第九章电磁感应规律的综合应用课件.ppt

1、一、电磁感应中的电路问题一、电磁感应中的电路问题1内电路和外电路内电路和外电路(1)切割磁感线运动的导体或磁通量发生变化的线圈都切割磁感线运动的导体或磁通量发生变化的线圈都相当于相当于 (2)该部分导体的电阻或线圈的电阻相当于电源的该部分导体的电阻或线圈的电阻相当于电源的 ，其余部分是其余部分是 电路电路电源电源内阻内阻外外二、电磁感应现象中的力学问题二、电磁感应现象中的力学问题1基本方法基本方法(1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律求用法拉第电磁感应定律和楞次定律求 的大的大小和方向；小和方向；(2)由闭合电路欧姆定律求回路中的由闭合电路欧姆定律求回路中的 ；(3)分析导体受力情况分析导体受力

2、情况(包含安培力在内的全面受力分析包含安培力在内的全面受力分析)；(4)根据平衡条件或牛顿第二定律列方程根据平衡条件或牛顿第二定律列方程感应电动势感应电动势电流电流2两种状态处理两种状态处理(1)导体处于平衡态导体处于平衡态静止或匀速直线运动状态静止或匀速直线运动状态处理方法：根据处理方法：根据 列式分析列式分析(2)导体处于非平衡态导体处于非平衡态加速度不为零加速度不为零处理方法：根据处理方法：根据 定律进行动态分析，或结定律进行动态分析，或结合功能关系分析合功能关系分析平衡条件平衡条件牛顿第二牛顿第二三、电磁感应中的能量转化问题三、电磁感应中的能量转化问题 电磁感应过程是电磁感应过程是 能

3、量转化为能量转化为 的过程，的过程，这一过程同样遵循能的转化与守恒定律其中外力克服这一过程同样遵循能的转化与守恒定律其中外力克服安培力做功，把机械能或其他能量转化成电能；感应电安培力做功，把机械能或其他能量转化成电能；感应电流通过电阻做功又把电能转化成内能这一功能转化途流通过电阻做功又把电能转化成内能这一功能转化途径可表达为：径可表达为：其他形式其他形式电能电能四、电磁感应图象问题四、电磁感应图象问题图象图象类型类型(1)磁感应强度磁感应强度B、磁通量、磁通量、感应电动势、感应电动势E和感和感应电流应电流I随时间变化的图象，即随时间变化的图象，即Bt图象、图象、t图象、图象、Et图象和图象和I

4、t图象图象(2)对于切割磁感线产生感应电动势和感应电流对于切割磁感线产生感应电动势和感应电流的情况，还常涉及感应电动势的情况，还常涉及感应电动势E和感应电流和感应电流I随随线圈位移变化的图象，即线圈位移变化的图象，即Ex图象和图象和Ix图象图象.问题问题类型类型(1)由给定的电磁感应过程选出或画出正确的由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图象图象(2)由给定的有关图象分析电磁感应过程，求由给定的有关图象分析电磁感应过程，求解相应的物理量解相应的物理量应用应用知识知识左手定则、安培定则、楞次定律、法拉第电左手定则、安培定则、楞次定律、法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿定律、相关数磁感应定律、欧姆

5、定律、牛顿定律、相关数学知识等学知识等.特别提醒特别提醒(1)画图象时要注意图象的初始条件及正方向规定画图象时要注意图象的初始条件及正方向规定(2)合理推导物理量的变化规律，标注纵横坐标，特别是合理推导物理量的变化规律，标注纵横坐标，特别是转折点的坐标转折点的坐标1如图如图931所示，两根相距为所示，两根相距为l的的平行直导轨平行直导轨ab、cd，b、d间连有一间连有一固定电阻固定电阻R，导轨电阻可忽略不计，导轨电阻可忽略不计MN为放在为放在ab和和cd上的一导体杆，上的一导体杆，与与ab垂直，其电阻也为垂直，其电阻也为R.整个装置整个装置处于匀强磁场中，磁感应强度的大小为处于匀强磁场中，磁感

