9.3 电磁感应的综合应用.ppt

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1、9.3电磁感应的综合应用 1.运动的动态分析运动的动态分析要点二要点二 电磁感应与力学综合问题中的运动的动态分析和能量转化特点电磁感应与力学综合问题中的运动的动态分析和能量转化特点其他形式的能其他形式的能(如：内能如：内能)名师支招：名师支招：在利用能的转化和守恒定律解决电磁感应的问题时在利用能的转化和守恒定律解决电磁感应的问题时,要注意分析安培力做功的要注意分析安培力做功的情况情况,因为安培力的功是电能和其他形式的能之间相互转化的因为安培力的功是电能和其他形式的能之间相互转化的“桥梁桥梁”。简单表示如。简单表示如下：电能下：电能 其他形式能。其他形式能。W安安0W安安0其他形式的能其他形式的

2、能(如：机械能如：机械能)安培力做负功安培力做负功电能电能电流做功电流做功 2.能量转化特点能量转化特点 2【答案】【答案】如图如图9-3-4所示，在一对平行光滑的金属导轨的上所示，在一对平行光滑的金属导轨的上端连接一阻值为端连接一阻值为R的固定电阻，两导轨所决定的平的固定电阻，两导轨所决定的平面与水平面成面与水平面成30角。今将一质量为角。今将一质量为m、长为、长为l的导的导体棒体棒ab垂直放于导轨上，并使其由静止开始下滑。垂直放于导轨上，并使其由静止开始下滑。已知导体棒电阻为已知导体棒电阻为r，整个装置处于垂直于导轨平，整个装置处于垂直于导轨平面的匀强磁场中，磁感应强度为面的匀强磁场中，磁

3、感应强度为B。求导体棒最终。求导体棒最终下滑的速度及电阻下滑的速度及电阻R最终发热功率分别为多少？最终发热功率分别为多少？图图9-3-4【例【例3】如图】如图9-3-5所示，竖直平面内有一半径为所示，竖直平面内有一半径为r、内阻为、内阻为R1、粗细均匀的光滑半圆形金属环，在、粗细均匀的光滑半圆形金属环，在M、N处与相处与相 距为距为2r、电阻不计的平行光滑金属轨道、电阻不计的平行光滑金属轨道ME、NF相接，相接，EF之间接有电阻之间接有电阻R2，已知，已知R112R，R24R。在。在MN 上方及上方及CD下方有水平方向的匀强磁场下方有水平方向的匀强磁场和和，磁感应强度大小均为，磁感应强度大小均

4、为B。现有质量为。现有质量为m、电阻不计的导体棒、电阻不计的导体棒 ab，从半圆环的最高点，从半圆环的最高点A处由静止下落，在下落过程中导体棒始终保持水平，与半圆形金属环及轨道接触良处由静止下落，在下落过程中导体棒始终保持水平，与半圆形金属环及轨道接触良 好，设平行轨道足够长。已知导体棒下落好，设平行轨道足够长。已知导体棒下落r/2时的速度大小为时的速度大小为v1，下落到，下落到MN处的速度大小为处的速度大小为v2。(1)求导体棒求导体棒ab从从A下落下落r/2时的加速度大小；时的加速度大小；(2)若导体棒若导体棒ab进入磁场进入磁场后棒中电流大小始终不变，求磁场后棒中电流大小始终不变，求磁场

5、和和之间的之间的 距离距离h和和R2上的电功率上的电功率P2；(3)若将磁场若将磁场的的CD边界略微下移，导体棒边界略微下移，导体棒ab刚进入磁场刚进入磁场时速度大小为时速度大小为v3，要使其在外力要使其在外力F作用下做匀加速直线运动，加速度大小为作用下做匀加速直线运动，加速度大小为a，求所加外力，求所加外力 F随时间变化的关系式。随时间变化的关系式。【答案】【答案】热点三热点三 电磁感应中的能量问题电磁感应中的能量问题图图9-3-5 【名师支招】【名师支招】电磁感应过程实质上是不同形式电磁感应过程实质上是不同形式的能相互转化的过程，电磁感应过程中产生的感应电的能相互转化的过程，电磁感应过程中

