化为电能。具有感应电流的导体在磁场中受安培力作用具有感应电流的导体在磁场中受安培力作用或通过电阻发热，又可使电能转化为机械能或或通过电阻发热，又可使电能转化为机械能或电阻的内能，因此电磁感应过程总是伴随着能电阻的内能，因此电磁感应过程总是伴随着能量的转化。量的转化。第21页/共27页 例例1 1 在在磁磁感感应应强强度度为为B=1TB=1T的的水水平平均均强强磁磁场场中中，竖竖直直放放置置一一个个冂冂形形金金属属框框ABCDABCD，框框面面垂垂直直于于磁磁场场，宽宽度度BCBC1m 1m，质质量量1kg1kg的的金金属属杆杆PQPQ用用光光滑滑金金属属套套连连接接在在框框架架ABAB和和CDCD上上如如图图.金金属属杆杆PQPQ电电阻为阻为1 1，当杆自，当杆自静止静止开始沿框架下滑时：开始沿框架下滑时：（1 1）从从开开始始下下滑滑到到达达到到最最大大速速度度过过程程中中重重力力势势能能转转化化为为什什么么能量？能量？（2 2）若达到最大速度时下落了）若达到最大速度时下落了10m10m，安培力做了多少功？，安培力做了多少功？QBPCDAmgIF解解:（1 1）由能量守恒定律）由能量守恒定律,重力做功减小的重力做功减小的重力势能转化为使重力势能转化为使PQPQ加速增大的动能和热加速增大的动能和热能能（2 2）50J50J 3 3、电磁感应中的能量问题电磁感应中的能量问题第22页/共27页例例2 2、=30=30，L=1mL=1m，B=1TB=1T，导轨光滑电阻不计，导轨光滑电阻不计，F F功率功率恒定且为恒定且为6W6W，m=0.2kgm=0.2kg、R=1R=1，abab由由静止开始运动，由由静止开始运动，当当s=2.8ms=2.8m时，获得稳定速度，在此过程中时，获得稳定速度，在此过程中abab产生的热量产生的热量Q=5.8JQ=5.8J，g=10m/sg=10m/s2 2，求：（求：（1 1）abab棒的稳定速度棒的稳定速度（2 2）abab棒从静止开始达到稳定速度所需时间。棒从静止开始达到稳定速度所需时间。abBF第23页/共27页基本方法：基本方法：用法拉第电磁感应定律和楞次定律确定用法拉第电磁感应定律和楞次定律确定感应动势的大小和方向。感应动势的大小和方向。画出等效电路，求回路中电阻消耗电功率的表达式。画出等效电路，求回路中电阻消耗电功率的表达式。分析导体机械能的变化，用能量守恒关系得到机械分析导体机械能的变化，用能量守恒关系得到机械功率的改变与回路中电功率的改变所满足的方程。功率的改变与回路中电功率的改变所满足的方程。3 3、电磁感应中的能量问题、电磁感应中的能量问题第24页/共27页1.1.如图所示，一如图所示，一宽宽40cm40cm的匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面向里的匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面向里一边一边长为长为20cm20cm的正方形导线框位于纸面内，以垂直于磁场边界的正方形导线框位于纸面内，以垂直于磁场边界的恒定速度的恒定速度v v20cm/s20cm/s通过磁场区域，在运动过程中，线框有一通过磁场区域，在运动过程中，线框有一边始终与磁场区域的边界平行取它刚进入磁场的时刻边始终与磁场区域的边界平行取它刚进入磁场的时刻t t0.0.在在下列图线中，正确反映感应电流随时间变化规律的是下列图线中，正确反映感应电流随时间变化规律的是dcba思考思考:你能作出你能作出ad间电压与时间的关系图象间电压与时间的关系图象吗吗?c 4、电磁感应中的图象问题、电磁感应中的图象问题第25页/共27页2 2、如图所示竖直放置的螺线管和导线、如图所示竖直放置的螺线管和导线abcd构成回路，构成回路，螺线管下方水平桌面上有一导体环。当导线螺线管下方水平桌面上有一导体环。当导线abcd所所围区域内的磁场按下列哪一图示方式变化时，导体环围区域内的磁场按下列哪一图示方式变化时，导体环将受到将受到向上的磁场力向上的磁场力作用？作用？adcbB0tB0tB0tB0tBABCD A 第26页/共27页
