《电磁感应定律的综合应用》课件边秀.ppt

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1、电电磁感磁感应应定律的定律的综综合合应应用用电电磁磁感感应应与与力力学学问问题题的的综综合合，其其联联系系的的桥桥梁梁是是磁磁场场对对感感应电应电流的流的在在电电磁磁感感应应现现象象中中，切切割割磁磁感感线线的的导导体体或或磁磁通通量量发发生生变变化的回路化的回路产产生感生感应电动势应电动势，该导该导体或回路相当于体或回路相当于，其其余部分相当于余部分相当于 无无论论是是使使闭闭合合回回路路的的磁磁通通量量发发生生变变化化，还还是是使使闭闭合合回回路路的的部部分分导导体体切切割割磁磁感感线线，都都要要消消耗耗其其他他形形式式的的能能量量，转转化化为为回路中的回路中的 这这个个过过程程不不仅仅体

2、体现现了了能能量量的的转转化化，而而且且转转化化过过程中能量程中能量安培力安培力电源电源外电路外电路电能电能守恒守恒(即时巩固解析为教师用书独有即时巩固解析为教师用书独有)考点一考点一电电磁感磁感应应中的中的电电路路问题问题1求解求解电电磁感磁感应应中中电电路路问题问题的关的关键键求求解解电电磁磁感感应应中中电电路路问问题题的的关关键键是是分分析析清清楚楚内内电电路路和和外外电电路路“切切割割”磁磁感感线线的的导导体体和和磁磁通通量量变变化化的的线线圈圈都都相相当当于于“电电源源”，该该部部分分导导体体的的电电阻阻相相当当于于内内电电阻阻，而而其其余余部部分分的的电电路路则则是外是外电电路路(

3、2)电电源源内内电电路路的的电电压压降降：UrIr，r是是发发生生电电磁磁感感应应现现象的象的导导体上的体上的电电阻阻(解解题题中常常涉及中常常涉及r的的稳稳定性定性)(3)电电源源的的路路端端电电压压U：UIREUrEIr(R是是外外电电路的路的电电阻阻)3解决此解决此类问题类问题的基本步的基本步骤骤(1)用用法法拉拉第第电电磁磁感感应应定定律律计计算算感感应应电电动动势势的的大大小小，用用楞次定律或右手定楞次定律或右手定则则确定感确定感应电动势应电动势方向方向(2)画画等等效效电电路路：感感应应电电流流的的方方向向是是电电源源内内部部电电流流的的方方向向(3)运运用用闭闭合合电电路路欧欧姆

4、姆定定律律，结结合合串串、并并联联电电路路规规律律以以及及电电功率功率计计算公式等各关系式算公式等各关系式联联立求解立求解【技技巧巧提提示示】某某电电阻阻两两端端的的电电压压、路路端端电电压压和和电电动动势势三者的区别：三者的区别：(1)某某段段导导体体作作为为外外电电路路时时，它它两两端端的的电电压压就就是是电电流流与与其电阻的乘积其电阻的乘积(2)某某段段导导体体作作为为电电源源时时，它它两两端端的的电电压压就就是是路路端端电电压压，等等于于电电流流与与外外电电阻阻的的乘乘积积，或或等等于于电电动动势势减减去去内内压压当当其其电电阻不计时，路端电压等于电源电动势阻不计时，路端电压等于电源电

5、动势(3)某段导体作为电源，断路时电压等于电动势某段导体作为电源，断路时电压等于电动势【案例【案例1】(2010福建理综福建理综)如如图图所示，两条平行的所示，两条平行的光滑金属光滑金属导轨导轨固定在固定在倾倾角角为为的的绝缘绝缘斜面上，斜面上，导轨导轨上端上端连连接接一个定一个定值电值电阻阻导导体棒体棒a和和b放在放在导轨导轨上，与上，与导轨导轨垂直并良好垂直并良好接触斜面上水平虚接触斜面上水平虚线线PQ以下区域内，存在着垂直穿以下区域内，存在着垂直穿过过斜面斜面向上的匀向上的匀强强磁磁场场现对现对a棒施以平行棒施以平行导轨导轨斜向上的拉力，使斜向上的拉力，使它沿它沿导轨导轨匀速向上运匀速向

6、上运动动，此，此时时放在放在导轨导轨下端的下端的b棒恰好静止棒恰好静止当当a棒运棒运动动到磁到磁场场的上的上边边界界PQ处时处时，撤去拉力，撤去拉力，a棒将棒将继续继续沿沿导轨导轨向上运向上运动动一小段距离后再向下滑一小段距离后再向下滑动动，此，此时时b棒已滑离棒已滑离导轨导轨当当a棒再次滑回到磁棒再次滑回到磁场场上上边边界界PQ处时处时，又恰能沿，又恰能沿导轨导轨匀速向下运匀速向下运动动已知已知a棒、棒、b棒和定棒和定值电值电阻的阻阻的阻值值均均为为R，b棒棒的的质质量量为为m，重力加速度，重力加速度为为g，导轨电导轨电阻不阻不计计求：求：(1)a棒棒在在磁磁场场中中沿沿导导轨轨向向上上运运

