電磁感應(yīng)習(xí)題課電腦(公開周課件)

1、電磁感應(yīng)(dinc-gnyng)習(xí)題課共五十二頁方向：楞次定律、 右手定則共五十二頁-+E=BlvV=gtE=BlgtUab=? Uab-t圖像(t xin)？ab共五十二頁 例題：一質(zhì)量為m 的正方形金屬線框邊長為L，某高度開始自由下落進(jìn)入勻強(qiáng)磁場區(qū)域，如圖所示，線框恰好勻速地通過寬度也為L的磁場。根據(jù)電磁感應(yīng)現(xiàn)象中能量轉(zhuǎn)化關(guān)系，這一過程中線圈產(chǎn)生的焦耳(jio r)熱為多少？導(dǎo)與學(xué)P27 第7題LLh共五十二頁LLh思考：1. 如何用楞次定律和導(dǎo)體切割來理解？假如線圈未閉合又將如何運(yùn)動(dòng)？ 導(dǎo)學(xué)2.設(shè)線圈的總阻值為R，則q 、i-t圖像、 Uab-t圖像？3. h變大，線圈又將會(huì) 如何運(yùn)動(dòng)？

2、-動(dòng)力學(xué)問題 或磁場的寬度L、強(qiáng)度B變化呢？4.（證明）線圈產(chǎn)生的焦耳熱為多少？ 5.假如線圈的導(dǎo)線換同種材質(zhì)的粗導(dǎo)線，線圈全部穿出磁場所用(su yn)的時(shí)間如何變化？acdb共五十二頁謝謝(xi xie)各位專家、老師！共五十二頁 通過公式推導(dǎo)驗(yàn)證：在t時(shí)間內(nèi)，mg對(duì)線框所做的功 W 等于電路(dinl)獲得的電能 W 電，也等于線框中產(chǎn)生的熱量Q; 共五十二頁電源(dinyun) 內(nèi)阻(ni z) 外電路 Blv EIr 共五十二頁共五十二頁共五十二頁 例題2014上海:如圖所示，勻強(qiáng)磁場垂直于軟導(dǎo)線回路平面，由于磁場發(fā)生變化，回路變?yōu)閳A形。則磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度(qingd)大小如何變化？

3、磁場方向如何？ 磁感應(yīng)強(qiáng)度大小：逐漸減弱 磁場方向：方向向外、向里均可 楞次定律:感應(yīng)電流的磁場(cchng)總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。 共五十二頁時(shí)間(shjin)t 位移(wiy)x 電磁感應(yīng) 電磁感應(yīng) 楞次定律 法拉第電 磁感應(yīng)定律 共五十二頁例題：一矩形線圈位于一隨時(shí)間t變化的磁場內(nèi)，磁場方向垂直線圈所在的平面(紙面)向里，如圖甲所示磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖乙所示以I表示線圈中的感應(yīng)電流，以圖甲中線圈上箭頭(jintu)所示方向的電流為正，則圖丙所示的It圖中正確的是()共五十二頁 例題：勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B=0.2T，磁場寬度(kund)L=3m，一正方形金屬

4、框連長ab=d=1m，每邊電阻r=0.2 ，金屬框以v=10m/s的速度勻速穿過磁場區(qū)，其平面始終一磁感線方向垂直，如圖所示。(1)畫出金屬框穿過磁場區(qū)的過程中，金屬框內(nèi)感應(yīng)電流的(i-t)圖線。(以順時(shí)針方向電流為正)(2)畫出ab兩端電壓的U-t圖線adbcvLB共五十二頁t/si/A02.5-2.50.10.20.30.4adbcvLBUab/V00.10.20.30.42-21-1t/s共五十二頁 例題：如圖所示，一閉合(b h)直角三角形線框以速度v勻速穿過勻強(qiáng)磁場區(qū)域從BC邊進(jìn)入磁場區(qū)開始計(jì)時(shí)，到A點(diǎn)離開磁場區(qū)止的過程中，線框內(nèi)感應(yīng)電流的情況(以逆時(shí)針方向?yàn)殡娏鞯恼较?是如下圖所

