法拉第电磁感应定律及其应用(精品).ppt

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1、1 1：要使闭合电路中有电流必须具备什么条件？：要使闭合电路中有电流必须具备什么条件？这个电路中必须有电源，因为电流是由电源的电动势这个电路中必须有电源，因为电流是由电源的电动势引起的引起的.2 2：如果电路不是闭合的，电路中没有电流，电源的电：如果电路不是闭合的，电路中没有电流，电源的电动势是否还存在呢？动势是否还存在呢？电动势反映了电源提供电能本领的物理量，电路不电动势反映了电源提供电能本领的物理量，电路不闭合电源电动势依然存在闭合电源电动势依然存在。复习提问：复习提问：3 3、电磁感应现象中，闭合电路中出现了感应电流，、电磁感应现象中，闭合电路中出现了感应电流，那么有电动势存在么？那么有

2、电动势存在么？1、定义：、定义：在电磁感应现象中产在电磁感应现象中产生的电动势叫生的电动势叫感应电动势（感应电动势（E）.闭合电路闭合电路中中有感应电流有感应电流，这个电路，这个电路中中就就一定有感应电动势一定有感应电动势.一、感应电动势一、感应电动势产生产生感应电动势感应电动势的那部分电路的那部分电路相当于相当于电源电源.试从本质上比较甲、乙两电路的异同试从本质上比较甲、乙两电路的异同 既然闭合电路中既然闭合电路中有感应电流有感应电流，这，这个电路中就个电路中就一定有电动势一定有电动势。甲甲NSG乙乙产生电动势的那部分导体相当于电源产生电动势的那部分导体相当于电源感应电动势：在电磁感应现象中

3、产生感应电动势：在电磁感应现象中产生的电动势叫的电动势叫感应电动势感应电动势。产生感应电。产生感应电动势的那动势的那部分导体就是部分导体就是电源电源。(如图中如图中的导线的导线abab)Gabv2、产生条件：、产生条件：只要只要穿过电路的穿过电路的磁通量发生变化磁通量发生变化，电路中，电路中就就产生产生感应电动势。感应电动势。3、感应电动势与感应电流：、感应电动势与感应电流：只要磁通量变化只要磁通量变化,电路中就产生感应电动势电路中就产生感应电动势;若电路若电路又又闭合闭合,电路中就有感应电流电路中就有感应电流.磁通量变化是电磁感应的根本原因磁通量变化是电磁感应的根本原因;产生感应电动势是电磁

4、感应现象的本质产生感应电动势是电磁感应现象的本质.产生感应电流只不过是一个现象产生感应电流只不过是一个现象，它表示电，它表示电路中在输送着电能；而路中在输送着电能；而产生感应电动势才是电产生感应电动势才是电磁感应现象的本质，磁感应现象的本质，它表示电路已经具备了随它表示电路已经具备了随时输出电能的能力时输出电能的能力。几点说明：几点说明：不论电路是否闭合，不论电路是否闭合，只要穿过电路的磁通量只要穿过电路的磁通量发生变化，电路中就产生感应电动势发生变化，电路中就产生感应电动势，产生感产生感应电动势是电磁感应现象的本质应电动势是电磁感应现象的本质。磁通量是否变化是电磁感应的根本原因磁通量是否变化

5、是电磁感应的根本原因。若。若磁通量变化了，电路中就会产生感应电动势，磁通量变化了，电路中就会产生感应电动势，再若电路又是闭合的，电路中将会有感应电流。再若电路又是闭合的，电路中将会有感应电流。观察实验观察实验,分析思考分析思考:问题问题1:在实验中在实验中,电流表电流表指针偏转原因是什么指针偏转原因是什么?问题问题2:电流表指针偏转电流表指针偏转程度跟感应电动势的大程度跟感应电动势的大小有什么关系小有什么关系?问题问题3:在实验中，将条形磁铁从同一高在实验中，将条形磁铁从同一高度插入线圈中同一位置，度插入线圈中同一位置，快插入和慢插快插入和慢插入有什么相同和不同入有什么相同和不同?总电阻一定时

6、总电阻一定时,E越大越大,I越大越大,指针偏转越大指针偏转越大.电流表指针偏转程度跟感应电动电流表指针偏转程度跟感应电动势的大小有什么关系？势的大小有什么关系？变化的快慢不同变化的快慢不同 都发生了变化都发生了变化都产生了都产生了E(I)产生的产生的E(I)大小不等大小不等磁通量变化磁通量变化越快越快，感应电动势越大。，感应电动势越大。磁通量的变化快慢磁通量的变化快慢越大越大?从条件上看从条件上看从结果上看从结果上看相同相同不同不同问题问题:在实验中，将条形磁铁从同一高在实验中，将条形磁铁从同一高度插入线圈中同一位置，度插入线圈中同一位置，快插入和慢插快插入和慢插入有什么相同和不同入有什么相同

