高三理化生感應電動勢電路分析與計算PPT課件

1、例1 （2009廣東單科，18，15分）如圖所示，一個電阻值為R ，匝數(shù)為n的圓形金屬線圈與阻值為2R的電阻R1連結成閉合回路。線圈的半徑為r1 . 在線圈中半徑為r2的圓形區(qū)域內(nèi)存在垂直于線圈平面向里的勻強磁場，磁感應強度B隨時間t變化的關系圖線如圖所示。圖線與橫、縱軸的截距分別為t0和B0。導線的電阻不計。求0至t1時間內(nèi)：通過電阻R1上的電流大小和方向；通過電阻R1上的電量q及電阻R1上產(chǎn)生的熱量。第1頁/共32頁方法應用二、勻速切割感應電動勢的電路分析與計算. . 這類問題中應當把產(chǎn)生感應電動勢的部分導體看成電源，其余通路則為外電路，根據(jù)電路結構進行分析計算. .注意BLVBLV三量必

2、須兩兩垂直。不垂直則應進行垂直投影分析，求有效值。第2頁/共32頁【例2 2】如圖4-94-9所示，光滑的平行導軌P P、Q Q相距l(xiāng)=1ml=1m，處在同一水平面中，導軌左端接有如圖所示的電路，其中水平放置的平行板電容器C C兩極板間距離d=10mmd=10mm，定值電阻R R1 1=R=R3 3=8=8，R R2 2=2=2，導軌電阻不計. .磁感應強度B=0.4T的勻強磁場豎直向下穿過導軌面.當金屬棒ab沿導軌向右勻速運動(開關S斷開)時，電容器兩極板之間質(zhì)量m=110-14kg、帶電量Q=-110-15C的微粒恰好靜止不動；當S閉合時，微粒以加速度a=7m/s2向下做勻加速運動，取g=

3、10m/s2，求： (1)金屬棒ab運動的速度多大?電阻多大? (2)S閉合后，使金屬棒ab做勻速運動的外力的功率多大?第3頁/共32頁方法應用三、變速切割感應電動勢的電路分析與計算. . 這類問題中應當分析切割導體的運動分幾個階段。重點要明確達到穩(wěn)定切割時的條件。一般為最后受力平衡勻速切割或受力恒定勻加速切割。確定速度規(guī)律即可求感應電動勢，分析電路。第4頁/共32頁 例3：如圖所示，兩根完全相同的“V”字形導軌OPQ與KMN倒放在絕緣水平面上，兩導軌都在豎直平面內(nèi)且正對、平行放置，其間距為L，電阻不計。兩條導軌足夠長，所形成的兩個斜面與水平面的夾角都是兩個金屬棒ab和ab的質(zhì)量都是m，電 阻

4、都是R，與導軌垂直放置且接觸良好空間有豎直向下的勻強磁場，磁感應強度為 B (1)如果兩條導軌皆光滑，讓ab固定不動，將ab釋放，則ab達到的最大速度是多少? (2)如果將ab與ab同時釋放，它們所能達到的最大速度分別是多少?第5頁/共32頁方法應用四、繞軸切割的感應電動勢的電路分析與計算. . 遇到這類問題應注意公式所求的是平均電動勢。分析時應若用磁通量的變化率則應假設一段時間對情境進行分析。用E=BLv來求解則應算出平均有效切割速度。確定平均感應電動勢，根據(jù)電路結構可求解相關問題。第6頁/共32頁方法應用五、雙導軌切割問題分析. . 這類問題中最后穩(wěn)定狀態(tài)一般為受力恒定勻加速切割。確定速度

5、規(guī)律即可求感應電動勢，分析電路。第7頁/共32頁 是法拉第做成的世界上第一臺發(fā)電機模型的原理圖，將銅盤放在磁場中，讓磁感線垂直穿過銅盤，圖中a、b導線與銅盤的中軸線在同一豎直平面內(nèi)，轉(zhuǎn)動銅盤，就可以使閉合電路獲得電流若圖中銅盤半徑為L，勻強磁場的磁感應強度為B，回路總電阻為R，其中燈泡阻值為R/2，銅盤阻值為R2，從上往下看逆時針勻速轉(zhuǎn)動銅盤的角速度為則下列說法正確的是( )A回路中有大小和方向作周期性變化的電流B回路中電流大小恒定，且等于 C 回路中電流方向不變，且從b導線流進燈泡，再從a導線流向旋轉(zhuǎn)的銅盤D若將勻強磁場改為仍然垂直穿過銅盤的正弦變化的磁場，不轉(zhuǎn)動銅盤，燈泡中也會有電流流過E

