電磁感應(yīng)四大專題課件

專題:電磁感應(yīng)規(guī)律的綜合應(yīng)用電磁感應(yīng)規(guī)律綜合應(yīng)用的常見(jiàn)題型2、電磁感應(yīng)中的力學(xué)問(wèn)題1、電磁感應(yīng)中的電路問(wèn)題3、電磁感應(yīng)中的能量問(wèn)題4、電磁感應(yīng)中的圖象問(wèn)題1、線圈50匝、橫截面積20cm2、電阻為1Ω；已知電阻R=99Ω；磁場(chǎng)豎直向下，磁感應(yīng)強(qiáng)度以100T/s的變化度均勻減小。在這一過(guò)程中通過(guò)電阻R的電流大小和方向？BR利用楞次定律判斷方向利用閉合電路歐姆定律求電流一、電磁感應(yīng)中的電路問(wèn)題RI畫(huà)等效電路圖2、如圖,邊長(zhǎng)為L(zhǎng)均勻的正方形金屬框架abcd總電阻為R，框架以速度v向右勻速平動(dòng)，經(jīng)過(guò)磁感強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。求下列三種情況ab之間的電勢(shì)差：(1)只有ab進(jìn)入磁場(chǎng)。(2)線框全部進(jìn)入磁場(chǎng)。(3)只有ab邊離開(kāi)磁場(chǎng)。(1)Uab=3BLv/4(2)Uab=BLv(3)Uab=BLv/4abcdvB3、如圖所示，EF、GH為平行的金屬導(dǎo)軌，其電阻可不計(jì)，R為電阻，C為電容器，AB為可在EF和GH上滑動(dòng)的導(dǎo)體橫桿。有均勻磁場(chǎng)垂直于導(dǎo)軌平面。若用I1和I2分別表示圖中該處導(dǎo)線中的電流，則當(dāng)橫桿AB（

）A勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，I1=0，I2=0B勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，I1≠0，I2=0C加速滑動(dòng)時(shí)，I1=0，I2=0D加速滑動(dòng)時(shí)，I1≠0，I2≠0×××××××××××××××××××××××××××××××××××EFGHRCI1I2ABBD4、圓環(huán)水平放置、半徑為a、總電阻為2R；磁場(chǎng)豎直向下、磁感強(qiáng)度為B；導(dǎo)體棒MN長(zhǎng)為2a、電阻為R、粗細(xì)均勻、與圓環(huán)始終保持良好的電接觸；當(dāng)金屬棒以恒定的速度v向右移動(dòng)經(jīng)過(guò)環(huán)心O時(shí)，求：（1）棒上電流的大小和方向及棒兩端的電壓UMN（2）在圓環(huán)和金屬棒上消耗的總的熱功率。BvMNo利用E=BLV求電動(dòng)勢(shì)，右手定則判斷方向分析電路畫(huà)等效電路圖RREMrN利用UMN=IR外求路端電壓利用P=IE求總功率I解題方法：1、用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律（或右手定則）確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和方向。2、畫(huà)等效電路。3、運(yùn)用閉合電路歐姆定律、串并聯(lián)電路性質(zhì)、電功率等公式聯(lián)立求解。例1如圖所示，兩根相距為L(zhǎng)的豎直平行金屬導(dǎo)軌位于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，另外兩根與上述光滑導(dǎo)軌保持良好接觸的金屬桿ab、cd質(zhì)量均為m，電阻均為R。若要使cd靜止不動(dòng)，則ab桿應(yīng)以多大的速度向哪個(gè)方向運(yùn)動(dòng)？此時(shí)ab桿上所受外力大小是多少？二、電磁感應(yīng)中的力學(xué)問(wèn)題×××××××××××××××××××××××××××××××××××abcddcabmgF安mgF外F安F安=BIL=B2L2V/2R=mgF外=2mgV=2Rmg/B2L2例1：定值電阻R，導(dǎo)體棒ab電阻r，水平光滑導(dǎo)軌間距l(xiāng)，勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，當(dāng)棒ab以速度v向右勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)：產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)回路電流ab兩端電壓電路的總功率ab棒消耗的電功率（若問(wèn)電阻R消耗的功率=？問(wèn)題1：