6、应强度的大小为B，磁场方向垂，磁场方向垂直于导轨所在平面直于导轨所在平面(指向图中纸面内指向图中纸面内)现对现对MN施力使施力使它沿导轨方向以速度它沿导轨方向以速度v做匀速运动令做匀速运动令U表示表示MN两端电两端电压的大小，则压的大小，则 ()答案：答案：A2如图如图932所示，所示，ab和和cd是位是位于水平面内的平行金属轨道，于水平面内的平行金属轨道，轨道间距为轨道间距为l，其电阻可忽略不，其电阻可忽略不计计ac之间连接一阻值为之间连接一阻值为R的电的电阻，阻，ef为一垂直于为一垂直于ab和和cd的金属的金属杆，它与杆，它与ab和和cd接触良好并可沿接触良好并可沿轨道方向无摩擦地滑动，其

7、电阻可忽略整个装置处在轨道方向无摩擦地滑动，其电阻可忽略整个装置处在匀强磁场中，磁场方向垂直于图中纸面向里，磁感应强匀强磁场中，磁场方向垂直于图中纸面向里，磁感应强度为度为B.当施外力使杆当施外力使杆ef以速度以速度v向右匀速运动时，杆向右匀速运动时，杆ef所所受的安培力为受的安培力为 ()答案：答案：A3(多选多选)如图如图933所示，固定在所示，固定在 水平绝缘平面上足够长的金属导水平绝缘平面上足够长的金属导 轨不计电阻，但表面粗糙，导轨轨不计电阻，但表面粗糙，导轨 左端连接一个电阻左端连接一个电阻R，质量为，质量为m的的 金属棒金属棒ab(电阻也不计电阻也不计)放在导轨上，放在导轨上，并

8、与导轨垂直，整个装置放在匀强磁场中，磁场方向与导并与导轨垂直，整个装置放在匀强磁场中，磁场方向与导轨平面垂直，用水平恒力轨平面垂直，用水平恒力F把把ab棒从静止起向右拉动的过棒从静止起向右拉动的过程中程中 ()A恒力恒力F做的功等于电路产生的电能做的功等于电路产生的电能B恒力恒力F和摩擦力的合力做的功等于电路中产生的电能和摩擦力的合力做的功等于电路中产生的电能C克服安培力做的功等于电路中产生的电能克服安培力做的功等于电路中产生的电能D恒力恒力F和摩擦力的合力做的功等于电路中产生的电能和摩擦力的合力做的功等于电路中产生的电能和棒获得的动能之和和棒获得的动能之和解析：解析：在此运动过程中做功的力有

9、拉力、摩擦力和安在此运动过程中做功的力有拉力、摩擦力和安培力，三力做功之和为棒培力，三力做功之和为棒ab动能的增加量，其中安培动能的增加量，其中安培力做功将机械能转化为电能，故选项力做功将机械能转化为电能，故选项C、D是正确是正确答案：答案：CD4如图如图934所示，水平放置的导所示，水平放置的导体框架，宽体框架，宽L0.50 m，接有电阻，接有电阻R0.20，匀强磁场垂直框架平，匀强磁场垂直框架平面向里，磁感应强度面向里，磁感应强度B0.40 T一导体棒一导体棒ab垂直框边跨放在框架垂直框边跨放在框架上，并能无摩擦地在框架上滑动，上，并能无摩擦地在框架上滑动，框架和导体棒框架和导体棒ab的电

10、阻均不计当的电阻均不计当ab以以v4.0 m/s的的速度向右匀速滑动时，求：速度向右匀速滑动时，求：(1)ab棒中产生的感应电动势大小；棒中产生的感应电动势大小；(2)维持导体棒维持导体棒ab做匀速运动的外力做匀速运动的外力F的大小的大小答案：答案：(1)0.80 V(2)0.80 N典例启迪典例启迪例例1（多选）（多选）(2011苏州模拟苏州模拟)如图如图935所示，在竖直方向的磁感应强所示，在竖直方向的磁感应强度为度为B的匀强磁场中，金属框架的匀强磁场中，金属框架ABCD固定在水平面内，固定在水平面内，AB与与CD平行且足够平行且足够长，长，BC与与CD夹角夹角(90)，光滑导体棒，光滑导

