1、第3课时电磁感应现象的综合问题,电源,内阻,二、电磁感应中的动力学问题1.通电导体在磁场中受到_作用，电磁感应问题往往和力学问题联系在一起。解决的基本方法如下：(1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势的大小和方向；(2)求回路中的电流；(3)分析导体受力情况(包含安培力在内的全面受力分析)；(4)根据平衡条件或_列方程。,安培力,牛顿第二定律,2.两种状态处理,(1)导体处于平衡态静止或匀速直线运动状态。处理方法：根据平衡条件合外力等于零列式分析。(2)导体处于非平衡态加速度不等于零。处理方法：根据牛顿第二定律进行动态分析，或结合功能关系分析。,三、电磁感应中的能量转化1.电磁感应现象
2、的实质是_和_之间的转化。2.感应电流在磁场中受安培力，克服安培力_，将_的能转化为_，电流做功再将电能转化为_。,其他形式的能,电能,做功,其他形式,电能,其他形式的能,考点一电磁感应的电路问题(/d),要点突破1.处理问题的一般思路,(1)确定电源，在电磁感应现象中，产生感应电动势的那部分导体是电源；(2)分析电路结构(区分内、外电路及外电路的串、并联分析)，画出等效电路；(3)运用闭合电路欧姆定律、串并联电路的性质、电功率等公式求解。,(1)求00.10 s线圈中的感应电动势大小；(2)t0.22 s时闭合开关K，若细杆CD所受安培力方向竖直向上，判断CD中的电流方向及磁感应强度B2的方
3、向；(3)t0.22 s时闭合开关K，若安培力远大于重力，细框跳起的最大高度h0.20 m，求通过细杆CD的电荷量。,答案(1)30 V(2)电流方向CDB2方向向上 (3)0.03 C,答案A,2.(多选)如图所示，PN与QM两平行金属导轨相距1 m，电阻不计，两端分别接有电阻R1和R2，且R16 ，ab杆的电阻为2 ，在导轨上可无摩擦地滑动，垂直穿过导轨平面的匀强磁场的磁感应强度为1 T。现ab以恒定速度v3 m/s匀速向右移动，这时ab杆上消耗的电功率与R1、R2消耗的电功率之和相等。则(),A.R26 B.R1上消耗的电功率为0.375 WC.a、b间电压为3 VD.拉ab杆水平向右的
4、拉力为0.75 N,答案BD,考点二电磁感应的图象问题(/d),要点突破1.图象问题大体上可分为三类,(1)由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图象。(2)由给定的有关图象分析电磁感应过程，求解相应的物理量。(3)根据图象定量计算。,2.解题步骤,(1)明确图象的种类，即是Bt图还是t图，或者是Et图、It图等。(2)分析电磁感应的具体过程判断对应的图象是否分段，共分几段。(3)用右手定则或楞次定律确定感应电流的方向。(4)结合法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿运动定律等规律写出函数关系式。(5)根据函数关系式，进行数学分析。(6)画图象或判断图象。,典例剖析【例】 矩形导线框abcd放在匀强
5、磁场中静止不动，磁场方向与线框平面垂直，磁感应强度B随时间t变化的图象如图所示。设t0时刻，磁感应强度的方向垂直纸面向里，则在04 s时间内，选项图中能正确反映线框ab边所受的安培力F随时间t变化的图象是(规定ab边所受的安培力向左为正)(),解析在01 s内，由法拉第电磁感应定律可知，产生的感应电流大小恒定，由楞次定律可得线框内产生的感应电流方向为顺时针方向，根据左手定则可判断出线框ab边所受安培力方向向左(为正)，由FBIL可知F随磁感应强度的减小而减小。在12 s内，由楞次定律可得线框内产生的感应电流方向为顺时针方向，根据左手定则可判断出线框ab边所受安培力方向向右(为负)，由FBIL可
6、知F随磁感应强度的增大而增大。同理在23 s内，线框ab边所受安培力方向向左(为正)，由FBIL可知F随磁感应强度的减小而减小。在34 s内，线框ab边所受安培力方向向右(为负)，由FBIL可知F随磁感应强度的增大而增大，D正确。答案D,针对训练1.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甲所示，当磁场的磁感应强度B随时间t如图乙变化时，图中正确表示线圈中感应电动势E变化的是(),答案A,乙,解析由公式EBlv可知，当刷卡速度减半时，线圈中的感应电动势最大值减半，且刷卡所用时间加倍，故D选项正确。答案D,考点三电磁感应的动力学问题(/d),典例
7、剖析【例】 如图所示，两根足够长的光滑平行金属导轨MN、PQ间距为l0.5 m，其电阻不计，两导轨及其构成的平面均与水平面成30角。完全相同的两金属棒ab、cd分别垂直导轨放置，每棒两端都与导轨始终有良好接触。已知两棒质量均为m0.02 kg，电阻均为R0.1 ，整个装置处在垂直于导轨平面向上的匀强磁场中，磁感应强度B0.2 T。棒ab在平行于导轨向上的力F作用下，沿导轨向上匀速运动，而棒cd恰好能够保持静止。g取10 m/s2，求：,(1)通过棒cd的电流I是多少？方向如何？(2)棒ab受到的力F是多大？,解析(1)棒cd受到的安培力为FcdBIl棒cd在共点力作用下平衡，则Fcdmgsin