vRabr二、電磁感應(yīng)中的力學(xué)問(wèn)題

vRab問(wèn)題2：棒ab受到的安培力為多大；要使棒ab勻速運(yùn)動(dòng)，要施加多大的外力，方向如何？問(wèn)題3：整個(gè)回路中消耗的電能從哪里轉(zhuǎn)化來(lái)的，它們之間有什么樣的關(guān)系？外力F對(duì)棒ab做功FRab變式：其他條件不變，ab棒質(zhì)量為m，開(kāi)始靜止，當(dāng)受到一個(gè)向右恒力F的作用，則：r問(wèn)1：ab將如何運(yùn)動(dòng)？問(wèn)2：ab的最大速度是多少？這時(shí)ab兩端的電壓為多少？問(wèn)3：ab的速度達(dá)到最大值前，外力做功功率與回路的電功率有什么樣的關(guān)系？P外﹥P電，W外=Q熱+△EK加速度a減小的加速運(yùn)動(dòng)V-t圖vtvmoFRabr問(wèn)4：若ab從靜止開(kāi)始向右運(yùn)動(dòng)位移為x時(shí)，速度達(dá)到最大值vm，這一過(guò)程中回路產(chǎn)生的焦耳熱為多少，ab產(chǎn)生的焦耳熱又為多少？FRabr問(wèn)5：在上述過(guò)程中，通過(guò)回路某一橫截面的電量為多少？FRabr問(wèn)6：若ab棒速度達(dá)到vm后撤去外力F，之后做什么運(yùn)動(dòng)？這一過(guò)程中回路產(chǎn)生的焦耳熱為多少，ab產(chǎn)生的焦耳熱又為多少？otvFRabr變式2：其他條件不變，ab棒質(zhì)量為m，開(kāi)始時(shí)靜止，當(dāng)受到一水平向右拉力的作用，若拉力的功率P保持不變，則：?jiǎn)?：ab將如何運(yùn)動(dòng)？問(wèn)2：ab的最大速度是多少？這時(shí)ab兩端的電壓為多少？F減小，F(xiàn)安增加，做加速度a減小的加速運(yùn)動(dòng)FRabr問(wèn)3：若ab向右運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t時(shí)，速度達(dá)到最大值vm，這一過(guò)程中回路產(chǎn)生的焦耳熱為多少，電阻R產(chǎn)生的焦耳熱又為多少？例2、已知：AB、CD足夠長(zhǎng)，L，α，B，R。金屬棒ab垂直于導(dǎo)軌放置，與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，質(zhì)量為m，從靜止開(kāi)始沿導(dǎo)軌下滑，導(dǎo)軌和金屬棒的電阻阻都不計(jì)。求ab棒下滑的最大速度二、電磁感應(yīng)中的力學(xué)問(wèn)題ααDCABBabRmgF安Nf受力分析運(yùn)動(dòng)分析:mgsinα-μmgcosα-F安=ma加速度越來(lái)越小的加速運(yùn)動(dòng)a=0時(shí)速度達(dá)到最大,之后做勻速運(yùn)動(dòng)其中：F安=B2L2V/RααDCABBabR總結(jié)規(guī)律，發(fā)散思維ααDCABBabR

vRabFRabθabBF×××××××××mabRh}fabcdeFabcdvaBv解題步驟：1、用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和方向。2、全電路歐姆定律求回路中的電流強(qiáng)度3、分析導(dǎo)體受力情況（包含安培力，用左手定則）4、列動(dòng)力學(xué)方程求解。例1、水平面光滑，金屬環(huán)r=10cm、R=1Ω、m=1kg，V0=10m/s向右勻速滑向有界磁場(chǎng)，勻強(qiáng)磁場(chǎng)B=0.5T；從環(huán)剛進(jìn)入磁場(chǎng)算起，到剛好有一半進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，圓環(huán)釋放了32J的熱量，求：（1）此時(shí)圓環(huán)中電流的瞬時(shí)功率；（2）此時(shí)圓環(huán)運(yùn)動(dòng)的加速度。Bv三、電磁感應(yīng)中的能量問(wèn)題問(wèn)題1：圓環(huán)水平方向受到什么力作用？問(wèn)題2：這個(gè)力做正功還是負(fù)功？問(wèn)題3：圓環(huán)的動(dòng)能將如何變化？問(wèn)題4：動(dòng)能減少轉(zhuǎn)化成什么能？問(wèn)題5：電能又轉(zhuǎn)化成什么能？安培力負(fù)功減少電能內(nèi)能解：（1）由動(dòng)能定律有：BvV0VmV2/2-mV02/2=-W安而：W安=Q即：V=6m/s圓環(huán)進(jìn)入一半時(shí)所受安培力：F安=B2L2V/R則此時(shí)瞬時(shí)功率：P=FV=B2(2r)2V2/R=36W（2）由牛頓第二定律：F合=F安=ma即：a=6m/s2F安①導(dǎo)體切割磁感線或磁通量發(fā)生變化在回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，其他形式的能量轉(zhuǎn)化為電能。②具有感應(yīng)電流的導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受安培力作用,通過(guò)電阻發(fā)熱，又可使電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，因此電磁感應(yīng)過(guò)程總是伴隨著能量的轉(zhuǎn)化。三、電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化其他形式的能量安培力做功電能轉(zhuǎn)化純電阻電路中內(nèi)能轉(zhuǎn)化證明：導(dǎo)體桿克服安培力所做的功恒等于電路中產(chǎn)生的總電能，若是純電阻電路，則等于全電路產(chǎn)生的焦耳熱，即W安=W電=Q