5、示中的（ ）A共五十二頁 電磁感應(yīng)(dinc-gnyng)圖象問題，也與其他部分的圖象問題一樣，要從圖象的坐標(biāo)軸、點(diǎn)、線、截距、斜率、面積等方面挖掘解題信息不同的是，這部分的圖象問題，除從圖象挖掘信息之外，還要用楞次定律、法拉第電磁感應(yīng)(dinc-gnyng)定律、右手定則、左手定則等加以分析判斷. 共五十二頁t/si/A0電流(dinli)方向以順時(shí)間為正。共五十二頁t/sUab/V0abab邊在磁場abcd邊在磁場共五十二頁電能(dinnng) 做功(zugng) 電能 內(nèi)能 共五十二頁安培力 電能(dinnng) 共五十二頁 例題2014北京卷 ：導(dǎo)體切割磁感線的運(yùn)動(dòng)可以從宏觀和微觀兩個(gè)

6、角度來認(rèn)識(shí)如圖所示，固定于水平面的U形導(dǎo)線框處于豎直向下的勻強(qiáng)磁場中，金屬直導(dǎo)線MN在與其垂直的水平恒力F作用下，在導(dǎo)線框上以速度v做勻速運(yùn)動(dòng)，速度v與恒力F方向相同；導(dǎo)線MN始終與導(dǎo)線框形成閉合電路已知導(dǎo)線MN電阻為R，其長度L恰好等于平行軌道(gudo)間距，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.忽略摩擦阻力和導(dǎo)線框的電阻 通過公式推導(dǎo)驗(yàn)證：在t時(shí)間內(nèi)，F(xiàn) 對(duì)導(dǎo)線 MN 所做的功 W 等于電路獲得的電能 W 電，也等于導(dǎo)線 MN 中產(chǎn)生的熱量Q; 共五十二頁 解析：導(dǎo)線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢EBLv導(dǎo)線勻速運(yùn)動(dòng)，受力平衡FF安BIL在t時(shí)間內(nèi)，外力F對(duì)導(dǎo)線做功WFvtF安vtBILvt電路獲得的電能W電qE（I

7、t）EBILvt可見(kjin)，F(xiàn)對(duì)導(dǎo)線MN做的功等于電路獲得的電能W電；導(dǎo)線MN中產(chǎn)生的熱量QI2RtItIRqEW電可見，電路獲得的電能W電等于導(dǎo)線MN中產(chǎn)生的熱量Q.共五十二頁 例題： 如圖所示，兩根足夠長、電阻不計(jì)、間距為d的光滑平行金屬導(dǎo)軌，其所在平面與水平面夾角為，導(dǎo)軌平面內(nèi)的矩形區(qū)域abcd內(nèi)存在有界勻強(qiáng)磁場， 磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向(fngxing)垂直于斜面向上，ab與cd之間相距為L，金屬桿甲、乙的阻值相同，質(zhì)量均為m.甲桿在磁場區(qū)域的上邊界ab處，乙桿在甲桿上方(shn fn)與甲相距L處，共五十二頁甲、乙兩桿都與導(dǎo)軌垂直且接觸良好由靜止釋放兩桿的同時(shí)，在甲桿上施加一