7、和不同?磁通量的变化率磁通量的变化率大量例子大量例子二、法拉第电磁感应定律二、法拉第电磁感应定律电路中感应电动势的大小，跟穿电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的过这一电路的磁通量磁通量的的变化率变化率成成正正比。比。1 1.内容内容:注意：注意：公式中公式中取绝对值取绝对值，不涉及正负，感，不涉及正负，感应电流的方向另行判断应电流的方向另行判断。2 2.公式公式:n为线圈的匝数为线圈的匝数问题问题1：磁通量大：磁通量大,磁通量变化一定大吗磁通量变化一定大吗?问题问题2：磁通量变化大：磁通量变化大,磁通量的变化率磁通量的变化率一定大吗一定大吗?(可以类比速度、速度的变化和加速度可以类比速度、

8、速度的变化和加速度.)磁通量的变化率和磁通量、磁通量的磁通量的变化率和磁通量、磁通量的变化变化无直接关系无直接关系:磁通量大磁通量大(小小,零零)，磁通，磁通量的变化率不一定大量的变化率不一定大(小小,零零);磁通量的变磁通量的变化大化大(小小)，磁通量的变化率不一定大，磁通量的变化率不一定大(小小).思考与讨论思考与讨论物理意义物理意义与电磁感应关系与电磁感应关系磁通量磁通量穿过回路的磁感穿过回路的磁感线的条数线的条数多少多少无直接关系无直接关系磁通量变化磁通量变化穿过回路的磁通穿过回路的磁通量量变化变化了多少了多少产生产生感应电动感应电动势的势的条件条件磁通量变化率磁通量变化率/tt穿过回

9、路的穿过回路的磁通磁通量量变化的快慢变化的快慢决定决定感应电动感应电动势的势的大小大小3、理解、理解:、/t的意义的意义1.磁感应强度磁感应强度B不变不变,垂直于磁场的回路垂直于磁场的回路面积面积S发生变化发生变化,SS2-S1,此时：此时：2.垂直于磁场的回路面积垂直于磁场的回路面积S不变不变,磁感应磁感应强度强度B发生变化发生变化,BB2-B1,此时：此时：4、应用、应用:用公式用公式求求E的二种的二种常见情况：常见情况：（感生电动势）（感生电动势）（动生电动势）（动生电动势）若若B变化变化S不变不变=2-1=（B 2 B 1)S当当B=B0+kt 或或 B=B0-kt=kSt t有：有：

10、E=NE=N/t=t=kNS 即感应电动势为一常数。即感应电动势为一常数。BBtOtOEtO有一个有一个50匝的线圈，如果穿过它的磁匝的线圈，如果穿过它的磁通量的变化率为通量的变化率为0.5Wb/s，求感应电动，求感应电动势。势。25V例与练例与练1一个一个100匝的线圈，在匝的线圈，在0.5s内穿过它内穿过它的磁通量从的磁通量从0.01Wb增加到增加到0.09Wb。求线圈中的求线圈中的平均平均感应电动势。感应电动势。16V例与练例与练2一个匝数为一个匝数为100、面积为、面积为10cm2的线的线圈垂直磁场放置圈垂直磁场放置,在在0.5s内穿过它的内穿过它的磁场从磁场从1T增加到增加到9T。求

11、线圈中的。求线圈中的平平均均感应电动势。感应电动势。1.6V例与练例与练3如图，半径为如图，半径为r的金属环绕通过某直的金属环绕通过某直径的轴径的轴00以角速度以角速度作匀速转动作匀速转动,匀匀强磁场的磁感应强度为强磁场的磁感应强度为B，从金属环，从金属环面与磁场方向面与磁场方向重合重合时开始计时时开始计时,则在则在金属环转过金属环转过900角的过程中，环中产生角的过程中，环中产生的电动势的的电动势的平均值平均值是多大是多大?00B例与练例与练4在磁感应强度为在磁感应强度为B的匀强磁场中的匀强磁场中,有一有一矩形线框矩形线框,边长边长ab=L1,bc=L2线框绕中线框绕中心轴心轴00以角速度以

12、角速度由图示位置逆时针由图示位置逆时针方向转动。求方向转动。求:(1)线圈转过线圈转过1/4周周的过程的过程中的中的平均平均感应电动势感应电动势例与练例与练5B00adcb在磁感应强度为在磁感应强度为B的匀强磁场中的匀强磁场中,有一有一矩形线框矩形线框,边长边长ab=L1,bc=L2线框绕中线框绕中心轴心轴00以角速度以角速度由图示位置逆时针由图示位置逆时针方向转动。求方向转动。求:(2)线圈转过线圈转过1/2周周的过程的过程中的平均感应电动势中的平均感应电动势例与练例与练5B00adcb/10-2Wbt/sA B D0120.1单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，转轴垂单匝矩形线圈在匀强磁场中