1、如圖所示,長(zhǎng)L1寬L2的矩形線圈電阻為R,處于磁場(chǎng)為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)邊緣,線圈與磁感線垂直.將線圈以向右的速度V勻速拉出磁場(chǎng)的過(guò)程中,求:(1)拉力F的大小;(2)拉力的功率P;(3)拉力做的功W(4)線圈中產(chǎn)生的電熱;(5)通過(guò)線圈某橫截面的電荷量q.三、電磁感應(yīng)中的能量問(wèn)題L2L1V等效電路R解析(1)I=E/RF=F安=B2L22V/RF安=BIL(2)P=FV=B2L22V2/R(3)WF=FL1=B2L22VL1/R(4)Q=I2Rt=B2L22VL1/R=WF(5)q=△φ/R=BL1L2/R=W安E=BL2V法拉第定律求電動(dòng)勢(shì)：歐姆定律求電流：而安培力：則由力平衡有：拉力的功：拉力的功率：焦耳定律求熱量：由電磁感應(yīng)的電荷量公式2、θ=30o，L=1m，B=1T，導(dǎo)軌光滑電阻不計(jì)，F(xiàn)功率恒定且為6W，m=0.2kg、R=1Ω，ab由由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，當(dāng)s=2.8m時(shí)，獲得穩(wěn)定速度，在此過(guò)程中ab產(chǎn)生的熱量Q=5.8J，g=10m/s2，求：（1）ab棒的穩(wěn)定速度（2）ab棒從靜止開(kāi)始達(dá)到穩(wěn)定速度所需時(shí)間。θabBF三、電磁感應(yīng)中的能量問(wèn)題θabBF圖形平面化mgNF安Fqsin)1(mgFF安+=速度穩(wěn)定時(shí)QmghEPtK++=法二：從能量的角度看：式中：F為變力，且F=P/V（2）法一：動(dòng)能定理列式：mV2/2–0=F安=B2L2V/RWF–mgh–w安式中：

W安=QWF=Pt例1、如圖所示為穿過(guò)某線路的磁通量Φ隨時(shí)間t變化的關(guān)系圖，試根據(jù)圖說(shuō)明：（1）穿過(guò)某線路的磁通量Φ何時(shí)最大？何時(shí)最小？（2）Δφ/Δt何時(shí)最大？何時(shí)最??？（3）感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E何時(shí)最大？何時(shí)最?。喀祎Ot1t2t3t4注意區(qū)分幾個(gè)物理量：①Φ、Δφ、Δφ/Δt②E只與Δφ/Δt有關(guān)，而與Φ、Δφ無(wú)關(guān)。四、電磁感應(yīng)中的圖象問(wèn)題例2:如圖(甲)所示，一閉合金屬圓環(huán)處在垂直圓環(huán)平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。若磁感強(qiáng)度B隨時(shí)間t按如圖(乙)所示的規(guī)律變化，設(shè)圖中磁感強(qiáng)度垂直紙面向里為正方向，環(huán)中感生電流沿順時(shí)針?lè)较驗(yàn)檎较?。則環(huán)中電流隨時(shí)間變化的圖象可能是下圖中的（）D例3、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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所示．現(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(lái)又按圖線bc和cd變化，令ε1；ε2、ε3分別表示這三段變化過(guò)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．ε1＞ε2，I1沿逆時(shí)針?lè)较?，I2沿順時(shí)針?lè)较?/p>