8、個(gè)垂直于桿平行于導(dǎo)軌的外力F，使甲桿在有磁場的矩形區(qū)域內(nèi)向下做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，加速度大小a2gsin ，甲離開磁場時(shí)撤去F，乙桿進(jìn)入磁場后恰好做勻速運(yùn)動(dòng)，然后(rnhu)離開磁場(1)求每根金屬桿的電阻R是多大？(2)從釋放金屬桿開始計(jì)時(shí)，求外力F隨時(shí)間t的變化關(guān)系式，并說明F的方向(3)若整個(gè)過程中，乙金屬桿共產(chǎn)生熱量Q，求外力F對(duì)甲金屬桿做的功W是多少？共五十二頁共五十二頁共五十二頁共五十二頁例題：如圖甲所示，兩根足夠長的直金屬導(dǎo)軌MN、PQ平行放置在傾角為的絕緣斜面上，兩導(dǎo)軌間距(jin j)為L，M、P兩點(diǎn)間接有阻值為R的電阻一根質(zhì)量為m的均勻直金屬桿ab放在兩導(dǎo)軌上，并與導(dǎo)軌垂直整套

9、裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直于斜面向下導(dǎo)軌和金屬桿的電阻可忽略，讓ab桿沿導(dǎo)軌由靜止開始下滑，導(dǎo)軌和金屬桿接觸良好，不計(jì)它們之間的摩擦(1)由b向a方向看到的裝置如圖乙所示， 請?jiān)诖藞D中畫出ab桿下滑過程中某時(shí)刻的 受力示意圖； (2)在加速下滑過程中，當(dāng)ab桿的速度大 小為v時(shí)，求此時(shí)ab桿中的電流及其加速度 的大?。?3)求在下滑過程中，ab桿可以達(dá)到的速度最大值思路點(diǎn)撥桿ab由靜止開始加速下滑，由于電磁感應(yīng)現(xiàn)象，桿受到隨速度增大而增大的安培力，方向沿斜面向上，當(dāng)安培力大小等于重力沿斜面向下的分力時(shí)，桿ab速度達(dá)最大值共五十二頁共五十二頁共五十二頁 例題：如圖所示，在傾

10、角為的光滑的斜面上，存在著兩個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度相等的勻強(qiáng)磁場，方向一個(gè)垂直斜面向上，另一個(gè)垂直斜面向下，寬度均為L，一個(gè)質(zhì)量為m，邊長也為L的正方形線框(設(shè)電阻為R)以速度v進(jìn)入磁場時(shí)，恰好(qiho)做勻速直線運(yùn)動(dòng).共五十二頁若當(dāng)ab邊到達(dá)gg與ff中間位置(wi zhi)時(shí)，線框又恰好做勻速運(yùn)動(dòng)，則： (1)當(dāng)ab邊剛越過ff時(shí)，線框加速度的值為多少? (2)求線框開始進(jìn)入磁場到ab邊到達(dá)gg與ff中點(diǎn)的過程中產(chǎn)生的熱量是多少?共五十二頁解析 ：(1)ab邊剛越過(yu gu)ee即做勻速直線運(yùn)動(dòng)，表明線框此時(shí)所受的合力為0，即 在ab邊剛越過ff時(shí)，ab、cd邊都切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，但線

11、框的運(yùn)動(dòng)速度不能突變，則此時(shí)(c sh)回路中的總感應(yīng)電動(dòng)勢為E=2BLv，設(shè)此時(shí)線框的加速度為a，則2BEL/R-mgsin=ma，a=4B2L2v/(Rm)-gsin=3gsin， 方向沿斜面向上. (2)設(shè)線框再做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度為v，則mgsin=(B2BLvL/R)2，即v=v/4，從線框越過ee到線框再做勻速運(yùn)動(dòng)過程中，設(shè)產(chǎn)生的熱量為Q，則由能量守恒定律得:共五十二頁例題(lt)：共五十二頁 例題：如圖所示，在勻強(qiáng)磁場中有一傾斜的平行金屬導(dǎo)軌，導(dǎo)軌間距為L，長為3d，導(dǎo)軌平面與水平面的夾角為，在導(dǎo)軌的中部刷有一段長為d的薄絕緣涂層勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向與導(dǎo)軌平面垂直質(zhì)量