11、体棒EF(垂直于垂直于CD)在在外力作用下以垂直于自身的速度外力作用下以垂直于自身的速度v向右匀速运动，框架中的向右匀速运动，框架中的BC部分与导体棒单位长度的电阻均为部分与导体棒单位长度的电阻均为R，AB与与CD的电阻不的电阻不计，导体棒在滑动过程中始终保持与导轨良好接触，经计，导体棒在滑动过程中始终保持与导轨良好接触，经过过C点瞬间作为计时起点，下列关于电路中电流大小点瞬间作为计时起点，下列关于电路中电流大小I与与时间时间t、消耗的电功率、消耗的电功率P与导体棒水平移动的距离与导体棒水平移动的距离x变化规变化规律的图象中正确的是律的图象中正确的是 ()思路点拨思路点拨解答本题时应注意以下三

12、个方面：解答本题时应注意以下三个方面：(1)导体棒在导体棒在BC上运动时回路中的电阻值和切割磁感线上运动时回路中的电阻值和切割磁感线的有效长度均是变化的的有效长度均是变化的(2)推导推导I和和P的表达式，再做出判断的表达式，再做出判断答案答案AD归纳领悟归纳领悟解决图象问题的一般步骤解决图象问题的一般步骤(1)明确图象的种类，即是明确图象的种类，即是Bt图还是图还是t图，或者图，或者Et图、图、It图等图等(2)分析电磁感应的具体过程分析电磁感应的具体过程(3)用右手定则或楞次定律确定方向对应关系用右手定则或楞次定律确定方向对应关系(4)结合法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿定律等规结合法拉第

13、电磁感应定律、欧姆定律、牛顿定律等规律写出函数关系式律写出函数关系式(5)根据函数关系式，进行数学分析，如分析斜率的变化、根据函数关系式，进行数学分析，如分析斜率的变化、截距等截距等(6)判断图象判断图象(或画图象或应用图象解决问题或画图象或应用图象解决问题)题组突破题组突破1在竖直向上的匀强磁场中，水平放置一个不变形的单在竖直向上的匀强磁场中，水平放置一个不变形的单匝金属圆线圈，规定线圈中感应电流的正方向如图匝金属圆线圈，规定线圈中感应电流的正方向如图937甲所示，当磁场的磁感应强度甲所示，当磁场的磁感应强度B随时间随时间t做如做如图乙所示变化时，图图乙所示变化时，图938中正确表示线圈中感

14、应中正确表示线圈中感应电动势电动势E变化的是变化的是 ()答案：答案：A2（多选）（多选）如图如图939中，中，MN和和PQ 是两根互相平行竖直放置的光滑金是两根互相平行竖直放置的光滑金 属导轨，已知导轨足够长，且电阻属导轨，已知导轨足够长，且电阻 不计不计ab是一根不但与导轨垂直而是一根不但与导轨垂直而 且始终与导轨接触良好的金属杆且始终与导轨接触良好的金属杆 开始，将开关开始，将开关S断开，让杆断开，让杆ab由静由静 止开始自由下落，过段时间后，再止开始自由下落，过段时间后，再 将将S闭合，若从闭合，若从S闭合开始计时，则金属杆闭合开始计时，则金属杆ab的速度的速度v 随时间随时间t变化的

15、图象可能是变化的图象可能是 ()答案：答案：ACD典例启迪典例启迪例例2如图如图9311(a)所示，水平放置的两平行金属导轨，所示，水平放置的两平行金属导轨，间距间距L0.3 m，导轨左端连接，导轨左端连接R0.6 的电阻区的电阻区域域abcd内存在垂直于导轨平面内存在垂直于导轨平面B0.6 T的匀强磁场，磁场的匀强磁场，磁场区域宽区域宽D0.2 m，细金属棒，细金属棒A1和和A2用长为用长为2D0.4 m的轻的轻质绝缘杆连接，放置在导轨平面上，并与导轨垂直每根质绝缘杆连接，放置在导轨平面上，并与导轨垂直每根金属棒在导轨间的电阻均为金属棒在导轨间的电阻均为r0.3，导轨电阻不计，导轨电阻不计使