6、产生的感应电流在磁场中必定受到安培力作用，因此，要维持安培流在磁场中必定受到安培力作用，因此，要维持安培力存在，必须有力存在，必须有“外力外力”克服安培力做功，此过程中，克服安培力做功，此过程中，其他形式的能转化为电能，当感应电流通过用电器时，其他形式的能转化为电能，当感应电流通过用电器时，电能又转化为其他形式的能。电能又转化为其他形式的能。“外力外力”克服安培力做多少功，就有多少其他形克服安培力做多少功，就有多少其他形式的能转化为电能，同理，安培力做功的过程，是电式的能转化为电能，同理，安培力做功的过程，是电能转化为其他形式的能的过程，安培力做多少功，就能转化为其他形式的能的过程，安培力做多

7、少功，就有多少电能转化为其他形式的能。有多少电能转化为其他形式的能。分清物体的运动过程和受力情况，判断不同过分清物体的运动过程和受力情况，判断不同过程的特点和满足的规律，运用恰当规律各个击破。程的特点和满足的规律，运用恰当规律各个击破。3【答案】【答案】(1)2.8 N (2)2.45 J 如图如图9-3-6所示，空间等间距分布着水平方向的条形匀强磁场，竖直方向磁场区域所示，空间等间距分布着水平方向的条形匀强磁场，竖直方向磁场区域足够长，磁感应强度足够长，磁感应强度B=1T，每一条形磁场区域的宽度及相邻条形磁场区域的间距，每一条形磁场区域的宽度及相邻条形磁场区域的间距均为均为d=0.5 m，现

8、有一边长，现有一边长l=0.2 m、质量、质量m=0.1 kg、电阻、电阻R=0.1 的正方形线框的正方形线框MNOP以以v0=7 m/s的初速度从左侧磁场边缘水平进入磁场。求：的初速度从左侧磁场边缘水平进入磁场。求：(1)线框线框MN边刚进入磁场时受安培力的大小边刚进入磁场时受安培力的大小F。(2)线框从开始进入磁场到竖直下落的过程中产生的焦耳热线框从开始进入磁场到竖直下落的过程中产生的焦耳热Q。图图9-3-6【例【例4】如图】如图9-3-7所示，两根足够长的直金属杆所示，两根足够长的直金属杆MN、PQ平行放置在倾角为平行放置在倾角为的绝缘斜面上，两导轨间距为的绝缘斜面上，两导轨间距为l。M

9、、P两点间接有阻两点间接有阻 值为值为R的电阻。一根质量为的电阻。一根质量为m的均匀直金属杆的均匀直金属杆ab放在两导轨上，并与导轨垂直。整套装置处于磁感应强度为放在两导轨上，并与导轨垂直。整套装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁的匀强磁场中，磁 场方向垂直斜面向下。导轨和金属杆的电阻可忽略。让场方向垂直斜面向下。导轨和金属杆的电阻可忽略。让ab杆沿导轨由静止开始下滑，导轨和金属杆接触良好，不计它们之间的杆沿导轨由静止开始下滑，导轨和金属杆接触良好，不计它们之间的 摩擦。摩擦。(1)由由b向向a方向看到的装置如图方向看到的装置如图9-3-8所示，请在此图中画出所示，请在此图中画出ab杆下滑过

10、程中此时刻的受力示意图；杆下滑过程中此时刻的受力示意图；(2)在加速下滑过程中，当在加速下滑过程中，当ab杆的速度大小为杆的速度大小为v时，求此时时，求此时ab杆中的电流及其加速度的大小；杆中的电流及其加速度的大小；(3)求在下滑过程中，求在下滑过程中，ab杆可以达到的速度最大值。杆可以达到的速度最大值。【名师支招【名师支招】(1)做该类题目要画好受力分析图，最好在图上标明辅助方向做该类题目要画好受力分析图，最好在图上标明辅助方向(如如B的方向，的方向，I的方向等的方向等)。(2)抓住各物理量之间相互制约的关系，做好动态分析。一般的思维规律是：速度的变化，导致电动势抓住各物理量之间相互制约的关

