法拉第電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用

1、一、電磁感應(yīng)中的電路問題一、電磁感應(yīng)中的電路問題二、電磁感應(yīng)中的圖像問題二、電磁感應(yīng)中的圖像問題三、電三、電磁感應(yīng)中的力學(xué)問題磁感應(yīng)中的力學(xué)問題四、四、電磁感應(yīng)中的能量問題電磁感應(yīng)中的能量問題一、電磁感應(yīng)中的電路問題一、電磁感應(yīng)中的電路問題1 1. .（平動(dòng)切割）（平動(dòng)切割）如圖所示如圖所示, ,兩根相距為的平行直導(dǎo)軌兩根相距為的平行直導(dǎo)軌abab、cdcd，b b、d d間連有一固定電阻間連有一固定電阻2 2R,R,導(dǎo)軌電阻可忽略不導(dǎo)軌電阻可忽略不計(jì)計(jì).MN.MN為放在為放在abab和和cdcd上的一導(dǎo)體桿上的一導(dǎo)體桿, ,與與abab垂直垂直, ,其電阻為其電阻為R.R.整個(gè)裝置處于勻強(qiáng)磁

2、場(chǎng)中整個(gè)裝置處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中, ,磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B,B,磁磁場(chǎng)方向垂直于導(dǎo)軌所在平面場(chǎng)方向垂直于導(dǎo)軌所在平面( (指向圖中紙面內(nèi)指向圖中紙面內(nèi)).).現(xiàn)對(duì)現(xiàn)對(duì)MNMN施力使它沿導(dǎo)軌方向以速度施力使它沿導(dǎo)軌方向以速度v(v(如圖如圖) )做勻速運(yùn)動(dòng)做勻速運(yùn)動(dòng). .求求（1 1）導(dǎo)體棒中的電流大小和方向。）導(dǎo)體棒中的電流大小和方向。（2 2）導(dǎo)體棒）導(dǎo)體棒兩端電壓兩端電壓。（3 3）電阻）電阻R R的熱功率。的熱功率。2 課本課本2020頁例題頁例題2 2： 2. 2. 如圖所示，把電阻為如圖所示，把電阻為R=18R=18的均勻?qū)Ь€彎成金屬圓的均勻?qū)Ь€彎成金屬圓環(huán)，將圓環(huán)垂直于

3、勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向固定，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)環(huán)，將圓環(huán)垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向固定，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為強(qiáng)度為B=5TB=5T，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里，一根電阻為，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里，一根電阻為r=4.5r=4.5的直導(dǎo)線的直導(dǎo)線PQPQ，沿圓環(huán)平面向左以，沿圓環(huán)平面向左以3m/s3m/s的速度的速度勻速滑行，速度方向與勻速滑行，速度方向與PQPQ垂直，滑行中直導(dǎo)線與圓環(huán)垂直，滑行中直導(dǎo)線與圓環(huán)緊密接觸（忽略接觸處的電阻和摩擦），當(dāng)它通過環(huán)緊密接觸（忽略接觸處的電阻和摩擦），當(dāng)它通過環(huán)上直徑位置時(shí)，求：上直徑位置時(shí)，求：（1 1）畫出它的等效電路圖。）畫出它的等效電路圖。（2 2）直導(dǎo)線上產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)。）直導(dǎo)線上產(chǎn)

4、生的電動(dòng)勢(shì)。（3 3）PQPQ兩端的電壓。兩端的電壓。課本課本3535頁第頁第1111題：題：3. （轉(zhuǎn)動(dòng)切割）（轉(zhuǎn)動(dòng)切割）如右圖所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度如右圖所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度B2 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有一個(gè)半徑的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有一個(gè)半徑r0.5 m的金屬圓環(huán)圓的金屬圓環(huán)圓環(huán)所在的平面與磁感線垂直環(huán)所在的平面與磁感線垂直O(jiān)A是一個(gè)金屬棒，它是一個(gè)金屬棒，它沿著順時(shí)針方向以沿著順時(shí)針方向以12 rad/s的角速度繞圓心的角速度繞圓心O勻速轉(zhuǎn)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)A端始終與圓環(huán)相接觸，端始終與圓環(huán)相接觸，OA棒的電阻棒的電阻R1.0 ，圖中定值電阻圖中定值電阻R15 ，R220 ，電壓表為理想電，電壓表為理想電壓表圓環(huán)