8、 30联立解得I1 A根据楞次定律可知，棒cd中电流方向由d至c。(2)棒ab与棒cd受到的安培力大小相等，即FabFcd对棒ab，由共点力平衡条件得Fmgsin 30BIl解得F0.2 N答案(1)1 A由d至c(2)0.2 N,针对训练如图所示，光滑的“ ”形金属导体框竖直放置，除图中已标阻值为R的电阻外，其余电阻不计。质量为m的金属棒MN与框架接触良好。在区域abcd和cdef内，存在磁感应强度大小分别为B1B、B22B的有界匀强磁场，方向均垂直于框架平面向里，两竖直导轨ae与bf间距为L。现从图示位置由静止释放金属棒MN，当金属棒进入磁场B1区域后恰好做匀速运动。求：(1)金属棒进入磁
9、场B1区域后的速度大小；(2)金属棒刚进入磁场B2区域时的加速度大小。,考点四电磁感应的能量问题(/d),要点突破1.电磁感应过程实质是不同形式的能量转化的过程，电磁感应过程中产生的感应电流在磁场中必定受到安培力作用。因此闭合电路的一部分导体运动切割磁感线时必克服安培力做功。此过程中，其他形式的能转化为电能。克服安培力做多少功，就有多少其他形式的能转化为电能。当感应电流通过用电器时，电能又转化为其他形式的能。同理，电流做功的过程，是电能转化为其他形式的能的过程，电流做多少功就有多少电能转化为其他形式的能。,2.电能求解思路主要有三种：,(1)利用克服安培力做功求解，电磁感应中产生的电能等于克服
10、安培力所做的功。(2)利用能量守恒求解，导体切割磁感线产生感应电流时，开始的机械能总和与最后的机械能总和之差等于产生的电能。(3)利用电路特征来求解，通过电路中所消耗的电能来计算。,典例剖析【例】 如图所示，在高度差h0.5 m的平行虚线范围内，有磁感应强度B0.5 T、方向垂直于竖直平面向里的匀强磁场，正方形线框abcd的质量m0.1 kg、边长L0.5 m、电阻R0.5 ，线框平面与竖直平面平行，静止在位置“”时，cd边跟磁场下边缘有一段距离。现用一竖直向上的恒力F4.0 N向上提线框，线框由位置“”无初速度开始向上运动，穿过磁场区，最后到达位置“”(ab边恰好出磁场)，线框平面在运动中保
11、持与磁场方向垂直，且cd边保持水平。设cd边刚进入磁场时，线框恰好开始做匀速直线运动。g取10 m/s2。,(1)求线框进入磁场前距磁场下边界的距离H；(2)线框由位置“”到位置“”的过程中，恒力F做的功是多少？线框内产生的热量又是多少？,答案(1)9.6 m(2)42.4 J3.0 J,针对训练(2016浙江理综)小明设计的电磁健身器的简化装置如图所示，两根平行金属导轨相距l0.50 m，倾角53，导轨上端串接一个0.05 的电阻。在导轨间长d0.56 m的区域内，存在方向垂直导轨平面向下的匀强磁场，磁感应强度B2.0 T。质量m4.0 kg的金属棒CD水平置于导轨上，用绝缘绳索通过定滑轮与
12、拉杆GH相连。CD棒的初始位置与磁场区域的下边界相距s0.24 m。一位健身者用恒力F80 N拉动GH杆，CD棒由静止开始运动，上升过程中CD棒始终保持与导轨垂直。当CD棒到达磁场上边界时健身者松手，触发恢复装置使CD棒回到初始位置(重力加速度g10 m/s2，sin 530.8，不计其他电阻、摩擦力以及拉杆和绳索的质量)。求,(1)CD棒进入磁场时速度v的大小；(2)CD棒进入磁场时所受的安培力的大小；(3)在拉升CD棒的过程中，健身者所做的功W和电阻产生的焦耳热Q。,答案(1)2.4 m/s(2)48 N(3)64 J26.88 J,1.如图所示，A是一边长为l的正方形线框，电阻为R，现维
13、持线框以恒定的速度v沿x轴运动，并穿过图中所示的匀强磁场B区域。取逆时针方向为电流正方向，线框从图示位置开始运动，则线框中产生的感应电流i随时间t变化的图线是图中的(),解析由于线框进入和穿出磁场时，线框内磁通量均匀变化，因此在线框中产生的感应电流大小不变，根据楞次定律可知，线框进入磁场时感应电流的方向与规定的正方向相同，穿出磁场时感应电流的方向与规定的正方向相反，因此应选B。答案B,2.如图所示，质量为m、高为h的矩形导线框在竖直面内自由下落，其上下两边始终保持水平，途中恰好匀速穿过一有理想边界、高亦为h的匀强磁场区域，线框在此过程中产生的内能为(),A.mgh B.2mghC.大于mgh而
14、小于2mgh D.大于2mgh,解析因线框匀速穿过磁场，在穿过磁场的过程中合外力做功为零，克服安培力做功为2mgh，产生的内能亦为2mgh，故选B。答案B,3.如图所示，闭合导线框的质量可以忽略不计，将它从如图所示的位置匀速拉出匀强磁场。若第一次用0.3 s时间拉出，外力所做的功为W1，通过导线截面的电荷量为q1；第二次用0.9 s时间拉出，外力所做的功为W2，通过导线截面的电荷量为q2，则(),A.W1W2，q1q2 D.W1W2，q1q2,答案D,4.如图甲所示，两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为的绝缘斜面上，两导轨间距为L，M、P两点间接有阻值为R的电阻，一根质量为m的均匀直金属杆ab放在两导轨上，并与导轨垂直，整套装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场