13、匀速转动，转轴垂直于磁场。若线圈所围面积里磁通量随时间变直于磁场。若线圈所围面积里磁通量随时间变化的规律如图所示，则：化的规律如图所示，则：()A、线圈中、线圈中0时刻感应电动势最大时刻感应电动势最大B、线圈中、线圈中D时刻感应电动势为零时刻感应电动势为零C、线圈中、线圈中D时刻感应电动势最大时刻感应电动势最大D、线圈中、线圈中0到到D时间内时间内平均感应电动势为平均感应电动势为0.4VABD例与练例与练6斜率表示斜率表示的变化率的变化率ab Gabv回路在时间回路在时间t内增大的面积内增大的面积为：为：S=Lvt产生的感应电动势为：产生的感应电动势为：穿过回路的磁通量的变化穿过回路的磁通量的

14、变化为：为：=BS=BLvt（V是相对于磁场的速度）是相对于磁场的速度）三、导体切割磁感线时的三、导体切割磁感线时的感应电动势感应电动势如图所示闭合线框一部分导体如图所示闭合线框一部分导体ab长长l,处于处于匀强磁场中，磁感应强度是匀强磁场中，磁感应强度是B，ab以速度以速度v匀匀速切割磁感线，求产生的感应电动势速切割磁感线，求产生的感应电动势vB BV1V2若导体运动方向跟磁感应强度方向有夹角若导体运动方向跟磁感应强度方向有夹角(导体斜切磁感线导体斜切磁感线)注意：注意：2、导线的长度、导线的长度L应为应为有效长度有效长度1、导线运动方向和磁感线、导线运动方向和磁感线平行平行时时,E=03、

15、速度、速度v为平均值为平均值(瞬时值瞬时值),E就为平均值就为平均值(瞬时瞬时值值)Lv为为v与与B夹角夹角三、导体切割磁感线时的三、导体切割磁感线时的感应电动势感应电动势匀强磁场匀强磁场v 、B B、L L两两垂直两两垂直三、导体切割磁感线时的三、导体切割磁感线时的感应电动势感应电动势如图如图,一个水平放置的导体框架一个水平放置的导体框架,宽度宽度L=1.50m,接有电阻接有电阻R=0.20,设匀强磁场和框架平面垂直设匀强磁场和框架平面垂直,磁感应强度磁感应强度B=0.40T,方向如图方向如图.今有一导体棒今有一导体棒ab跨放在框架上跨放在框架上,并能无摩擦地沿框滑动并能无摩擦地沿框滑动,框

16、架及框架及导体导体ab电阻均不计电阻均不计,当当ab以以v=4.0m/s的速度向右的速度向右匀速滑动时，试求：匀速滑动时，试求：(1)导体导体ab上的感应电动势的大小上的感应电动势的大小(2)回路上感应电流的大小回路上感应电流的大小E=BLv=0.80V例与练例与练7小结：小结：由于导体运动过程中感应电动由于导体运动过程中感应电动势不变，瞬时值等于平均值，所以也可势不变，瞬时值等于平均值，所以也可用下式求用下式求E.如果这时跨接在电阻两端有一个电压如果这时跨接在电阻两端有一个电压表，测得的就是外电路上的电压，即表，测得的就是外电路上的电压，即如图，匀强磁场的磁感应强度为如图，匀强磁场的磁感应强

17、度为B，长为，长为L的金属棒的金属棒ab在垂直于在垂直于B的平面内运动，速的平面内运动，速度度v与与L成成角，求金属棒角，求金属棒ab产生的感应电产生的感应电动势。动势。abvE=BLVsin例与练例与练7在磁感应强度为在磁感应强度为B的匀强磁场中的匀强磁场中,有一个匝数为有一个匝数为n的矩形线圈的矩形线圈,边长边长ab=L1,bc=L2线圈绕中心轴线圈绕中心轴OO以角速度以角速度由图示位置逆时针方向转动。求由图示位置逆时针方向转动。求:(1)转过转过1/4周周时时ab边产生的瞬时感应电动势边产生的瞬时感应电动势(2)转过转过1/2周周时时ab边产生的瞬时感应电动势边产生的瞬时感应电动势转动转

18、动1周的过程中周的过程中ab边产生边产生的感应电动势哪个时刻最大的感应电动势哪个时刻最大?哪个时刻最小哪个时刻最小?思考思考:例与练例与练8B00adcb问题：问题：公式公式 与公式与公式 的的区别和联系区别和联系？(1)求出的是平均感应电动势求出的是平均感应电动势,E和某段时间或某个过程对应；和某段时间或某个过程对应；求出的是瞬时感应电动势，求出的是瞬时感应电动势，E和某个时和某个时刻或某个位置对应刻或某个位置对应.(2)求出的是整个回路的求出的是整个回路的感应电动势；感应电动势；求出的是某部求出的是某部分导体的电动势。回路中感应分导体的电动势。回路中感应电动势为零时，回路中某段导电动势为零

19、时，回路中某段导体的感应电动势不一定为零。体的感应电动势不一定为零。vabcdL1、区别：区别：关于电磁感应，下述说法中正确的是关于电磁感应，下述说法中正确的是()A、穿过线圈的磁通量越大、穿过线圈的磁通量越大,感应电动势越大感应电动势越大B、穿穿过过线线圈圈的的磁磁通通量量为为零零,感感应应电电动动势势一一定定为零为零C、穿穿过过线线圈圈的的磁磁通通量量的的变变化化越越大大,感感应应电电动动势越大势越大D、穿穿过过线线圈圈的的磁磁通通量量变变化化越越快快,感感应应电电动动势势越大越大D注意注意:感感应电动势应电动势E与与、/t的关系的关系例与练例与练11(1)公式公式中的时间趋近于中的时间趋

