電磁感應(yīng)的四大問題

電磁感應(yīng)的四大問題

一.電磁感應(yīng)的力學(xué)問題：感應(yīng)電流在磁場中受到安培力的作用,因此電磁感應(yīng)問題往往跟力學(xué)問題聯(lián)系在一起.解決這類問題需要綜合應(yīng)用電磁感應(yīng)規(guī)律(法拉第電磁感應(yīng)定律、楞次定律〕及力學(xué)中的有關(guān)規(guī)律〔牛頓定律、動(dòng)能定理、動(dòng)量守恒、動(dòng)量定理等〕解決這類問題的方法是：1、選擇研究對象。即是哪一根導(dǎo)體棒或幾根導(dǎo)體棒組成的系統(tǒng)。2、分析其受力情況。安培力既跟電流垂直又跟磁場垂直。3、分析研究對象所受的各力做功情況或合外力情況來確定所選用的方法.4、運(yùn)用物理規(guī)律列方程，求解。1.矩形閉合線框abcd在空中自由落下,經(jīng)過如圖方框范圍內(nèi)的勻強(qiáng)磁場,磁場的方向垂直紙面向里.線框bc邊剛剛進(jìn)入磁場內(nèi)時(shí),線框的加速度恰為零,那么A.線框進(jìn)入磁場的過程中做勻速運(yùn)動(dòng)B.線框完全進(jìn)入磁場以后,做勻加速運(yùn)動(dòng)C.bc邊剛剛越出磁場邊界以后,線框改做勻減速運(yùn)動(dòng)D.bc邊剛剛越出磁場邊界以后,線框做加速度改變的減速運(yùn)動(dòng)√√√2.如下圖在磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5T的勻強(qiáng)磁場中,讓長0.2m的導(dǎo)線AB在金屬框上以5m/s的速度向右滑動(dòng),R1=3Ω,R2=1Ω,導(dǎo)線電阻為1/4Ω,求:(1)通過R1的電流;(2)導(dǎo)線中的電流與導(dǎo)線兩端的電壓.×××××××××××××××R1R2ABv(1)0.125A(2)0.5A;0.375V二.電磁感應(yīng)電路問題方法:把實(shí)物圖轉(zhuǎn)化為電路圖,應(yīng)用所知識求解.3、如下圖，導(dǎo)線框abcd固定在豎直平面內(nèi)，bc段的電阻為R，其它電阻均可忽略，ef是一電阻可忽略的水平放置的導(dǎo)體桿，桿長為l，質(zhì)量為m，桿的兩端分別與ab和cd保持良好接觸，又能沿它們無摩擦地滑動(dòng)．整個(gè)裝置放在磁感強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，磁場方向與框面垂直，現(xiàn)用一恒力F豎直向上拉ef，當(dāng)ef勻速上升時(shí)，其速度的大小為多少？注意:感應(yīng)電流所受安培力的方向與導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)的速度方向相反.三.電磁感應(yīng)能量問題:電磁感應(yīng)的過程實(shí)質(zhì)上是能量的轉(zhuǎn)化過程電磁感應(yīng)過程中產(chǎn)生的感應(yīng)電流在磁場中必定受到安培力的作用,因此,要維持感應(yīng)電流的存在,必須有“外力〞克服安培力做功。此過程中,其他形式的能量轉(zhuǎn)化為電能。“外力〞克服安培力做了多少功,就有多少其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能。當(dāng)感應(yīng)電流通過用電器時(shí),電能又轉(zhuǎn)化為其他形式的能量。安培力做功的過程,是電能轉(zhuǎn)化為其它形式能的過程。安培力做了多少功,就有多少電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能。實(shí)驗(yàn):將條形磁鐵分別插入閉合的和不閉合的鋁環(huán).書上問題與練習(xí)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:閉合鋁環(huán):插入時(shí),鋁環(huán)被排斥抽出時(shí),鋁環(huán)被吸引不閉合鋁環(huán):鋁環(huán)不動(dòng)試用楞次定律和能量守恒分別解釋例1、如下圖，用力將矩形線圈從磁場中勻速地拉出有界的勻強(qiáng)磁場，以下說法正確的選項(xiàng)是A。速度越大,拉力做功越多B.速度相同時(shí),線框電阻越大,所用拉力越小C.無論快拉還是慢拉,通過線圈的電量相同D.無論快拉還是慢拉,外力做功的功率一樣大××××××××××××××××××××abcdF[ABC]例2、如下圖，矩形線圈一邊長為d，另一邊長為a，電阻為R，當(dāng)它以速度v勻速穿過寬度為L,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場過程中；假設(shè)L<d，產(chǎn)生的電能為_________;假設(shè)L>d，產(chǎn)生的電能為__________.××××××××××adBL例3、有一邊長為L=0.1m的正方形導(dǎo)線框abcd，質(zhì)量m=10g，由高度h=0.2m處自由下落，如下圖，其下邊ab進(jìn)入勻強(qiáng)磁場區(qū)域后，線圈開始做勻速運(yùn)動(dòng)，直到其上邊cd剛剛開始穿出勻強(qiáng)磁場為止，此勻強(qiáng)磁場區(qū)域的寬度也為L。求線框在穿越勻強(qiáng)磁場過程中發(fā)出的焦耳熱.g取10m/s2adB××××××××××LcbLh根據(jù)能量守恒,減小的機(jī)械能等于增加的電能,電流通過線圈,電能又轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,所以產(chǎn)生的焦耳熱為Q=2mgL=0.02J例4、如下圖,兩根光滑的金屬導(dǎo)軌,平行放置在傾角為θ斜面上,導(dǎo)軌的左端接有電阻R,斜面處在方向垂直于斜面向上的勻強(qiáng)磁場中。質(zhì)量為m的金屬棒ab,在沿著斜面與棒垂直的恒力作用下沿導(dǎo)軌勻速上滑,并上升h高度，導(dǎo)軌和金屬棒的電阻忽路不計(jì)。在這過程中