5、和連接導(dǎo)線的電阻忽略不計(jì)，壓表圓環(huán)和連接導(dǎo)線的電阻忽略不計(jì)，求：理想電壓表的讀數(shù)求：理想電壓表的讀數(shù) 課本課本3434頁頁 第第7 7題題 4.4.（面積不變，磁場(chǎng)變化）（面積不變，磁場(chǎng)變化）截面積為截面積為0.2m0.2m2 2的的100100匝線圈匝線圈A A，處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于線圈平面，如圖所示，磁感應(yīng)強(qiáng)，處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于線圈平面，如圖所示，磁感應(yīng)強(qiáng)度度B B隨時(shí)間變化的規(guī)律為隨時(shí)間變化的規(guī)律為B=0.6-0.02tB=0.6-0.02t（T T）（）（t t為時(shí)間，單位為秒），為時(shí)間，單位為秒），開始時(shí)開始時(shí)S S未閉合，未閉合，R1=4R1=4，R2=6R2

6、=6，C=30FC=30F，線圈電阻不計(jì)，求：，線圈電阻不計(jì)，求：（1 1）閉合）閉合S S后，通過后，通過R2R2的電流的大小和方向的電流的大小和方向（2 2）閉合）閉合S S后一段時(shí)間又?jǐn)嚅_，則后一段時(shí)間又?jǐn)嚅_，則S S斷開后，通過斷開后，通過R2R2的電量是多少？的電量是多少？ 電路問題解題思路1.1.畫出等效電路畫出等效電路( (產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)那部分導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)那部分導(dǎo)體相當(dāng)于電源，注意電源的正負(fù)極相當(dāng)于電源，注意電源的正負(fù)極) )2.2.求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：（求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：（1)1)導(dǎo)體棒平動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)體棒平動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng) （2 2）閉合回路）閉合回路3.3-13.3-1電路一章閉合電路知識(shí)

7、綜合運(yùn)用電路一章閉合電路知識(shí)綜合運(yùn)用寫在作業(yè)本上寫在作業(yè)本上作業(yè)：課本作業(yè)：課本23 頁第頁第1題，課本題，課本24頁第頁第5題目題目電磁感應(yīng)中的圖像問題電磁感應(yīng)中的圖像問題電磁感應(yīng)中常涉及磁感應(yīng)強(qiáng)度電磁感應(yīng)中常涉及磁感應(yīng)強(qiáng)度B B、磁通量、磁通量、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E E和感應(yīng)電流和感應(yīng)電流I I隨時(shí)間隨時(shí)間t t變化的圖變化的圖像，即像，即B-tB-t圖像、圖像、-t-t圖圖像、像、E-t E-t 圖像和圖像和I-tI-t圖像等。圖像等。 1.1.匝數(shù)為匝數(shù)為n n200200的線圈回路總電阻的線圈回路總電阻R R5050， 整個(gè)線圈平面均有垂直于線框平面的勻強(qiáng)磁整個(gè)線圈平面均有垂直于線

8、框平面的勻強(qiáng)磁 場(chǎng)穿過，磁通量場(chǎng)穿過，磁通量隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖所隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖所 示，求：線圈中的感應(yīng)電流的大小。示，求：線圈中的感應(yīng)電流的大小。 2.2.單匝矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，若線圈所圍面單匝矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，若線圈所圍面積里磁通量隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖所示（正弦圖象積里磁通量隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖所示（正弦圖象一部分），則（）一部分），則（）A.A.線圈中線圈中0 0時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為0 0B.B.線圈中線圈中0 0時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大C.C.線圈中線圈中DD時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為0 0D.D.線圈中線圈中A A時(shí)刻感應(yīng)電