7、动动的的过过程程中中，a棒棒中中的的电电流流强强度度Ia与定与定值电值电阻阻R中的中的电电流流强强度度IR之比；之比；(2)a棒棒质质量量ma；(3)a棒在磁棒在磁场场中沿中沿导轨导轨向上运向上运动时动时所受的拉力所受的拉力F.【解解析析】(1)a棒棒沿沿导导轨轨向向上上运运动动时时，a棒棒、b棒棒及及电电阻阻R中的电流分别为中的电流分别为Ia、Ib、IR，有，有IRRIbRb，IaIRIb，(2)由由于于a棒棒在在PQ上上方方滑滑动动过过程程中中机机械械能能守守恒恒，因因而而a棒棒在在磁磁场场中中向向上上滑滑动动的的速速度度大大小小v v1与与在在磁磁场场中中向向下下滑滑动动的的速速度度大小

8、大小v v2相等，即相等，即v v1v v2v v.设设磁磁场场的的磁磁感感应应强强度度为为B，导导体体棒棒长长为为L.a棒棒在在磁磁场场中中运运动时产生的感应电动势为动时产生的感应电动势为EBLv v，【即时巩固【即时巩固1】(2008广东高考广东高考)如如图图(a)所示，水平所示，水平放置的两根平行金属放置的两根平行金属导轨导轨，间间距距L0.3 m，导轨导轨左端左端连连接接R0.6 的的电电阻，区域阻，区域abcd内存在垂直于内存在垂直于导轨导轨平面平面B0.6 T的的匀匀强强磁磁场场，磁，磁场场区域区域宽宽D0.2 m，细细金属棒金属棒A1和和A2用用长为长为2D0.4 m的的轻质绝缘

9、轻质绝缘杆杆连连接，放置在接，放置在导轨导轨平面上，并与平面上，并与导轨导轨垂垂直，每根金属棒在直，每根金属棒在导轨间导轨间的的电电阻均阻均为为r0.3，导轨电导轨电阻不阻不计计使金属棒以恒定速度使金属棒以恒定速度v v1.0 m/s沿沿导轨导轨向右穿越磁向右穿越磁场场，计计算从金属棒算从金属棒A1进进入磁入磁场场(t0)到到A2离开磁离开磁场场的的时间时间内，不内，不同同时间时间段通段通过电过电阻阻R的的电电流流强强度，并在度，并在图图(b)中画出中画出在在t1t2(0.20.4 s)内：内：E0，I20.在在t2t3(0.40.6 s)内，同理：内，同理：I30.12 A.t3t4(0.6

10、0.8 s)内：内：E0，I40.不不同同时时间间段段通通过过电电阻阻R的的电电流流强强度度在在图图中中是是4段段水水平平线线【答案】【答案】见解析见解析考考点点二二电电磁磁感感应应与与力力学学综综合合问问题题中中运运动动的的动动态态结结构构和和能量转化特点能量转化特点1运动的动态结构运动的动态结构2能量能量转转化特点化特点3安培力在不同情况下的作用安培力在不同情况下的作用(1)若若磁磁场场不不动动，导导体体做做切切割割磁磁感感线线的的运运动动，导导体体所所受受安安培培力力与与导导体体运运动动方方向向相相反反，此此即即电电磁磁阻阻尼尼在在这这种种情情况况下下，安安培培力力对对导导体体做做负负功

11、功，即即导导体体克克服服安安培培力力做做功功，将将机机械械能能转转化化为电为电能，能，进进而而转转化化为为焦耳焦耳热热(2)若若导导体体开开始始时时静静止止，磁磁场场(磁磁体体)运运动动，由由于于导导体体相相对对磁磁场场向向相相反反方方向向做做切切割割磁磁感感线线运运动动而而产产生生感感应应电电流流，进进而而受受到到安安培培力力作作用用，这这时时安安培培力力成成为为导导体体运运动动的的动动力力，此此即即电电磁磁驱驱动动在在这这种种情情况况下下，安安培培力力做做正正功功，电电能能转转化化为为导导体体的的机机械能械能【技巧提示】【技巧提示】在利用能量的转化和守恒解决电磁感应在利用能量的转化和守恒解