6、 ab兩點電壓大小為abB22BLRBL2第8頁/共32頁abcd為靜置于水平面上的寬度為L而長度足夠長的U型金屬滑軌，bc邊接有電阻R,其它部分電阻不計ef為一可在滑軌平面上滑動、質(zhì)量為m的均勻金屬棒 一均勻磁場B垂直滑軌面。金屬棒以一水平細繩跨過定滑輪，連接一質(zhì)量為M的重物今重物M自靜止開始下落，假定滑輪無質(zhì)量，且金屬棒在運動中均保持與bc邊平行忽略所有摩擦力， (1)求金屬棒作勻速運動時的速率v（忽略bc邊對金屬棒的作用力）。（2）若達到勻速用時為t，則流經(jīng)金屬棒的電量是否為(3)若重物從靜止開始至勻速運動之后的某一時刻下落的總高度為h，求這一過程中電阻R上產(chǎn)生的熱量QRBlMgRt第9

7、頁/共32頁 如圖所示，MN和PQ為平行的水平放置的光滑金屬導軌，導軌電阻不計，ab、cd為兩根質(zhì)量均為m的導體棒垂直于導軌，導體棒有一定電阻，整個裝置處于豎直向下的勻強磁場中，原來兩導體棒都靜止當ab棒受到瞬時沖量而向右以速度v0運動后，（設導軌足夠長，磁場范圍足夠大，兩棒不相碰） Acd棒先向右做加速運動，然后做減速運動Bcd棒向右做勻加速運動Cab棒和cd棒最終將以v0的速度勻速向右運動D從開始到ab、cd都做勻速運動為止，在兩棒的電阻上消耗的電能為420mv第10頁/共32頁方法應用三、變速切割感應電動勢的電路分析與計算. . 這類問題中應當分析切割導體的運動分幾個階段。重點要明確達到

8、穩(wěn)定切割時的條件。一般為最后受力平衡勻速切割或受力恒定勻加速切割。確定速度規(guī)律即可求感應電動勢，分析電路。第11頁/共32頁感悟滲透應用【例8 8】如圖4-94-9所示，光滑的平行導軌P P、Q Q相距l(xiāng)=1ml=1m，處在同一水平面中，導軌左端接有如圖所示的電路，其中水平放置的平行板電容器C C兩極板間距離d=10mmd=10mm，定值電阻R R1 1=R=R3 3=8=8，R R2 2=2=2，導軌電阻不計. .圖4-94-9第12頁/共32頁感悟滲透應用磁感應強度B=0.4TB=0.4T的勻強磁場豎直向下穿過導軌面. .當金屬棒abab沿導軌向右勻速運動( (開關S S斷開) )時，電容

9、器兩極板之間質(zhì)量m=1m=11010-14-14kgkg、帶電量Q=-1Q=-11010-15-15C C的微粒恰好靜止不動；當S S閉合時，微粒以加速度a=7m/sa=7m/s2 2向下做勻加速運動，取g=10m/sg=10m/s2 2，求： (1)(1)金屬棒abab運動的速度多大? ?電阻多大? ? (2)S (2)S閉合后，使金屬棒abab做勻速運動的外力的功率多大? ?第13頁/共32頁感悟滲透應用【解析】(1)(1)帶電微粒在電容器兩極板間靜止時，受向上的電場力和向下的重力作用而平衡，則得到:mg=:mg= 求得電容器兩極板間的電壓 由于微粒帶負電，可知上極板電勢高. . 由于S

10、S斷開，R R1 1上無電流，R R2 2、R R3 3串聯(lián)部分兩端總電壓等于U U1 1，電路中的感應電流，即通過R R2 2、R R3 3的電流為: :dUq1VVqmgdU11001. 0101015141AARRUI1 . 02813211第14頁/共32頁感悟滲透應用 由閉合電路歐姆定律，ab切割磁感線運動產(chǎn)生的感應電動勢為E=U1+Ir 其中r為ab金屬棒的電阻 當閉合S后，帶電微粒向下做勻加速運動，根據(jù)牛頓第二定律，有:mg-U2q/d=ma求得S閉合后電容器兩極板間的電壓:VVqdagmU3 . 01001. 0)710(10)(15142第15頁/共32頁感悟滲透應用這時電路

11、中的感應電流為 I2=U2/R2=0.3/2A=0.15A根據(jù)閉合電路歐姆定律有 將已知量代入求得E=1.2V，r=2 又因E=Blvv=E/(Bl)=1.2/(0.41)m/s=3m/s 即金屬棒ab做勻速運動的速度為3m/s，電阻r=2 )(231312rRRRRRIE第16頁/共32頁感悟滲透應用 (2)S閉合后，通過ab的電流I2=0.15A，ab所受安培力F2=BI2l=0.410.15N=0.06Nab以速度v=3m/s做勻速運動時，所受外力必與安培力F2大小相等、方向相反，即F=0.06N，方向向右(與v同向)，可見外力F的功率為: P=Fv=0.063W=0.18W第17頁/共