20、近于0时，则时，则E为瞬时感应电动势为瞬时感应电动势(2)公式公式中中v若代表平均速度，则若代表平均速度，则E为平均感应电动势为平均感应电动势。2、联系：、联系：问题：问题：公式公式 与公式与公式 的的区别和联系区别和联系？公式公式和公式和公式是统一的是统一的.E=E=/t t 一般决定式一般决定式对应对应一段时间一段时间求平均值求平均值求求导瞬时导瞬时值值E=E=BLVsinBLVsin 导出式导出式(垂垂直切割）直切割）对应对应瞬时瞬时速度速度对应对应平均平均速度速度（BLBL恒定）恒定）求求瞬时瞬时值值求求平均平均值值P=P=w/tw/t一般定义式一般定义式对应一段时间对应一段时间求平均

21、值求平均值求求导瞬时导瞬时值值P=FVP=FV导出决定式导出决定式对应对应瞬时速瞬时速度度对应对应平均平均速度速度（F F恒定）恒定）求求瞬时瞬时值值求求平均平均值值公式的比较公式的比较对于B变化S不变一定用E=E=/t t，对于切割用，对于切割用E=E=BLVsinBLVsin 方方便用便用E=E=/t t验证。验证。思考：思考：如图，边长为如图，边长为a的正方形闭合线框的正方形闭合线框ABCD在匀强磁场中绕在匀强磁场中绕AB边边匀速匀速转动，磁转动，磁感应强度为感应强度为B，初始时刻线框所在的平面，初始时刻线框所在的平面与磁感线垂直，经过与磁感线垂直，经过t时间转过时间转过900角，求：角

22、，求：（1）线框内感应电动）线框内感应电动势在时间势在时间t内的内的平均值平均值.（2）转过）转过900角时感角时感应电动势的应电动势的瞬时值瞬时值.Ba2/(2t)如图如图,水平面上有两根相距水平面上有两根相距0.5m的足够长的平行金的足够长的平行金属导轨属导轨MN和和PQ,它们的电阻不计它们的电阻不计,在在M和和P之间接之间接有有R=3.0的定值电阻的定值电阻,导体棒长导体棒长ab=0.5m,其电阻为其电阻为r=1.0,与导轨接触良好与导轨接触良好.整个装置处于方向竖直向整个装置处于方向竖直向下的匀强磁场中下的匀强磁场中,B=0.4T.现使现使ab以以v=10ms的速的速度向右做匀速运动度

23、向右做匀速运动.(1)ab中的电流多大中的电流多大?ab两点间的电压多大两点间的电压多大?(2)维持维持ab做匀速运动的外力多大做匀速运动的外力多大?(3)ab向右运动向右运动1m的过程中的过程中,外力做的功是多少外力做的功是多少?电路中产生的热量是多少电路中产生的热量是多少?RBrPMNaQbvWF=0.1JI=0.5AF=0.1NQ=0.1JU=1.5V例与练例与练10电磁感应中的能量转化与守恒电磁感应中的能量转化与守恒切割时，外界克服感应电流的安培力做功，将其他形式的能量转化为电能。如如图所示，图所示，n=50匝的圆形线圈匝的圆形线圈M，它的两端，它的两端点点a,b与内阻很大的电压表相连

24、，线圈中磁与内阻很大的电压表相连，线圈中磁通量的变化规律如乙图所示，则通量的变化规律如乙图所示，则ab两点的两点的电势高低与电压表的读数为电势高低与电压表的读数为A.，20V B.，10V C.，20V D.，10VVt/0.1sMab2448/0.01Wb0例与练例与练11探究：探究：足足够长的够长的U U形形光滑光滑金金属导轨固定在水平面内，导属导轨固定在水平面内，导轨的间距轨的间距 为为L=L=0.500.50m m，电阻为，电阻为R R=0.5=0.5的金属棒的金属棒abab垂垂直导轨放置直导轨放置,距导轨左端也为距导轨左端也为L L,其余电阻不计其余电阻不计.该轨道该轨道平面处在磁感

25、应强度大小平面处在磁感应强度大小B B0 0=0.5T=0.5T，方向竖直向上方向竖直向上的匀的匀强磁场强磁场中。中。m=0.1kgm=0.1kg（1 1）若金属）若金属棒在水平外力作用下从棒在水平外力作用下从静止以静止以a a0.4m/s0.4m/s2 2的加速度向右做匀加速直线的加速度向右做匀加速直线运动运动，求，求t t=10=10s s时水平外时水平外力力大小大小（2 2）若金属棒固定不动，磁感应强度）若金属棒固定不动，磁感应强度B B从从B B0 0开始均匀增开始均匀增加，且加，且B/B/=2=2T/sT/s，求，求 t t=10=10s s时金属棒受到的安培时金属棒受到的安培力力大