A.作用于金屬捧上的各個(gè)力的合力所作的功等于零

B.作用于金屬捧上的各個(gè)力的合力所作的功等于mgh與電阻R上發(fā)出的焦耳熱之和

C.恒力F與安培力的合力所作的功等于零

D.恒力F與重力的合力所作的功等于電阻R上發(fā)出的焦耳熱

[AD]學(xué)法大視野P9:例5:電磁感應(yīng)中的綜合問題5、如下圖,水平光滑導(dǎo)軌相距L=0.5m,磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1T,方向垂直紙面向里,兩金屬棒ab、cd垂直放在導(dǎo)軌上,質(zhì)量均為0.1kg,電阻為1Ω,導(dǎo)軌電阻、摩擦力都不計(jì),向右給cd棒10m/s的速度,求(1)ab棒的最大加速度_________.(2)ab棒的最大速度________.(3)ab棒的總發(fā)熱量________.12.5m/s25m/s1.25J6、如下圖，MN、PQ為水平面上足夠長的平行光滑的導(dǎo)電導(dǎo)軌，勻強(qiáng)磁場方向如下圖．導(dǎo)體棒ab、cd的質(zhì)量均為m，ab初速為零，cd初速為v0，那么ab最終的速度是_______，整個(gè)過程中感應(yīng)電流產(chǎn)生的熱量為________．v/2mv02/4一、線圈在均勻磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)的i-t圖象二、線圈在均勻磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)的i-x圖象三、線圈在非均勻磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)的i-t圖象四、圖象的應(yīng)用四.電磁感應(yīng)圖象問題1.如下圖，一寬40cm的勻強(qiáng)磁場區(qū)域，磁場方向垂直紙面向里．一邊長為20cm的正方形導(dǎo)線框位于紙面內(nèi)，以垂直于磁場邊界的恒定速度v＝20cm/s通過磁場區(qū)域，在運(yùn)動(dòng)過程中，線框有一邊始終與磁場區(qū)域的邊界平行．取它剛進(jìn)入磁場的時(shí)刻t＝0.在以下圖線中，正確反映感應(yīng)電流隨時(shí)間變化規(guī)律的是dcba思考:你能作出ad間電壓與時(shí)間的關(guān)系圖象嗎?[c]2、如下圖，邊長為L正方形導(dǎo)線圈，其電阻為R，現(xiàn)使線圈以恒定速度v沿x軸正方向運(yùn)動(dòng)，并穿過勻強(qiáng)磁場區(qū)域B，如果以x軸的正方向作為力的正方向，線圈從圖示位置開始運(yùn)動(dòng)，那么〔1〕穿過線圈的磁通量隨x變化的圖線為哪個(gè)圖？〔2〕線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流隨x變化的圖線為哪個(gè)圖？〔3〕磁場對線圈的作用力F隨x變化的圖線為哪個(gè)圖？×××××××××××××××LL3LXB0123456x/L0123456x/L0123456x/L0123456x/LABCD[A][C][D]3、磁棒自遠(yuǎn)處勻速沿圓形線圈的軸線運(yùn)動(dòng)，并穿過線圈向遠(yuǎn)處而去，如下圖，那么以下圖中正確反映線圈中電流與時(shí)間關(guān)系的是〔線圈中電流以圖示箭頭為正方向〕0ti0ti0ti0tiABCD[B]NS4、一金屬圓環(huán)位于紙面內(nèi)，磁場垂直紙面，規(guī)定向里為正，如下圖。現(xiàn)今磁場B隨時(shí)間變化是先按oa圖線變化，又按圖線bc和cd變化，令E1、E2、E3分別表示這三段變化過程中感應(yīng)電動(dòng)勢的大小，I1、I2、I3分別表示對應(yīng)的感應(yīng)電流，那么E1、E2、E3的大小關(guān)系是___________;電流I1的方向是___________;I2的方向是___________;I3的方向是____________.順時(shí)針012345678910BtabcdE2=E3>