讲座6 电磁感应中线框问题的求解思路.ppt

电磁感应中线框问题 的求解思路 电磁感应中线框问题的求解思路，一方面是要考虑 电磁学中的有关规律，如楞次定律、法拉第电磁感应 定律、左手定则、右手定则、安培力的计算公式等； 另一方面还要考虑力学中的有关规律，如牛顿运动定 律、动能定理、能量守恒定律等，要将电磁学和力学 的知识综合起来应用。 电磁感应中线框问题的求解思路 ⑴先做“源”的分析：分离出电路中由电磁感应所产 生的电源，求出电源参数E和r ⑵再进行“路”的分析：分析电路结构，弄清串并联 关系，求出相关部分的电流大小，以便安培力的求解 ⑶然后是“力”的分析：分析力学研究对象的受力情 况，尤其注意其所受的安培力 ⑷再后是“动”的分析：根据力和运动的关系，判断 出正确的运动模型 ⑸最后是“能”的分析：寻找电磁感应过程和力学对 象的运动过程中其能量转化和守恒的关系。 中学物理中常见的电磁感应中线框问题的分析 有如下三种情况： 【理论阐释】线框不动，磁场变化时，首先判断穿过 线圈平面的磁通量的变化，再由楞次定律判断线框中 产生的感应电流的方向，然后再由左手定则判断线框 所受安培力的方向，最后由线框的受力情况判断其运 动情况，或者根据阻碍相对运动进行判断。 一、线框不动，磁场变化 【典例导悟】矩形导线框abcd放在匀强磁场中，在外力 控制下静止不动，磁感线方向与线圈平面垂直，磁感应 强度B随时间变化的图像如图所示。t = 0时刻，磁感应 强度的方向垂直纸面向里，在0～4 s时间内，线框ab边 受安培力随时间变化的图像（力的方向规定以向左为正 方向）可能是下图中的（ ） 【理论阐释】线框不动，磁场运动时，由于穿过闭合 回路的磁通量发生变化而产生感应电流，感应电流处 在原磁场中必然受力，闭合回路受力的结果：阻碍原 磁通量的变化——增反减同；阻碍导体与磁体间的相 对运动——来拒去留；当回路发生形变时，感应电流 的效果就阻碍回路发生形变。总之，如果问题涉及感 应电流的方向，由楞次定律和安培定则分析判断；如 果问题不涉及感应电流的方向，则用楞次定律的另一 种表述分析问题更简便。 二、线框不动，磁场运动 【典例导悟】如图所示，闭合线圈上方有一竖直放置 的条形磁铁，磁铁的N极朝下。当磁铁向下运动时 （但未插入线圈内部）（ ） A．线圈中感应电流的方向与图中箭头方 向相同，磁铁与线圈相互吸引 B．线圈中感应电流的方向与图中箭头方 向相同，磁铁与线圈相互排斥 C．线圈中感应电流的方向与图中箭头方向相反， 磁铁与线圈相互吸引 D．线圈中感应电流的方向与图中箭头方向相反， 磁铁与线圈相互排斥 【解析】选D 。当磁铁向下运动时，在线圈中产生增 大的磁通量，且原磁场方向向下。依据楞次定律，线圈 中感应电流的磁通量阻碍此磁通量的变化，感应电流的 磁场方向应向上，依据安培定则，线圈中感应电流的方 向与图中箭头方向相反。又依楞次定律感应电流所受安 培力阻碍相对运动，故磁铁与线圈相互排斥阻碍靠近。 选项D正确。 【理论阐释】线框运动，磁场不动，解决这类问题的 一般思路是：根据电磁感应现象→感应电动势→感应 电流→安培力→合力→加速度→速度→感应电动势 →……周而复始地循环（注意：当导体运动达到稳定 时，a=0，速度不再发生变化） 三、线框运动，磁场不动 【典例导悟】 均匀导线制成的单位正方形闭合线框 abcd，每边长为L，总电阻为R，总质量为m。将其置 于磁感应强度为B的水平匀强磁场上方h处，如图所 示。线框由静止自由下落，线框平面保持在竖直平面 内，且cd边始终与水平的磁场边界平行。当cd边刚进 入磁场时， （1）求线框中产生的感应电动势大小; （2）求cd两点间的电势差大小; （3）若此时线框加速度恰好为零， 求线框下落的高度h所应满足的条件。