11、系，做好动态分析。一般的思维规律是：速度的变化，导致电动势的变化，导致电流的变化，导致安培力的变化，导致加速度的变化，从而把握物体运动状态的变化趋势，的变化，导致电流的变化，导致安培力的变化，导致加速度的变化，从而把握物体运动状态的变化趋势，抓住临界条件。抓住临界条件。【解析【解析】(1)如图所示如图所示 重力重力mg，竖直向下，竖直向下 支撑力支撑力FN，垂直斜面向上，垂直斜面向上 安培力安培力F，沿斜面向上，沿斜面向上 (2)当当ab杆速度为杆速度为v，感应电动势，感应电动势E=Blv，此时电路中，此时电路中电流电流 I=E/R=Blv/R ab杆受到安培力杆受到安培力F=BIl=B2l2

12、v/R 根据牛顿运动定律，有根据牛顿运动定律，有 ma=mgsin-F=mgsin-B2l2v/R a=gsin-B2l2v/(mR)(3)当当B2l2v/R=mgsin时，时，ab杆达到最大速度杆达到最大速度 vm=mgRsin/(B2l2)热点四热点四 电磁感应中的力、电综合问题电磁感应中的力、电综合问题【答案】【答案】(1)见解析中图见解析中图9-3-9 (2)I=Blv/R;a=gsin-B2l2v/(mR)(3)vm=mgRsin/(B2l2)图图9-3-9图图9-3-7图图9-3-8 4【答案】【答案】(1)v1-fR/(B2L2)(2)B2L2v1/R (3)P棒棒=fv1-fR

13、/(B2L2)P电电=f2R/(B2L2)(4)(B2L2vt+fR)/(B2L2t-mR)如图如图9-3-10所示，光滑的平行长直金属导轨置于水平面内，间距所示，光滑的平行长直金属导轨置于水平面内，间距为为L、导轨左端接有阻值为、导轨左端接有阻值为R的电阻，质量为的电阻，质量为m的导体棒垂直跨接的导体棒垂直跨接在导轨上。导轨和导体棒的电阻均不计，且接触良好。在导轨平在导轨上。导轨和导体棒的电阻均不计，且接触良好。在导轨平面上有一矩形区域内存在着竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大面上有一矩形区域内存在着竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为小为B。开始时，导体棒静止于磁场区域的右端，当磁场以速度。

14、开始时，导体棒静止于磁场区域的右端，当磁场以速度v1匀速向右移动时，导体棒随匀速向右移动时，导体棒随之开始运动，同时受到水平向左、大小为之开始运动，同时受到水平向左、大小为f的恒定阻力，并很快达到恒定速度，此时导体棒仍的恒定阻力，并很快达到恒定速度，此时导体棒仍处于磁场区域内。处于磁场区域内。(1)求导体棒所达到的恒定速度求导体棒所达到的恒定速度v2；(2)为使导体棒能随磁场运动，阻力最大不能超过多少？为使导体棒能随磁场运动，阻力最大不能超过多少？(3)导体棒以恒定速度运动时，单位时间内克服阻力所做的功和电导体棒以恒定速度运动时，单位时间内克服阻力所做的功和电 路中消耗的电功率各为多少？路中消耗的电功率各为多少？(4)若若t=0时，磁场由静止开始水平向右做匀加速直线运动，经过较时，磁场由静止开始水平向右做匀加速直线运动，经过较 短时间后，导体棒也做匀加速直线运动，其短时间后，导体棒也做匀加速直线运动，其v-t关系如图关系如图9-3-11所示，已知在所示，已知在t时刻导体棒瞬时刻导体棒瞬 时速度大小为时速度大小为vt，求导体棒做匀加速直线运动时的加速度大小。，求导体棒做匀加速直线运动时的加速度大小。图图9-3-11图图9-3-10此此课件下件下载可自行可自行编辑修改，修改，仅供参考！供参考！感感谢您的支持，我您的支持，我们努力做得更好！努力做得更好！谢谢!