9、動(dòng)勢(shì)大于時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大于B B時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 3.3.如圖所示，用絕緣導(dǎo)線繞制的閉合線圈，共如圖所示，用絕緣導(dǎo)線繞制的閉合線圈，共100100匝，匝，線圈總電阻為線圈總電阻為R=0.5R=0.5，單匝線圈的面積為，單匝線圈的面積為30cm30cm2 2。整個(gè)線圈放在垂直線圈平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，如果勻強(qiáng)整個(gè)線圈放在垂直線圈平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，如果勻強(qiáng)磁場(chǎng)以如圖所示變化，求線圈中感應(yīng)電流的大小。磁場(chǎng)以如圖所示變化，求線圈中感應(yīng)電流的大小。 4.有一面積為有一面積為S100cm2的金屬環(huán)，電阻為的金屬環(huán)，電阻為R0.1，環(huán)中磁場(chǎng)變化規(guī)律如圖所示，磁場(chǎng)方，環(huán)中磁場(chǎng)變化規(guī)律如圖所示，磁場(chǎng)方向

10、垂直環(huán)面向里，則在向垂直環(huán)面向里，則在t1t2時(shí)間內(nèi)通過金屬環(huán)時(shí)間內(nèi)通過金屬環(huán)某一截面的電荷量為多少？某一截面的電荷量為多少？ 5.5.（20142014惠州一調(diào)惠州一調(diào)）如圖甲，單匝圓形金）如圖甲，單匝圓形金屬線圈電阻恒定不變，在線圈的圓形區(qū)域內(nèi)屬線圈電阻恒定不變，在線圈的圓形區(qū)域內(nèi)有垂直向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，在時(shí)間有垂直向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，在時(shí)間t t內(nèi)要使線內(nèi)要使線圈中產(chǎn)生大小、方向恒定不變的電流，勻強(qiáng)圈中產(chǎn)生大小、方向恒定不變的電流，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)按下列哪種情況變化？磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)按下列哪種情況變化？6.(6.(20102010廣東高考第廣東高考第1616題題) )如如圖所示，平行導(dǎo)

11、軌間有一矩圖所示，平行導(dǎo)軌間有一矩形的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，細(xì)金屬形的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，細(xì)金屬棒棒PQPQ沿導(dǎo)軌從沿導(dǎo)軌從MNMN處勻速運(yùn)動(dòng)處勻速運(yùn)動(dòng)到到M M N N 的過程中，棒上感應(yīng)的過程中，棒上感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)E E隨時(shí)間隨時(shí)間t t變化的圖示，變化的圖示，以下可能正確的是以下可能正確的是7.（2013惠州一調(diào)研惠州一調(diào)研）如圖所示，在）如圖所示，在x0的區(qū)域內(nèi)的區(qū)域內(nèi)存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的方向垂存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的方向垂 直于紙面向直于紙面向里矩形線框里矩形線框abcd從從t=0時(shí)刻起由靜止開始沿時(shí)刻起由靜止開始沿x 軸正方向做勻加速運(yùn)動(dòng)，則線框中的感應(yīng)電流軸正方向做勻加速運(yùn)動(dòng)，則線框中的感應(yīng)電流

12、I（取逆時(shí)針方向的電流為正）隨時(shí)間（取逆時(shí)針方向的電流為正）隨時(shí)間t的變化圖的變化圖線是線是8.8.矩矩形導(dǎo)線框形導(dǎo)線框abcdabcd固定在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感線的方向固定在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感線的方向與導(dǎo)線框所在平面垂直，規(guī)定磁場(chǎng)的正方向垂直紙面與導(dǎo)線框所在平面垂直，規(guī)定磁場(chǎng)的正方向垂直紙面向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度B B隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖所示。若規(guī)隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖所示。若規(guī)定順時(shí)針方向?yàn)楦袘?yīng)電流定順時(shí)針方向?yàn)楦袘?yīng)電流i i的正方向，下列各圖中正確的正方向，下列各圖中正確的是的是 9.一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直紙面，規(guī)定向里的方向?yàn)檎Ｔ诖艌?chǎng)中有一細(xì)金屬圓環(huán)，線圈平面位于紙面內(nèi)，如圖1所