B．ε1＜ε2，I1沿逆時(shí)針?lè)较?，I2沿順時(shí)針?lè)较?/p>

C．ε1＜ε2，I2沿順時(shí)針?lè)较?，I3沿逆時(shí)針?lè)较?/p>

D．ε2＝ε3，I2沿順時(shí)針?lè)较?，I3沿順時(shí)針?lè)较駼D例4：若規(guī)定磁感應(yīng)強(qiáng)度B向里為正方向，線圈中感應(yīng)電流i順時(shí)針時(shí)為正方向（如圖所示），已知線圈中感生電流i隨時(shí)間而變化的圖象如圖所示，則磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間而變化的圖象可能是（

）

BitBBBBttttABCDCD例5：勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B=0.2T，磁場(chǎng)寬度L=3m，一正方形金屬框邊長(zhǎng)ab=d=1m，每邊電阻r=0.2Ω，金屬框以v=10m/s的速度勻速穿過(guò)磁場(chǎng)區(qū)，其平面始終一磁感線方向垂直，如圖所示。

(1)畫(huà)出金屬框穿過(guò)磁場(chǎng)區(qū)的過(guò)程中，金屬框內(nèi)感應(yīng)電流的(i-t)圖線。(以順時(shí)針?lè)较螂娏鳛檎?

(2)畫(huà)出ab兩端電壓的U-t圖線adbcvLBt/si/A02.5-2.50.10.20.30.4adbcvLBUab/V00.10.20.30.42-21-1t/sI=BdV/4R=2.5A解：（1）由法拉第電磁感應(yīng)定律及歐姆定律有：進(jìn)磁場(chǎng)過(guò)程中：Uab=IRab=0.5V（2）由歐姆定律和勻速運(yùn)動(dòng)可知：t1=d/V=0.1s在磁場(chǎng)內(nèi)：Uab=E=BdV=2Vt2=L-d/V=0.2s出磁場(chǎng)過(guò)程中：Uab=E-Ir=1.5Vt3=d/V=0.1s例6：如圖(甲）中，A是一邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形導(dǎo)線框，電阻為R。今維持A以恒定的速度v沿x軸運(yùn)動(dòng)，穿過(guò)如圖所示的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的有界區(qū)域。若沿x軸的正方向?yàn)榱Φ恼较?，框在圖示位置的時(shí)刻作為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，則磁場(chǎng)對(duì)線框的作用力F隨時(shí)間t的變化圖線為圖（乙）中的（）Bx四、電磁感應(yīng)中的圖象問(wèn)題例7：如圖所示，半徑為R的閉合金屬環(huán)處于垂直于環(huán)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，現(xiàn)用平行環(huán)面的拉力F，欲將金屬環(huán)從磁場(chǎng)的邊界勻速拉出，則拉力F隨金屬環(huán)的位置的變化如下圖中的()RR2ROFxR2ROFxR2ROFxR2ROFxABCDD例8、如圖所示豎直放置的螺線管和導(dǎo)線abcd構(gòu)成回路，螺線管下方水平桌面上有一導(dǎo)體環(huán)。當(dāng)導(dǎo)線abcd所圍區(qū)域內(nèi)的磁場(chǎng)按下列哪一圖示方式變化時(shí)，導(dǎo)體環(huán)將受到向上的磁場(chǎng)力作用？adcb××××××××××B0tB0tB0tB0tBABCD[A]四、電磁感應(yīng)中的圖象問(wèn)題1、常見(jiàn)的圖象有：B-tΦ-tE-tU-tI-t

F-t

E-xU-xI-x

F-x等圖象(1)以上B、Φ、E、U、I、F等各矢量是有方向的，通

常用正負(fù)表示。(具體由楞次定律判斷)(2)以上各物理量的大小由法拉第電磁感應(yīng)定律計(jì)算（3）需注意的問(wèn)題：磁通量是否變化以及變化是否均勻，

感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(感應(yīng)電流)大小以及是否恒定，

感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(感應(yīng)電流)的方向，

電磁感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生的過(guò)程