26、小大小ab0.54N10.25N感生电动势感生电动势:变化的磁场产生电场，变化的磁场产生电场，由由于于感生感生电场电场而产生的感应电动势，这时的而产生的感应电动势，这时的非静电非静电力力就是就是感生电场对自由电荷的作用力感生电场对自由电荷的作用力。感应加速器感应加速器动生电动势：动生电动势：运动的导体中自由电子受到运动的导体中自由电子受到洛伦兹洛伦兹力作用力作用沿导线运动沿导线运动定向定向运动而形成电流。非静电运动而形成电流。非静电力是洛伦兹力，力是洛伦兹力，但洛仑兹力还是不做功。（功的但洛仑兹力还是不做功。（功的相对性）相对性）足够长的足够长的U U形形光滑光滑金属导轨固定在水平面内，导轨的

27、金属导轨固定在水平面内，导轨的间距间距 为为L=L=0.500.50m m，电阻为，电阻为R R=0.5=0.5的金属棒的金属棒abab垂直垂直导轨放置导轨放置,距导轨左端也为距导轨左端也为L L,其余电阻不计其余电阻不计.该轨道该轨道平面处在磁感应强度大平面处在磁感应强度大B B0 0=0.5T=0.5T，方向，方向竖直向上竖直向上的匀的匀强磁场中，强磁场中，m=1.0kgm=1.0kg(3)(3)若磁感应强度若磁感应强度变化如图所示变化如图所示,而棒以恒定速度而棒以恒定速度V=0.4m/sV=0.4m/s向右向右做匀速运动时做匀速运动时,t t=10=10s s时金属棒受到的时金属棒受到的

28、安培力大小。安培力大小。ab0.50.51.01.0B Bt t（s)s)2.52.50B和和S都发生变化都发生变化=2-1=(B0+B)(S 0+S)-BS =BS+SB+BS,此此时时感感应电动势应电动势由面由面积积的的变变化和磁化和磁场场的的变变化共同引起。化共同引起。总的的电动势由由某某时刻的刻的动生和感生生和感生电动势的的代数和。注意各自的方向。代数和。注意各自的方向。具体方法：具体方法：法法1 1：求导法求导法：写出磁通量随时间的函数，：写出磁通量随时间的函数，求导计算某时刻的导数求导计算某时刻的导数法法2 2：电：电动势求和动势求和：某时刻某时刻的动生和感生电动势的代数和的动生和

29、感生电动势的代数和如图，将一条形磁铁插入某一闭合线圈，第如图，将一条形磁铁插入某一闭合线圈，第一次用一次用0.05s，第二次用，第二次用0.1s。试求：。试求：(1)两次线圈中的两次线圈中的平均感应电动势之比平均感应电动势之比?(2)两次线圈中两次线圈中电流之比电流之比?(3)两次通过线圈两次通过线圈电荷量之比电荷量之比?(4)能否求出两次在能否求出两次在R中产生中产生热量之比热量之比?例与练例与练12如图如图,长为长为L的铜杆的铜杆OA以以O为轴在垂直于匀为轴在垂直于匀强磁场的平面内以角速度强磁场的平面内以角速度匀速转动匀速转动,磁场磁场的磁感应强度为的磁感应强度为B,求杆求杆OA两端的电势

30、差两端的电势差.AOA例与练例与练9小结：小结：也可用也可用进行计算进行计算,因为从因为从OA,各点的线速度各点的线速度是均匀变化的是均匀变化的,故故取棒中点的速度代取棒中点的速度代表棒的平均速度表棒的平均速度，由，由仍得到上面的结果仍得到上面的结果.问题问题1：在在P16图图4.4-3中中,电源在电动机线圈中产生电流的方向怎样电源在电动机线圈中产生电流的方向怎样?AB边、边、CD边受力方向怎样边受力方向怎样?线圈的运动方向怎样线圈的运动方向怎样?直流电动机的原理直流电动机的原理:通电导线在磁场中通电导线在磁场中受安培力而运动受安培力而运动.问题问题2：电动机线圈在磁场中转动会产生电动机线圈在

31、磁场中转动会产生感应电动势吗感应电动势吗?方向怎样方向怎样?问题问题3：感应电动势是加强了电源产生的感应电动势是加强了电源产生的电流电流,还是削弱了电源的电流还是削弱了电源的电流?是有利于线是有利于线圈转动还是阻碍了线圈的转动圈转动还是阻碍了线圈的转动?四、反电动势四、反电动势 1、定义：、定义：电动机转动时产生的感应电电动机转动时产生的感应电动势动势总要总要削弱削弱电源产生的电流电源产生的电流,这个电这个电动势叫动势叫反电动势反电动势.2、作用：、作用：阻碍线圈的转动阻碍线圈的转动.线圈要维持转动线圈要维持转动,电源就要向电动机提供电能电源就要向电动机提供电能.电能转化为其它形式的能电能转化