12、為m的導(dǎo)體棒從導(dǎo)軌的頂端由靜止釋放，在滑上涂層之前已經(jīng)做勻速運(yùn)動(dòng)，并一直勻速滑到導(dǎo)軌底端導(dǎo)體棒始終與導(dǎo)軌垂直，且僅與涂層間有摩擦，接在兩導(dǎo)軌間的電阻為R，其他部分的電阻均不計(jì)，重力加速度為g.求： (1)導(dǎo)體棒與涂層間的動(dòng)摩擦因數(shù)(ynsh)； (2)導(dǎo)體棒勻速運(yùn)動(dòng)的速度大小v； (3)整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中，電阻產(chǎn)生的焦耳熱Q.共五十二頁解析 :(1)在絕緣涂層上受力平衡 mgsin mgcos 解得tan .(2)在光滑(gung hu)導(dǎo)軌上感應(yīng)電動(dòng)勢EBlv感應(yīng)電流I E/R安培力F安BLI受力平衡F 安mgsin 解得v mgRsin/(B2L2)(3)摩擦生熱QTmgdcos能量守恒定律3

13、mgdsinQQTmv2/2解得共五十二頁 例題： 如圖示：質(zhì)量為m 、邊長為a 的正方形金屬線框自某一高度由靜止下落，依次經(jīng)過B1和B2兩勻強(qiáng)磁場區(qū)域，已知B1 =2B2，且B2磁場的高度為a，線框在進(jìn)入B1的過程中做勻速運(yùn)動(dòng)，速度大小為v1 ，在B1中加速一段時(shí)間后又勻速進(jìn)入和穿出B2，進(jìn)入和穿出B2時(shí)的速度恒為v2，求： v1和v2之比在整個(gè)(zhngg)下落過程中產(chǎn)生的焦耳熱aaB2B1解：v2v1進(jìn)入(jnr)B1時(shí) mg = B1 I1 a= B1 2 a2 v1 / R進(jìn)入B2時(shí) I2 = (B1- B2) a v2 / Rmg = (B1- B2) I2 a = (B1- B2

14、)2 a2 v2 / R v1 /v2 =(B1- B2)2 / B12 =1/4 由能量守恒定律 Q=3mga共五十二頁aaB2B1又解：v2v1v2進(jìn)入(jnr)B1時(shí) mg = B1I1a = B12 a2 v1 / R出B2時(shí) mg = B2I2 a = B22 a2 v2 / R v1 /v2 = B22 / B12 =1/4由能量(nngling)守恒定律 Q=3mga 共五十二頁例題：如圖所示，水平的平行虛線間距為d=50cm，其間有B=1.0T的勻強(qiáng)磁場。一個(gè)正方形線圈邊長為l=10cm，線圈質(zhì)量m=100g，電阻為R=0.020。開始時(shí)，線圈的下邊緣到磁場上邊緣的距離為h=8

15、0cm。將線圈由靜止(jngzh)釋放，其下邊緣剛進(jìn)入磁場和剛穿出磁場時(shí)的速度相等。取g=10m/s2，求：線圈進(jìn)入磁場過程中產(chǎn)生的電熱Q。線圈下邊緣穿越磁場過程中的最小速度v。線圈下邊緣穿越磁場過程中加速度的最小值a。共五十二頁hdl1234v0v0v共五十二頁解析：由于線圈完全處于磁場中時(shí)不產(chǎn)生電熱，所以(suy)線圈進(jìn)入磁場過程中產(chǎn)生的電熱Q就是線圈從圖中2位置到4位置產(chǎn)生的電熱，而2、4位置動(dòng)能相同，由能量守恒Q=mgd=0.50J3位置時(shí)線圈速度一定最小，而3到4線圈是自由落體運(yùn)動(dòng)因此有v02-v2=2g(d-l)，得v=2 m/s 2到3是減速過程，因此安培力 減小，由F-mg=m