12、决电磁感应中的问题时，要分析安培力的做功情况，即安培力在导体运中的问题时，要分析安培力的做功情况，即安培力在导体运动过程中是做正功还是做负功另外，参与能量转化的能量动过程中是做正功还是做负功另外，参与能量转化的能量形式要考虑周全，哪些能量增加哪些能量减少也要考虑准确形式要考虑周全，哪些能量增加哪些能量减少也要考虑准确4电电磁感磁感应综应综合合问题问题中的两个研究中的两个研究对对象及其相互制象及其相互制约约关系关系【技巧提示】【技巧提示】电磁感应中切割磁感线的导体要运动，电磁感应中切割磁感线的导体要运动，产生的感应电流又要受到安培力的作用在安培力作用下，产生的感应电流又要受到安培力的作用在安培力

13、作用下，导体的运动状态发生变化，这就可能需要应用牛顿运动定律导体的运动状态发生变化，这就可能需要应用牛顿运动定律电磁感应的过程也是能量相互转化的过程所以，在分析电磁感应的过程也是能量相互转化的过程所以，在分析解决电磁感应问题时，经常要用到动能定理、能量守恒定律解决电磁感应问题时，经常要用到动能定理、能量守恒定律【案例【案例2】(2010上海高考上海高考)如如图图，宽宽度度L0.5 m的的光滑金属框架光滑金属框架MNPQ固定于水平面内，并固定于水平面内，并处处在磁感在磁感应应强强度大度大小小B0.4 T，方向，方向竖竖直向下的匀直向下的匀强强磁磁场场中，框架的中，框架的电电阻非均阻非均匀分布将匀

14、分布将质质量量m0.1 kg，电电阻可忽略的金属棒阻可忽略的金属棒ab放置在框放置在框架上，并与框架接触良好以架上，并与框架接触良好以P为为坐坐标标原点，原点，PQ方向方向为为x轴轴正方向建立坐正方向建立坐标标金属棒从金属棒从x01 m处处以以v v02 m/s的初速度，的初速度，沿沿x轴负轴负方向做方向做a2 m/s2的匀减速直的匀减速直线线运运动动，运，运动动中金属棒中金属棒仅仅受安培力作用求：受安培力作用求：(1)金属棒金属棒ab运运动动0.5 m，框架，框架产产生的焦耳生的焦耳热热Q；(2)框框架架中中aNPb部部分分的的电电阻阻R随随金金属属棒棒ab的的位位置置x变变化化的的函数关系

15、；函数关系；【解析】【解析】(1)金属棒仅受安培力作用，其大小金属棒仅受安培力作用，其大小Fma0.12 N0.2 N.金金属属棒棒运运动动0.5 m，框框架架中中产产生生的的焦焦耳耳热热等等于于克克服服安安培培力做的功，力做的功，所以所以QFx0.20.5 J0.1 J.(2)金属棒所受安培力为金属棒所受安培力为【技巧点拨】【技巧点拨】解答此类题目要抓住各个物理过程中的解答此类题目要抓住各个物理过程中的功能转化关系，特别是每个力做功对应着什么样的能量转化，功能转化关系，特别是每个力做功对应着什么样的能量转化，如重力做功是线框动能和重力势能间的转化，空气阻力做功如重力做功是线框动能和重力势能间

16、的转化，空气阻力做功是机械能向内能转化，安培力做负功是将机械能转化为电能是机械能向内能转化，安培力做负功是将机械能转化为电能进而转化为焦耳热，安培力做正功是电能转化为机械能，然进而转化为焦耳热，安培力做正功是电能转化为机械能，然后由能量守恒定律后由能量守恒定律(或动能定理或动能定理)列式解答列式解答【即时巩固【即时巩固2】(2010天津理综天津理综)如如图图所示，所示，质质量量m10.1 kg，电电阻阻R10.3，长长度度l0.4 m的的导导体棒体棒ab横放在横放在U形金属框架上框架形金属框架上框架质质量量m20.2 kg，放在，放在绝缘绝缘水平面上，水平面上，与水平面与水平面间间的的动动摩擦

17、因数摩擦因数0.2.相距相距0.4 m的的MM、NN相互相互平行，平行，电电阻不阻不计计且足且足够长够长电电阻阻R20.1 的的MN垂直于垂直于MM.整个装置整个装置处处于于竖竖直向上的匀直向上的匀强强磁磁场场中，磁感中，磁感应应强强度度B0.5 T垂直于垂直于ab施加施加F2 N的水平恒力，的水平恒力，ab从静止开始无摩擦地从静止开始无摩擦地运运动动，始，始终终与与MM、NN保持良好接触当保持良好接触当ab运运动动到某到某处时处时，框架开始运框架开始运动动设设框架与水平面框架与水平面间间最大静摩擦力等于滑最大静摩擦力等于滑动动摩摩擦力，取擦力，取g10 m/s2.(1)求框架开始运求框架开始