32、为其它形式的能.问题问题4：如果电动机因机械阻力过大而如果电动机因机械阻力过大而停止转动停止转动,会发生什么情况会发生什么情况?这时应采这时应采取什么措施取什么措施?四、反电动势四、反电动势 3、应用：、应用：电动机停止转动电动机停止转动,就没有反电动势就没有反电动势,线圈中电流线圈中电流会很大会很大,电动机会烧毁电动机会烧毁,要立要立即切断电源即切断电源,进行检查进行检查.专题：电磁感应现象中专题：电磁感应现象中综合综合问题问题一、一、电磁感应与电路规律的电磁感应与电路规律的综合应用综合应用问题的处理思路问题的处理思路1 1、确定电源确定电源:产生感应电流或感应电动势的那部分产生感应电流或感

33、应电动势的那部分电路就相当于电源，利用电路就相当于电源，利用法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律确定确定其电动势的大小，利用其电动势的大小，利用楞次定律楞次定律确定其正负极确定其正负极.需要强调需要强调的是：在电源的是：在电源内部内部电流是由电流是由负极流向正极负极流向正极的，在的，在外部外部从从正极流向外电路正极流向外电路，并由负极流入电源，并由负极流入电源.如无感应电流，则可以假设电流如果存在时的流向如无感应电流，则可以假设电流如果存在时的流向.2 2、分析电路结构分析电路结构,画等效电路图画等效电路图.3 3、利用电路规律利用电路规律求解求解,主要有欧姆定律，串并联规主要有欧姆定律，串并

34、联规律等律等.二、电磁感应中的二、电磁感应中的动力学问题动力学问题电磁感应中产生的电磁感应中产生的感应电流感应电流在磁场中将受到在磁场中将受到安培力安培力的的作用，因此，电磁感应问题往往跟力学问题联系在一起。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的力学问题，不仅要应用电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，如磁学中的有关规律，如楞次定律楞次定律、法拉第电磁感应定法拉第电磁感应定律律、左右手定则左右手定则、安培力的计算公式安培力的计算公式等，还要应用力等，还要应用力学中的有关规律，如学中的有关规律，如牛顿运动定律牛顿运动定律、动能定理动能定理、

35、能转能转化守恒定律化守恒定律等。要将电磁学和力学的知识综合起来应等。要将电磁学和力学的知识综合起来应用。用。由于由于安培力和导体中的电流、运动速度均安培力和导体中的电流、运动速度均有关，有关，所以对磁场中运动导体进行所以对磁场中运动导体进行动态分析动态分析十分必要。十分必要。ABab典题体验：典题体验：如图，如图，A A、B B两个相同导线制两个相同导线制成的互联的金属圆环，半径成的互联的金属圆环，半径r rA A=2=2r rB B,两圆两圆环间用电阻不计的导线连接，当环间用电阻不计的导线连接，当均匀变均匀变化的磁场化的磁场垂直穿过大环时垂直穿过大环时,a a、b b两点间电两点间电压为压为

36、U U,若让同一若让同一均匀变化的磁场垂直均匀变化的磁场垂直穿穿过过B B环，则环，则a a,b b两点间的电压为两点间的电压为 A.2A.2U U B.B.U U/2 C.4/2 C.4U U D.D.U U/4/4B注意：注意：对于纯电阻电路，闭合电路欧姆定律仍然成立，对于纯电阻电路，闭合电路欧姆定律仍然成立，产生产生电动势的部分为电源，其电阻为内阻电动势的部分为电源，其电阻为内阻典题变形典题变形1 1：长度为长度为L L电阻为电阻为r r的导体的导体abab沿光滑导沿光滑导线框向右作线框向右作匀速匀速直线运动，速度为直线运动，速度为v v，线框中接，线框中接有电阻有电阻R R1 1,R,

37、R2 2，R R1 1=R=R2 2=R=R，线框放在磁感应强度为，线框放在磁感应强度为B B的匀强磁场中，磁场方向垂直线框平面，线框的匀强磁场中，磁场方向垂直线框平面，线框的电阻不计的电阻不计,1 1、求电路中的、求电路中的电流电流2 2、求导体、求导体abab所受的安培所受的安培力的大小及方向力的大小及方向3 3、求使导体、求使导体abab向右匀向右匀速运动所需的外力速运动所需的外力4 4、求外力做功的功率及感应电流的功率、求外力做功的功率及感应电流的功率5 5、求、求abab间的电压间的电压,R,R1 1的电功率的电功率R1a Fb R2若棒做若棒做匀加速直线运动匀加速直线运动切割，上切

38、割，上述物理量随时间如何变化？述物理量随时间如何变化？典题探究：典题探究：如图所示，左端相连的足够长的金属导轨如图所示，左端相连的足够长的金属导轨MNMN、PQPQ固定在水平面内，两导轨间的宽度为固定在水平面内，两导轨间的宽度为l=0.50ml=0.50m。一根一根质量为质量为m=0.50kgm=0.50kg的均匀金属导体棒的均匀金属导体棒abab横跨在导轨上且横跨在导轨上且接触良好，接触良好，abab与导轨恰好构成一个正方形。该轨道平与导轨恰好构成一个正方形。该轨道平面处在磁感强度面处在磁感强度B B0 0=0.50T=0.50T竖直向上的匀强磁场中。竖直向上的匀强磁场中。abab与导轨间的