13、示?，F(xiàn)令磁感強(qiáng)度B隨時(shí)間t變化，先按圖2中所示的oa圖線變化，后來又按圖線bc和cd變化，令1、2、3分別表示這三段變化過程中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，I1、I2、I3分別表示對(duì)應(yīng)的感應(yīng)電流，則 A、12，I1沿逆時(shí)針方向，I2沿順時(shí)針方向B、12，I1沿逆時(shí)針方向，I2沿順時(shí)針方向C、12，I2沿順時(shí)針方向，I3沿逆時(shí)針方向D、23，I2沿順時(shí)針萬向，I3沿順時(shí)針方向 求解電磁感應(yīng)中的圖象問題，必須明確三個(gè)方面，求解電磁感應(yīng)中的圖象問題，必須明確三個(gè)方面，一、縱一、縱橫坐標(biāo)分別表示什么物理量；橫坐標(biāo)分別表示什么物理量；二、圖二、圖像斜率的含義像斜率的含義三、明確正、負(fù)方三、明確正、負(fù)方向向，正、負(fù)表

14、示物理量的方向，正、負(fù)表示物理量的方向四、是四、是明確研究過程。明確研究過程。電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用三：力和運(yùn)動(dòng)問題RFm rMNQPabB情景一（水平導(dǎo)軌）情景一（水平導(dǎo)軌）：如圖如圖B=0.2TB=0.2T，金屬棒，金屬棒abab向向右勻速運(yùn)動(dòng)，右勻速運(yùn)動(dòng)，v=5m/sv=5m/s、L=40cmL=40cm，電阻，電阻R=0.5,R=0.5,其其余電阻不計(jì)，摩擦也不計(jì)，試求：余電阻不計(jì)，摩擦也不計(jì)，試求：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小 感應(yīng)電流的大小和方向感應(yīng)電流的大小和方向使金屬棒勻速運(yùn)動(dòng)所需的拉力。使金屬棒勻速運(yùn)動(dòng)所需的拉力。 4 . 054 . 02 . 0 BLVEAREI8 .05

15、 .04 .0楞次定律：由b沿導(dǎo)體棒至aGNFF安PQNNBILF064. 04 . 08 . 02 . 0解：情境二（豎直導(dǎo)軌）：情境二（豎直導(dǎo)軌）：如圖，把導(dǎo)軌豎直放在勻強(qiáng)磁如圖，把導(dǎo)軌豎直放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)的方向垂直于導(dǎo)軌平面向外。有一定質(zhì)場(chǎng)中，磁場(chǎng)的方向垂直于導(dǎo)軌平面向外。有一定質(zhì)量的導(dǎo)體量的導(dǎo)體ACAC可以貼著光滑豎直長(zhǎng)導(dǎo)軌下滑。導(dǎo)軌接可以貼著光滑豎直長(zhǎng)導(dǎo)軌下滑。導(dǎo)軌接上電阻上電阻R R，導(dǎo)軌和導(dǎo)體的電阻忽略不計(jì)。導(dǎo)體，導(dǎo)軌和導(dǎo)體的電阻忽略不計(jì)。導(dǎo)體ACAC從靜從靜止開始下落，請(qǐng)分析導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)情況和最大速度。止開始下落，請(qǐng)分析導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)情況和最大速度。導(dǎo)體受力運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)

16、電流通電導(dǎo)體受安培力合外力變化加速度變化速度變化加速度等于零時(shí)，導(dǎo)體達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)加速度等于零時(shí)，導(dǎo)體達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)情境三（斜面導(dǎo)軌）：情境三（斜面導(dǎo)軌）：已知：已知：ABAB、CDCD足夠長(zhǎng)，足夠長(zhǎng)，L L，B B，R R。金屬棒。金屬棒abab垂直于導(dǎo)軌放置，與導(dǎo)軌垂直于導(dǎo)軌放置，與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為間的動(dòng)摩擦因數(shù)為，質(zhì)量為，質(zhì)量為m m，從靜止開始，從靜止開始沿導(dǎo)軌下滑，導(dǎo)軌和金屬棒的電阻阻都不計(jì)。沿導(dǎo)軌下滑，導(dǎo)軌和金屬棒的電阻阻都不計(jì)。求求abab棒下滑的最大速度棒下滑的最大速度? ?DCABBabRGNfF安安分析與解：分析與解：mgsin=F安安+ff=mgcosF安安=Bm