18、运动时动时ab速度速度v v的大小；的大小；(2)从从ab开开始始运运动动到到框框架架开开始始运运动动的的过过程程中中，MN上上产产生生的的热热量量Q0.1 J，求，求该过该过程程ab位移位移x的大小的大小【解析】【解析】(1)ab对框架的压力对框架的压力F1m1g，框架受水平面的支持力框架受水平面的支持力FNm2gF1，依依题题意意，最最大大静静摩摩擦擦力力等等于于滑滑动动摩摩擦擦力力，则则框框架架受受到到最最大静摩擦力大静摩擦力F2FN，ab中的感应电动势中的感应电动势EBlv v，MN中电流中电流MN受到的安培力受到的安培力F安安IlB，框架开始运动时框架开始运动时F安安F2，由上述各式

19、代入数据解得由上述各式代入数据解得v v6 m/s.【答案】【答案】(1)6 m/s(2)1.1 m考点三考点三 电磁感应中的图象问题电磁感应中的图象问题这些图象问题大体可分为两类：这些图象问题大体可分为两类：由给出的电磁感应过由给出的电磁感应过程选出或画出正确的图象；程选出或画出正确的图象；由给定的有关图象分析电磁感由给定的有关图象分析电磁感应过程，求解相应物理量不管是哪种类型，电磁感应中的应过程，求解相应物理量不管是哪种类型，电磁感应中的图象问题常利用右手定则、楞次定律和法拉第电磁感应定律图象问题常利用右手定则、楞次定律和法拉第电磁感应定律等规律分析解决等规律分析解决电磁感应现象中图象问题

20、分析的关键是：抓住磁通量的电磁感应现象中图象问题分析的关键是：抓住磁通量的变化是否均匀，从而推知感应电动势变化是否均匀，从而推知感应电动势(电流电流)是否大小恒定；是否大小恒定；用楞次定律判断出感应电动势用楞次定律判断出感应电动势(或电流或电流)的方向，从而确定其的方向，从而确定其正负以及在坐标中的范围正负以及在坐标中的范围解决此解决此类问题类问题的一般步的一般步骤骤：(1)明明确确图图象象的的种种类类，看看是是B t图图还还是是t图图，或或是是E t图图、I t图图等等(2)分析分析电电磁感磁感应现应现象的具体象的具体过过程程(3)结结合合法法拉拉第第电电磁磁感感应应定定律律、欧欧姆姆定定律

21、律、牛牛顿顿运运动动定定律等律等规规律写出函数方程律写出函数方程(4)根根据据函函数数方方程程，进进行行数数学学分分析析，如如分分析析斜斜率率的的变变化化、截距等截距等(5)画画图图象或判断象或判断图图象象【案案例例3】(2010上上海海高高考考)如如右右图图，一一有有界界区区域域内内，存存在在着着磁磁感感应应强强度度大大小小均均为为B，方方向向分分别别垂垂直直于于光光滑滑水水平平桌桌面面向向下下和和向向上上的的匀匀强强磁磁场场，磁磁场场宽宽度度均均为为L.边边长长为为L的的正正方方形形线线框框abcd的的bc边边紧紧靠靠磁磁场场边边缘缘置置于于桌桌面面上上使使线线框框从从静静止止开开始始沿沿

22、x轴轴正正方方向向匀匀加加速速通通过过磁磁场场区区域域，若若以以逆逆时时针针方方向向为为电电流的正方向，能反映流的正方向，能反映线线框中感框中感应电应电流流变变化化规规律的是律的是图图()【答案】【答案】A、C【即即时时巩巩固固3】(2009辽辽宁宁、宁宁夏夏理理综综)如如图图所所示示，一一导导体体圆圆环环位位于于纸纸面面内内，O为为圆圆心心环环内内两两个个圆圆心心角角为为90的的扇扇形形区区域域内内分分别别有有匀匀强强磁磁场场，两两磁磁场场磁磁感感应应强强度度的的大大小小相相等等，方方向向相相反反且且均均与与纸纸面面垂垂直直导导体体杆杆OM可可绕绕O转转动动，M端端通通过过滑滑动动触触点点与与圆圆环环良良好好接接触触在在圆圆心心和和圆圆环环间间连连有有电电阻阻R.杆杆OM以以匀匀角角速速度度逆逆时时针针转转动动，t0时时恰恰好好在在图图示示位位置置规规定定从从a到到b流流经经电电阻阻R的的电电流流方方向向为为正正，圆圆环环和和导导体体杆杆的的电电阻阻忽忽略略不不计计，则则杆杆从从t0开开始始转转动动一一周周的的过过程程中中，电电流流随随t变变化化的的图图象是象是()【答案】【答案】C