39、最大静摩擦力和滑动摩擦力均为与导轨间的最大静摩擦力和滑动摩擦力均为fm=1.0Nfm=1.0N，abab的电阻为的电阻为R=0.10R=0.10，其他各部分电阻均不计。其他各部分电阻均不计。若保持磁感强度若保持磁感强度B B0 0的大小不变，从的大小不变，从t=0t=0时刻开始，给时刻开始，给abab施加一个水平向右的拉力，使它以施加一个水平向右的拉力，使它以a=4.0m/sa=4.0m/s2 2的加速度的加速度匀加速匀加速运动。推导出此拉力运动。推导出此拉力T T的大小随时间变化的函数的大小随时间变化的函数表达式。并在下面的坐标图上作出拉力表达式。并在下面的坐标图上作出拉力T T随时间随时间

40、t t变化变化的的T-tT-t图线。图线。T=f+ma+B02L2at/R=3+2.5t。典题变形典题变形2 2：竖直放置的竖直放置的U U形导轨宽为形导轨宽为L L，上端串有电阻，上端串有电阻R R。磁感应强度为磁感应强度为B B的匀强磁场方向垂直于纸面向外。金属的匀强磁场方向垂直于纸面向外。金属棒棒abab的质量为的质量为m m，电阻为，电阻为r,r,与导轨接触良好，不计摩擦与导轨接触良好，不计摩擦和导轨的电阻和导轨的电阻,从静止释放后从静止释放后abab保持水平而下滑。则：保持水平而下滑。则：（恒定动力恒定动力切割）切割）A.A.棒棒ab先做加速度减小的加速运动，先做加速度减小的加速运动

41、，B.最后匀速运动最后匀速运动B.B.棒在下滑过程中总是棒的重力势能全部转棒在下滑过程中总是棒的重力势能全部转化为电能最后转化为内能化为电能最后转化为内能C.C.根据以上条件能求出棒最终运动的速度根据以上条件能求出棒最终运动的速度D.D.根据以上条件不能求出电路工作时的最大电功率根据以上条件不能求出电路工作时的最大电功率AC典题变形典题变形2 2延伸延伸：竖直放置的竖直放置的U U形导轨宽为形导轨宽为L L，上端串，上端串有电阻有电阻R R。磁感应强度为。磁感应强度为B B的匀强磁场方向垂直于纸的匀强磁场方向垂直于纸面向外。金属棒面向外。金属棒abab的质量为的质量为m m，电阻为，电阻为r,

42、r,与导轨接触与导轨接触良好，不计摩擦和导轨的电阻良好，不计摩擦和导轨的电阻,从静止释放后从静止释放后abab保持保持水平而下滑，发现水平而下滑，发现导体棒从静止开始到刚匀速运动导体棒从静止开始到刚匀速运动时通过导体的电量为时通过导体的电量为q q,则：则：A.A.不可求出导体棒单位时间在框架内扫过的最大面积不可求出导体棒单位时间在框架内扫过的最大面积B.B.可求出导体棒从开始下滑到刚好匀速运动这一过程可求出导体棒从开始下滑到刚好匀速运动这一过程中棒和框架组成回路的磁通量变化中棒和框架组成回路的磁通量变化C.C.可求出导体棒从开始下滑到匀速运可求出导体棒从开始下滑到匀速运动这一过程中的重力的平

43、均功率动这一过程中的重力的平均功率D.D.可求出导体棒从开始下滑到刚好匀速运可求出导体棒从开始下滑到刚好匀速运动这一过程中产生的内能动这一过程中产生的内能典题变形典题变形2 2延伸延伸：竖直放置的竖直放置的U U形导轨宽为形导轨宽为L L，上端串，上端串有电阻有电阻R R。磁感应强度为。磁感应强度为B B的匀强磁场方向垂直于纸的匀强磁场方向垂直于纸面向外。金属棒面向外。金属棒abab的质量为的质量为m m，电阻为，电阻为r,r,与导轨接触与导轨接触良好，不计摩擦和导轨的电阻良好，不计摩擦和导轨的电阻,从静止释放后从静止释放后abab保持保持水平而下滑，水平而下滑，发现导体棒从静止开始到刚匀速运

44、动发现导体棒从静止开始到刚匀速运动时通过导体的电量为时通过导体的电量为Q,Q,则：则：A.A.不可求出导体棒单位时间在框架内扫过的最大面积不可求出导体棒单位时间在框架内扫过的最大面积B.B.可求出导体棒从开始下滑到刚好匀速运动这一过程可求出导体棒从开始下滑到刚好匀速运动这一过程中棒和框架组成回路的磁通量变化中棒和框架组成回路的磁通量变化C.C.可求出导体棒从开始下滑到刚好匀速运可求出导体棒从开始下滑到刚好匀速运动这一过程中的重力的平均功率动这一过程中的重力的平均功率D.D.可求出导体棒从开始下滑到匀速运可求出导体棒从开始下滑到匀速运动这一过程中产生的内能动这一过程中产生的内能BD典题变形典题变

