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2.2.2電磁感應(yīng)問題專題講解問題分類一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中感應(yīng)電荷量的計算二、電磁感應(yīng)與圖象綜合問題三、電磁感應(yīng)與電路綜合問題四、電磁感應(yīng)中的動力學(xué)與平衡問題五、電磁感應(yīng)中的能量問題一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中感應(yīng)電荷量的計算(1)公式推導(dǎo):只要穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化,閉合電路中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流,設(shè)在時間Δt內(nèi)通過導(dǎo)體很界面的電荷量為q,則根據(jù)電流的定義式:上式中n為線圈的匝數(shù),ΔΦ為磁通量得變化量,R為閉合電路的總電阻。一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中感應(yīng)電荷量的計算(2)公式理解:1、感應(yīng)電荷量
與磁通量的變化量大小有關(guān),而與磁通量變化快慢無關(guān),即無論磁通量變化是否均勻,都可用此式計算通過導(dǎo)體橫截面的電荷量。2、磁通量的變化量ΔΦ是指穿過某一面積末時刻的磁通量Φ2與穿過這一面積初時刻的磁通量Φ1之差,即ΔΦ=|Φ2-Φ1|,在計算ΔΦ時,通常只取其絕對值,如果Φ2與Φ1從不同方向穿過某一相同的面積,那么它們的符號相反。例題1例題1、如圖所示,在一長直導(dǎo)線右側(cè)放一矩形線框abcd,導(dǎo)線中通有穩(wěn)恒電流Ⅰ,現(xiàn)將線框由位置Ⅰ移到位置Ⅱ,第一次是平移,第二次是以bc邊為軸旋轉(zhuǎn)180°,兩次線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電量分別為Q1和Q2,則()A.Q1>Q2 B.Q1=Q2 C.Q1<Q2 D.無法確定Q1與Q2的大小關(guān)系C例題2例題2、
如圖所示,將一半徑為r的金屬圓環(huán)在垂直于環(huán)面的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中用力握中間成“8”字型,并使上、下兩圓半徑相等.如果環(huán)的電阻為R,則此過程中流過環(huán)的電荷量為(
)B二、電磁感應(yīng)與圖象綜合問題一、圖像問題的三種類型(1)由給定的電磁感應(yīng)過程選出或畫出正確的圖像。(2)由給定的有關(guān)圖像分析電磁感應(yīng)過程,求解相應(yīng)的物理量。(3)根據(jù)圖像定量計算。二、分析方法研究這些圖像時,主要弄清楚坐標(biāo)軸表示的物理量、截距、斜率等的物理意義,要注意相關(guān)規(guī)律的應(yīng)用,如右手定則、楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律等。求解釋要注意分清“過程段”,對每個階段導(dǎo)體的切割情況或回路的變化情況都要仔細(xì)分析,并進(jìn)一步確定電動勢和電流等的變化規(guī)律,有的甚至要對線框進(jìn)行受力分析和運動分析。例題3例題3、如圖所示,一個邊長為L的正方形導(dǎo)線框沿x軸正方向勻速穿過勻強(qiáng)磁場區(qū)域。以x軸的正方向為安培力的正方向,從線框在圖示位置的時刻開始計時,關(guān)于線框所受的安培力隨時間變化的圖像,正確的是()AB.C.D.D例題4例題4、如圖,一個平行于紙面的等腰直角三角形導(dǎo)線框,直角邊長度為2d,勻速穿過垂直于紙面向里、寬度為d的勻強(qiáng)磁場區(qū),線框中將產(chǎn)生隨時間變化的感應(yīng)電流i,設(shè)逆時針為線框中電流的正方向,當(dāng)一直角邊與磁場左邊界重合時開始計時,則圖中正確的是()D例題5例題5、如圖所示,直角三角形導(dǎo)體框abc固定在勻強(qiáng)磁場中,磁場方向垂直于導(dǎo)體框平面,磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時間均勻增加。導(dǎo)體框ab邊所受的安培力為F,規(guī)定向左為正方向,則下列關(guān)系圖像可能正確的是()D三、電磁感應(yīng)與電路綜合問題閉合電路電磁感應(yīng)(1)電磁感應(yīng)與電路知識的關(guān)系聯(lián)系1:電動勢E聯(lián)系2:功和能例題6例題6、如圖所示,水平面的虛線之上有垂直于紙面向里足夠大的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。邊長為a、總電阻為R的正方形導(dǎo)線框PQMN沿PN方向以大小為v的速度勻速運動,則PM剛進(jìn)入磁場時()A例題7、如圖所示,abcd為水平放置的平行“”形光滑金屬導(dǎo)軌,導(dǎo)軌間距為l,bc間電阻為R,其它部分電阻不計。導(dǎo)軌間有垂直于導(dǎo)軌平面向下的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。金屬桿放置在導(dǎo)軌上,與導(dǎo)軌的接觸點為M、N。并與導(dǎo)軌成θ角,金屬桿以ω的角速度繞N點由圖示位置逆時針勻速轉(zhuǎn)動到與導(dǎo)軌ab垂直。轉(zhuǎn)動過程中金屬桿與導(dǎo)軌始終接觸良好,金屬桿電阻忽略不計,則在金屬桿轉(zhuǎn)動過程中()例題7B三、電磁感應(yīng)與電路綜合問題的思考(1)對電磁感應(yīng)中,充當(dāng)電路電源的是什么?切割磁感線的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化的線圈相當(dāng)于電源。(2)怎么決定電源的內(nèi)阻?產(chǎn)生電動勢的那部分導(dǎo)體或者線圈的電阻相當(dāng)于電源的內(nèi)阻,其他部分的電阻相當(dāng)于外電阻。(3)路端電壓和感應(yīng)電動勢的區(qū)別?“電源”兩端的電壓為路段電壓,而不是感應(yīng)電動勢。(4)電磁感應(yīng)中電路問題的分析方法用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律確定電動勢的大小和方向畫出等效電路圖根據(jù)電路知識求解例題8、如圖所示,固定在水平面上的半徑為r的金屬圓環(huán)內(nèi)存在方向豎直向上,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場。長為l的金屬棒,一端與圓環(huán)接觸良好,另一端固定在豎直導(dǎo)電轉(zhuǎn)軸OO′上,隨軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動。在圓環(huán)的A點和電刷間接有阻值為R的電阻和電容為C、極板間距為d的平行板電容器,有一帶電微粒在電容器極板間處于靜止?fàn)顟B(tài),已知重力加速度為g,不計其它電阻和摩擦,下列說法正確的是()例題8C四、電磁感應(yīng)中的動力學(xué)與平衡問題電磁感應(yīng)中通過導(dǎo)體的感應(yīng)電流,在磁場中將受到安培力的作用,從而影響其運動狀態(tài),故電磁感應(yīng)問題往往跟力學(xué)問題聯(lián)系在一起。解決此類問題要將電磁學(xué)知識和力學(xué)知識綜合應(yīng)用。(1)用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律求感應(yīng)電動勢的大小和方向。(2)根據(jù)歐姆定律求感應(yīng)電流的大小。(3)分析導(dǎo)體受力情況(包含安培力,用左手定則確定其方向)。(4)應(yīng)用力學(xué)規(guī)律列方程求解。電磁感應(yīng)中的力學(xué)問題比純力學(xué)問題多一個安培力,處理方法與純力學(xué)問題相同,但應(yīng)注意安培力的大小和方向確定。五、電磁感應(yīng)中的能量問題(1)能量轉(zhuǎn)化其他形式的能量電能焦耳熱或其他形式的能(2)求解焦耳熱Q的三種方法
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