12、32頁感悟滲透應用四、交變電流和變壓器電路 電磁感應產(chǎn)生交變電動勢，問題的討論便如同交流電路，要注意最大值、有效值、平均值的概念，電流的功率和熱量的計算用有效值，電量的計算用平均值，要記住交變電動勢最大值Em=NBS.解題思路與處理純電阻直流電路相似. 變壓器原線圈和與之相串聯(lián)的負載作為外電路接在交變電源上，副線圈作為輸出端電源，與副線圈相接的負載作為外電路，原副線圈各自的閉合回路同樣符合閉合電路的有關規(guī)律，原副線圈之間通過電磁互感滿足U1/U2=n1/n2，P入=P出兩個基本公式.第18頁/共32頁感悟滲透應用【例9】如圖4-10所示，一半徑為r的半圓形線圈，以直徑ab為軸勻速轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速為n

13、，ab的左側(cè)有垂直紙面向里的、磁感應強度為B的勻強磁場M、N是兩個集流環(huán)，負載電阻為R，線圈、電流表和導線的電阻不計.圖4-10第19頁/共32頁感悟滲透應用試求： (1)由圖示位置起經(jīng)過1/4轉(zhuǎn)時間內(nèi)負載電阻上產(chǎn)生的熱量； (2)由圖示位置起經(jīng)過1/4轉(zhuǎn)時間內(nèi)通過負載電阻R的電量； (3)電流表示數(shù).第20頁/共32頁感悟滲透應用【解析】線圈由圖示位置開始繞軸勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的交變電流如圖4-11所示，交變電動勢的最大值為：22222BnrnrBBSEm圖4-11第21頁/共32頁感悟滲透應用(1)線圈由圖示位置經(jīng)1/4轉(zhuǎn)時間內(nèi)，電動勢的有效值為： 電阻上產(chǎn)生的熱量為：(2)線圈由圖示位置經(jīng)1

14、/4轉(zhuǎn)時間內(nèi)，電動勢的平均值由法拉第電磁感應定律知E=E/t，通過R的電量為:22222BnrEEmRnrBnRRBnrTRRERtIQ841)22(4)(42422222RrBRtREtIq22第22頁/共32頁感悟滲透應用(3)注意這里電流表的讀數(shù)為有效值，而交流電的有效值是根據(jù)電流的熱效應來定義的，通常應考察一個周期由圖4-11可知，若交流電在一周期內(nèi)的有效值為E，則由有效值定義知 解得E=Em/2，電流表的示數(shù)為:TRETREm222)2/(RBnrREIA222第23頁/共32頁感悟滲透應用【例10】如圖4-12所示，理想變壓器原副線圈匝數(shù)n1n2n3=321副線圈2上接有“8V 8

15、W”的燈泡L1、L2，副線圈3上接有“6V 9W”的燈泡L3、L4，原線圈上接有電阻R=3，當a、b兩端接交變電源后，L1、L2正常發(fā)光，求交變電源的輸出功率.圖4-12第24頁/共32頁感悟滲透應用【解析】交變電源的輸出功率等于原副線圈及其回路中電阻R消耗的功率，也就等于R上的功率與L1、L2、L3、L4各燈消耗的功率之和 由于L1、L2正常發(fā)光，P1=P2=8W，U2=8V 由U1U2U3=n1n2n3=321 得U1=12V,U3=4V 所以L3、L4不能正常發(fā)光 R3=R4= ，4962323PU第25頁/共32頁感悟滲透應用所以L3、L4的實際功率為:P3=P4= .變壓器的輸出功率

16、為: P出=P1+P2+P3+P4=82+42=24W原線圈中電流I1=P出/U1=24/12=2A，R上消耗的電功率P=I21R=223=12W交流電源實際的輸出功率=P+P出=12+24=36WWRU4442323第26頁/共32頁感悟滲透應用五、電磁感應現(xiàn)象在實際生活、生產(chǎn)和科學技術中的應用 此類問題有兩種形式，一種是介紹應用實例，要求指出所包含的電磁感應理論(工作原理)，另一種是擺出實際問題，要求設計出使用方案或制作思想.后者要求較高，不但要熟練應用有關知識理論，還必須有較高的創(chuàng)造性思維能力，綜合運用理論知識和實驗技能.第27頁/共32頁感悟滲透應用【例11】已知某一區(qū)域的地下埋有一根

17、與地面平行的直線電纜，電纜中通有變化的電流，在其周圍有變化的磁場，因此，可以通過在地面上測量閉合試探小線圈中的感應電動勢來探測電纜的確切位置、走向和深度.當線圈平面平行地面時，a、c在兩處測得試探線圈感應電動勢為0，b、d兩處測得試探線圈感應電動勢不為0；當線圈平面與地面成45夾角時，在b、d兩處測得試探線圈感應電動勢為0；經(jīng)測量發(fā)現(xiàn)，a、b、c、d恰好位于邊長為1m的正方形的四個頂角上，第28頁/共32頁感悟滲透應用如圖4-13所示，據(jù)此可以判定地下電纜在 ac 兩點連線的正下方，離地表面的深度為 0.71 m.圖4-13第29頁/共32頁感悟滲透應用【解析】當線圈平面平行地面時，a、c在兩處測得試探線圈感應電動勢為0，b、d兩處測得試探線圈感應電動勢不為0；可以判斷出地下電纜在a、c兩點連線的正下方；如圖4-14