45、形2 2延伸：延伸：如图所示，竖直平行导轨间距如图所示，竖直平行导轨间距l l=20cm=20cm，导轨顶端接有一电键导轨顶端接有一电键K K。导体棒导体棒abab与导轨接触良好且与导轨接触良好且无摩擦，无摩擦，abab的电阻的电阻R=0.4R=0.4，质量质量m=10gm=10g，导轨的电阻导轨的电阻不计，整个装置处在与轨道平面垂直的匀强磁场中，不计，整个装置处在与轨道平面垂直的匀强磁场中，磁感强度磁感强度B=1TB=1T。当。当abab棒由静止释放棒由静止释放0.8s 0.8s 后，突然接通后，突然接通电键，不计空气阻力，设导轨足够长。电键，不计空气阻力，设导轨足够长。则：则：A.A.接通

46、电键后接通电键后ab棒继续加速，棒继续加速，最终匀速最终匀速B.B.接通电键后接通电键后ab棒减速，最终匀速棒减速，最终匀速C.C.abab棒的最大速度为棒的最大速度为8m/s8m/sD.abD.ab棒的最终速度为棒的最终速度为2m/s2m/s（g g取取10m/s10m/s2 2）K Ka ab bBC解解:ab ab 棒由静止开始自由下落棒由静止开始自由下落0.8s0.8s时速度大小为时速度大小为v=gt=8m/sv=gt=8m/s则闭合则闭合K K瞬间，导体棒中产生的感应电流大小瞬间，导体棒中产生的感应电流大小I IBlv/R=4ABlv/R=4Aabab棒受重力棒受重力mg=0.1N,

47、mg=0.1N,安培力安培力F=BIL=0.8N.F=BIL=0.8N.因为因为F Fmgmg，abab棒加速度向上，开始做减速运动，棒加速度向上，开始做减速运动，产生的感应电流和受到的安培力逐渐减小，产生的感应电流和受到的安培力逐渐减小，当安培力当安培力 F=mgF=mg时，开始做匀速直线运动。时，开始做匀速直线运动。此时满足此时满足B B2 2l l2 2 v vmm /R/R =mg=mg解得最终速度，解得最终速度，v vmm=mgR/B=mgR/B2 2l l2 2=1m/s=1m/s。闭合电键时闭合电键时速度最大速度最大为为8m/s8m/s。t=0.8sl=20cmR=0.4m=10

48、gB=1TKabmgF典题变形典题变形3 3：水平放置水平放置的的U U形导轨宽为形导轨宽为L L，左端串，左端串有电阻有电阻R R，其余电阻不计，磁感应强度为，其余电阻不计，磁感应强度为B B匀强匀强磁场方向竖直向下，磁场方向竖直向下，有一根导体棒有一根导体棒abab，与导轨与导轨接触良好，接触良好，用水平外力用水平外力F F作用在作用在abab上，由静止上，由静止开始运动，开始运动，不计摩擦。若不计摩擦。若水平外力水平外力F F的功率恒的功率恒为为P P，则，则A.abA.ab棒做加速度逐渐增加的加速运动棒做加速度逐渐增加的加速运动B.abB.ab棒做加速度逐渐减小的加速运动直到匀速棒做加

49、速度逐渐减小的加速运动直到匀速C.abC.ab棒运动过程中产生棒运动过程中产生的总电功率始终为的总电功率始终为P PD.D.可以求出可以求出abab棒运动中棒运动中的最大速度为的最大速度为abBRFBDabBRF 分析：分析：abab 在在F F作用下向右加速运动，切割磁感应线，产生作用下向右加速运动，切割磁感应线，产生感应电流，感应电流又受到磁场的作用力感应电流，感应电流又受到磁场的作用力FB，画出受力图：，画出受力图：f1a=(F-FB)/mvE=BLvI=E/RFB=BILFf2最后，当最后，当FB=F=F 时，时，a=0a=0，速度达到最大，速度达到最大，FfF=P/Vm=FB=BIL

50、=B2L2vm/Rvm称为收尾速度称为收尾速度.典题变形典题变形4 4：如图甲所示，光滑、且足够长的平行金属导如图甲所示，光滑、且足够长的平行金属导轨轨MNMN、PQPQ固定在同一水平面上，两导轨间距离为固定在同一水平面上，两导轨间距离为L L1m1m，定值电阻，定值电阻R1R133，R2R21.51.5，导轨上放一质量为，导轨上放一质量为m m1kg1kg的金属杆，金属杆的电阻的金属杆，金属杆的电阻r r11，导轨的电阻不，导轨的电阻不计，整个装置处于磁感应强度为计，整个装置处于磁感应强度为B B0.8T0.8T的匀强磁场中，的匀强磁场中，磁场的方向垂直导轨平面竖直向下，现用一拉力磁场的方向