16、a知加速度減小，到3位置時(shí)加速度最小，a=4.1m/s2共五十二頁電磁感應(yīng)圖象問題(wnt)分析：1圖象問題的特點(diǎn) 考查方式比較靈活，有時(shí)根據(jù)(gnj)電磁感應(yīng)現(xiàn)象發(fā)生的過程，確定圖象的正確與否，有時(shí)依據(jù)不同的圖象，進(jìn)行綜合計(jì)算2解題關(guān)鍵 弄清初始條件，正、負(fù)方向的對(duì)應(yīng)，變化范圍，所研究物理量的函數(shù)表達(dá)式，進(jìn)出磁場的轉(zhuǎn)折點(diǎn)是解決問題的關(guān)鍵3解決圖象問題的一般步驟(1)明確圖象的種類，即是B-t圖還是t圖，或者E-t圖、I-t圖等(2)分析電磁感應(yīng)的具體過程共五十二頁電磁感應(yīng)圖象(t xin)問題分析：(3)用右手定則或楞次定律確定方向?qū)?yīng)關(guān)系(4)結(jié)合法拉第電磁感應(yīng)(dinc-gnyng)定律

17、、歐姆定律、牛頓定律等規(guī)律寫出函數(shù)關(guān)系式(5)根據(jù)函數(shù)關(guān)系式，進(jìn)行數(shù)學(xué)分析，如分析斜率的變化、截距等(6)畫圖象或判斷圖象共五十二頁共五十二頁例題：磁懸浮列車動(dòng)力原理如下圖所示，在水平地面上放有兩根平行直導(dǎo)軌，軌間存在著等距離的正方形勻強(qiáng)磁場Bl和B2，方向相反，B1=B2=lT，如下圖所示。導(dǎo)軌上放有金屬框abcd，金屬框電阻R=2，導(dǎo)軌間距L=0.4m，當(dāng)磁場Bl、B2同時(shí)以v=5m/s的速度向右勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，求(1)如果導(dǎo)軌和金屬框均很光滑，金屬框?qū)Φ厥欠襁\(yùn)動(dòng)?若不運(yùn)動(dòng)，請說明理由；如運(yùn)動(dòng)，原因是什么?運(yùn)動(dòng)性質(zhì)如何(rh)?(2)如果金屬框運(yùn)動(dòng)中所受到的阻力恒為其對(duì)地速度的K倍，K=0.1

18、8，求金屬框所能達(dá)到的最大速度vm是多少?(3)如果金屬框要維持(2)中最大速度運(yùn)動(dòng)，它每秒鐘要消耗多少磁場能?共五十二頁1兩種狀態(tài)處理(1)導(dǎo)體處于平衡態(tài)靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)處理方法(fngf)：根據(jù)平衡條件合外力等于零，列式分析(2)導(dǎo)體處于非平衡態(tài)加速度不為零處理方法：根據(jù)牛頓第二定律進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析或結(jié)合功能關(guān)系分析2電磁感應(yīng)問題中兩大研究對(duì)象及其相互制約關(guān)系電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問題(wnt)分析共五十二頁3電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)臨界問題 (1)解決這類問題的關(guān)鍵是通過運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的分析，尋找過程中的臨界狀態(tài)，如速度(sd)、加速度(sd)求最大值或最小值的條件4兩種常見(chn jin)類型共五十二頁共五十二頁當(dāng)導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動(dòng)(yndng)存在著臨界條件時(shí)：(1)導(dǎo)體初速度等于臨界速度時(shí)，導(dǎo)體勻速切割磁感線運(yùn)動(dòng)(2)初速度大于臨界速度時(shí)，導(dǎo)體先減速，后勻速運(yùn)動(dòng)(3)初速度小于臨界速度時(shí)，導(dǎo)體先加速，后勻速運(yùn)動(dòng)共五十二頁共五十二頁內(nèi)容摘要電磁感應(yīng)習(xí)