一、电磁感应中的综合问题.ppt

电磁感应与电磁场的应用 主讲人: 焦文龙 中国人民大学 两个问题 1.电磁感应中的综合问题 2.电磁场在科学技术中的应用 一、电磁感应中的综合问题 难点分析： 1．电磁感应的综合问题中，往往运用牛顿第二定 律、动量守恒定律、功能关系、闭合电路计算等物 理规律及基本方法，而这些规律及方法又都是中学 物理学中的重点知识，因此进行与此相关的训练， 有助于学生对这些知识的回顾和应用，建立各部分 知识的联系．但是另一方面，也因其综合性强，要 求学生有更强的处理问题的能力，也就成为学生学 习中的难点． 2．楞次定律、法拉第电磁感应定律也是能量守 恒定律在电磁感应中的体现，因此，在研究电 磁感应问题时，从能量的观点去认识问题，往 往更能深入问题的本质，处理方法也更简捷， “物理”的思维更突出，对学生提高理解能力有较 大帮助，因而应成为复习的重点． 第一种情况 一、力、电、磁综合题分析 [例1] 如图3-9-1所示，AB、CD是两根足够长 的固定平行金属导轨，两导轨间的距离为l， 导轨平面与水平面的夹角为θ，在整个导轨平 面内都有垂直于导轨平面斜向上方的匀强磁场， 磁感强度为B，在导轨的A、D端连接一个阻值 为R的电阻．一根垂直于导轨放置的金属棒ab，其质量为m，从 静止开始沿导轨下滑．求：ab棒下滑的最大速度．（要求画出 ab棒的受力图，已知ab与导轨间的动摩擦因数为μ，导轨和金 属棒的电阻都不计） 思考问题 1.题目中表达的是什么物理现象？ab棒将经历什 么运动过程？——动态分析． ab棒沿导轨下滑会切割磁感线，产生感应电动 势，进而在闭合电路中产生感应电流．这是电磁 感应现象．ab棒在下滑过程中因所受的安培力逐 渐增大而使加速度逐渐减小，因此做加速度越来 越小的加速下滑． 2.你能否按题目要求画出ab棒在运动中的受力图？ 3.金属棒在速度达到最大值时的力学条件是什么？ 金属棒沿斜面加速下滑，随v↑→感应电动势 =Blv↑→感 力F=BIl↑→合力↓→a↓．当合力为零时，a=0，v达最大vm，以后一直以vm匀速下滑． 当v最大时，沿斜面方向的平衡方程为 4.通过上述分析，你能说出何时金属棒的加速度最大？最大加速度为多少？ 金属棒做a减小的加速下滑，故最初刚开始下滑时，加速度a最大．由牛顿第二定律有：mgsinθ-μmgcosθ=mam 得 am=g（sinθ-μcosθ） 5.如果要求金属棒ab两端的电压Uab最终为多大，应该 运用什么知识去思考？ 求电路两端的电压应从金属棒所在电路的组成去分析， 为此应先画出等效电路模型图． Uab= -Ir=Blv-Ir 由于金属棒电阻不计，则r=0，故Uab=Blv随金属棒速度 v↑ →↑→Uab↑，最终 6.若金属棒的电阻不能忽略，其电阻为r，则Uab结 果又怎样？ 仍然应用基本方法去分析，而不能简单从事，“一改了之”．应该用本题的方法考虑一遍：用力学方法确定最大速度， 用电路分析方法确定路端电压 题后语 由例1可知，解答电磁感应与力、电综合题，对于运 动与力的分析用力学题的分析方法，只需增加对安培 力的分析；而电路的电流、电压分析与电学分析方法 一样，只是需要先明确电路的组成模型，画出等效电 路图．这是力、电、磁综合题的典型解题方法．分析 这类题要抓住“速度变化引起磁场力变化”的相互关联 关系，从分析物体的受力情况与运动情况入手是解题 的关键和解题的钥匙． [例2] 如图3-9-4所示，两根竖直放置在绝缘地面上的 金属导轨的上端，接有一个电容为C的电容器，框架 上有一质量为m、长为l的金属棒，平行于地面放置， 与框架接触良好且无摩擦，棒离地面的高度为h，磁感 强度为B的匀强磁场与框架平面垂直．开始时，电容 器不带电．将金属棒由静止释放，问：棒落地时的速 度为多大？（整个电路电阻不计） 分析要点 本题要抓几个要点：①电路中有无电流？②金属棒受不受安培力作用？若有电流，受安培力作用，它们怎样计算？③为了求出金属棒的速度，需要用力学的哪种解题途径：用牛顿运动定律？动量观点？能量观点？ 思考问题 1.电路中有电流吗？ 根据画的电路图都能意识到有电容器充电 电流，方向为逆时针 2.这一充电电流强度I应怎样计算？ 因为整个电路的电阻不计，所以不能用电动势除以内外电阻之和的方法计算！ 3.这个电路是纯电阻电路吗？能否应用欧姆定律求电流强度？ 用欧姆定律根本就是“张冠李戴”的．既然是给电容器充电形成电流，那么电流强度与给电容器极板上充上的电量Q有什么关系？ 应考虑很短一段时间△t内电容极板上增加的电 4.电容器极板上增加的电量与极板间的电压有