17、Lm=BLVm/R所以：所以：Vm=mg(sin-cos)R/B2L2列式列式基本方法：基本方法：用用法拉第電磁感應(yīng)定律法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律求感應(yīng)電動(dòng)和楞次定律求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和方向勢(shì)的大小和方向閉合電路歐姆定律閉合電路歐姆定律求回路中的電流的大小求回路中的電流的大小根據(jù)受力平衡或牛頓第二定律根據(jù)受力平衡或牛頓第二定律分析研究導(dǎo)體受分析研究導(dǎo)體受力情況力情況(包括安培力包括安培力)作業(yè)布置：課本P35頁：第9題再加一個(gè)問題：求導(dǎo)體ab的最大速度？電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用四： 能量問題 1電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化圖圖158在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的那部分導(dǎo)在電磁感應(yīng)現(xiàn)

18、象中，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的那部分導(dǎo)體相當(dāng)于體相當(dāng)于_.如果電路閉合，電路中會(huì)產(chǎn)生如果電路閉合，電路中會(huì)產(chǎn)生_，而導(dǎo)體又處在磁場(chǎng)中，因此導(dǎo)體將，而導(dǎo)體又處在磁場(chǎng)中，因此導(dǎo)體將受到受到_的作用如圖的作用如圖158所示所示導(dǎo)體導(dǎo)體ab向右運(yùn)動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生由向右運(yùn)動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生由_流向流向_的感應(yīng)電的感應(yīng)電流，在磁場(chǎng)中，通電導(dǎo)體流，在磁場(chǎng)中，通電導(dǎo)體ab要受到要受到_的安培的安培力作用力作用電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電能是通過克服電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電能是通過克服_做做功轉(zhuǎn)化而來的克服功轉(zhuǎn)化而來的克服_做了多少功，就有做了多少功，就有多少多少_產(chǎn)生，而這些產(chǎn)生，而這些_又通過電流做功而又通過電流做功而轉(zhuǎn)化為其它形式的能

19、因此，電磁感應(yīng)現(xiàn)象符合轉(zhuǎn)化為其它形式的能因此，電磁感應(yīng)現(xiàn)象符合能量守恒定律能量守恒定律電源電源感應(yīng)電流感應(yīng)電流安培力安培力ba向左向左安培力安培力安培力安培力電能電能電能電能1、如圖所示，水平、如圖所示，水平U形光滑框架的寬度為形光滑框架的寬度為 1m，電阻，電阻忽略不計(jì)，導(dǎo)體棒忽略不計(jì)，導(dǎo)體棒ab的質(zhì)量的質(zhì)量m=0.2kg、電阻、電阻R=0.1，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.1T，方向垂直框架平面，方向垂直框架平面向上現(xiàn)用向上現(xiàn)用1N的外力的外力F由靜止開始向右拉由靜止開始向右拉ab棒，當(dāng)棒，當(dāng)ab棒的速度達(dá)到棒的速度達(dá)到1m/s時(shí)，求：時(shí)，求：（1）ab棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小；棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小；（2）ab棒的加速度大小棒的加速度大小 （3） 若若ab棒向右移動(dòng)的位移為棒向右移動(dòng)的位移為2m，求這一過程導(dǎo)，求這一過程導(dǎo)體棒電阻消耗的電功？體棒電阻消耗的電功？ 2、已知：已知：AB、CD足夠長(zhǎng)，足夠長(zhǎng)，L，B，R。金屬。金屬棒棒ab垂直于光滑導(dǎo)軌垂直于光滑導(dǎo)軌，電阻也為電阻也為R，質(zhì)量