16、金属棒以恒定速度使金属棒以恒定速度v1.0 m/s沿导轨向右穿越磁场计沿导轨向右穿越磁场计算从金属棒算从金属棒A1进入磁场进入磁场(t0)到到A2离开磁场的时间内，不同离开磁场的时间内，不同时间段通过电阻时间段通过电阻R的电流，并在图的电流，并在图(b)中画出中画出思路点拨思路点拨解答本题时应注意以下三个方面：解答本题时应注意以下三个方面：(1)不同阶段的等效电路；不同阶段的等效电路；(2)电流的方向及变化；电流的方向及变化；(3)各阶段电流对应的时间各阶段电流对应的时间电流与时间的关系图象如图所示电流与时间的关系图象如图所示 答案答案 见解析见解析归纳领悟归纳领悟 首先判断哪部分导体产生感应

17、电动势，该部分导体首先判断哪部分导体产生感应电动势，该部分导体属于电源部分根据法拉第电磁感应定律计算出感应电属于电源部分根据法拉第电磁感应定律计算出感应电动势的大小，然后转化为电路问题，利用闭合电路欧姆动势的大小，然后转化为电路问题，利用闭合电路欧姆定律进行求解解决电磁感应电路问题的关键是弄清内定律进行求解解决电磁感应电路问题的关键是弄清内电路和外电路，画出等效电路图电路和外电路，画出等效电路图题组突破题组突破3用均匀导线做成的正方形线框边长用均匀导线做成的正方形线框边长为为0.2 m，正方形的一半放在垂直于，正方形的一半放在垂直于纸面向里的匀强磁场中，如图纸面向里的匀强磁场中，如图9312所

18、示当磁场以所示当磁场以10 T/s的变化率的变化率增强时，线框中增强时，线框中a、b两点间的电势两点间的电势差是差是 ()AUab0.1 V BUab0.1 VCUab0.2 V DUab0.2 V答案：答案：B答案：答案：D典例启迪典例启迪例例3(2010天津高考天津高考)如图如图9314所示，质量所示，质量m10.1 kg，电阻，电阻R10.3，长度，长度l0.4 m的导体棒的导体棒ab横放在横放在U型金属框架上，框架质型金属框架上，框架质量量m20.2 kg，放在绝缘水平面上，放在绝缘水平面上，与水平面间的动摩擦因数与水平面间的动摩擦因数0.2，相距，相距0.4 m的的MM、NN相互相互

19、平行，电阻不计且足够长电阻平行，电阻不计且足够长电阻R20.1 的的MN垂直垂直于于MM.整个装置处于竖直向上的匀强磁场中，整个装置处于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度磁感应强度B0.5 T垂直于垂直于ab施加施加F2 N的水平恒力，的水平恒力，ab从静止开从静止开始无摩擦地运动，始终与始无摩擦地运动，始终与MM、NN保持良好接触，当保持良好接触，当ab运动到某处时，框架开始运动设框架与水平面间最大静运动到某处时，框架开始运动设框架与水平面间最大静摩擦力等于滑动摩擦力，摩擦力等于滑动摩擦力，g取取10 m/s2.(1)求框架开始运动时求框架开始运动时ab速度速度v的大小；的大小；(2)从从ab

20、开始运动到框架开始运动的过程中，开始运动到框架开始运动的过程中，MN上产生的上产生的热量热量Q0.1 J求该过程求该过程ab位移位移x的大小的大小思路点拨思路点拨当当MN受到的安培力达到框架受地面的最大受到的安培力达到框架受地面的最大静摩擦力时，框架开始运动；拉力静摩擦力时，框架开始运动；拉力F所做的功一部分转所做的功一部分转化为导体棒化为导体棒ab的动能，一部分转化为回路中的焦耳热的动能，一部分转化为回路中的焦耳热答案答案(1)6 m/s(2)1.1 m归纳领悟归纳领悟(1)运动的动态结构运动的动态结构(2)能量转化特点能量转化特点(3)安培力在不同情况下的作用安培力在不同情况下的作用当磁场

21、不动、导体做切割磁感线的运动时，导体所受当磁场不动、导体做切割磁感线的运动时，导体所受安培力与导体运动方向相反，此即电磁阻尼在这种情安培力与导体运动方向相反，此即电磁阻尼在这种情况下，安培力对导体做负功，即导体克服安培力做功，况下，安培力对导体做负功，即导体克服安培力做功，将机械能转化为电能，进而转化为焦耳热将机械能转化为电能，进而转化为焦耳热当导体开始时静止、磁场当导体开始时静止、磁场(磁体磁体)运动时，由于导体相运动时，由于导体相对磁场向相反方向做切割磁感线运动而产生感应电流，对磁场向相反方向做切割磁感线运动而产生感应电流，进而受到安培力作用，这时安培力成为导体运动的动力，进而受到安培力作

22、用，这时安培力成为导体运动的动力，此即电磁驱动在这种情况下，安培力做正功，电能转此即电磁驱动在这种情况下，安培力做正功，电能转化为导体的机械能化为导体的机械能题组突破题组突破5水平放置的光滑导轨上放置一根水平放置的光滑导轨上放置一根长为长为L，质量为，质量为m的导体棒的导体棒ab，ab处在磁感应强度大小为处在磁感应强度大小为B、方向、方向如图如图9315所示的匀强磁场中，所示的匀强磁场中，导轨的一端接一阻值为导轨的一端接一阻值为R的电阻的电阻现使现使ab在水平恒力在水平恒力F作用下由静止沿垂直于磁场的方向作用下由静止沿垂直于磁场的方向运动，当通过位移为运动，当通过位移为x时，时，ab达到最大速

23、度达到最大速度v.此时撤去此时撤去外力，最后外力，最后ab静止在导轨上在静止在导轨上在ab运动的整个过程中，运动的整个过程中，下列说法正确的是下列说法正确的是 ()答案：答案：D6如图如图9316所示，边长为所示，边长为L的正方的正方形导线框质量为形导线框质量为m，由距磁场，由距磁场H高处高处自由下落，其下边自由下落，其下边ab进入匀强磁场进入匀强磁场后，线圈开始做减速运动，直到其后，线圈开始做减速运动，直到其上边上边cd刚刚穿出磁场时，速度减为刚刚穿出磁场时，速度减为ab边刚进入磁场时的一半，磁场的边刚进入磁场时的一半，磁场的宽度也为宽度也为L，则线框穿越匀强磁场过，则线框穿越匀强磁场过程中

24、发出的焦耳热为程中发出的焦耳热为 ()答案：答案：C(8分分)t0时，磁场在时，磁场在xOy平面内的分布如图平面内的分布如图9317所示，所示，其磁感应强度的大小均为其磁感应强度的大小均为B0，方向垂直于，方向垂直于xOy平面，相邻平面，相邻磁场区域的磁场方向相反，每个同向磁场区域的宽度均磁场区域的磁场方向相反，每个同向磁场区域的宽度均为为L0，整个磁场以速度，整个磁场以速度v沿沿x轴正方向匀速运动若在磁场轴正方向匀速运动若在磁场所在区间内放置一由所在区间内放置一由n匝线圈组成的矩形线框匝线圈组成的矩形线框abcd，线框，线框的的bc边平行于边平行于x轴轴bcLB、abL，LB略大于略大于L0，总电阻，总电阻为为R，线框始终保持静止求：，线框始终保持静止求：(1)线框中产生的总电动势大小和导线中的电流大小；线框中产生的总电动势大小和导线中的电流大小；(2)线框所受安培力的大小和方向线框所受安培力的大小和方向自主尝试自主尝试(试一试，能否做到正确解答试一试，能否做到正确解答)点击下图进入点击下图进入“创新演练创新演练大冲关大冲关”