第四课时 法拉第电磁感应定律综合应用.doc

第四课时 法拉第电磁感应定律的综合应用（一） 一、考点理解 （一）电磁感应中的力学问题 电磁感应与力学问题联系的桥梁是磁场对感应电流的安培力。解答电磁感应中的力学问题，一方面要应用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、安培力计算公式等。另一方面运用力学的有关规律，如牛顿运动定律、动量定理、动量守恒定律、动能定理、机械能守恒定律等。在分析方法上，要始终抓住导体棒的受力（特别是安培力）特点及其变化规律，明确导体棒（或线圈）的运动过程以及运动过程中状态的变化，把握运动状态的临界点。 （二）电磁感应中的电路问题 电磁感应现象中，有感应电流时，必然要和电路发生联系。电磁感应定律与闭合电路欧姆定律结合运用时，关键是画出等效电路图，注意分清内、外电路，产生感应电动势的那部分导体是电源，即内电路。如果在一个电路中产生感应电动势的导体有几部分，可以等效为几个电源的串并联，并注意寻找几个电源之间的联系。电路中某两点间的电势差一般指外电压或外电路中某用电器两端电压，注意路端电压与电源电动势的区别。 （三）电磁感应中的能量问题 电磁感应现象中，当导体切割磁感线或磁通量发生变化使回路中产生感应电流时，总伴随着机械能或其它形式的能转化为电能。具有感应电流的导体，在磁场中通过安培力做功或通过电流做功又可以使电能转化为机械能或内能。对于某些电磁感应问题，运用能量转化和守恒的观点进行分析求解，既可以简化中间的复杂过程，又能使问题求解变得简洁明快。 （四）电磁感应中的图像问题 电磁感应现象中，常常涉及磁感应强度B、磁通量φ、感应电动势E、感应电流I等物理量随时间t而变化，描述这些量的变化及变化规律时经常用到对应的函数图象描述，即B－t图线、φ－t图线、E－t图线以及I－t图线，当导体棒在导轨上切割磁感线运动时，还经常出现感应电动势E、感应电流I随导体棒位移x变化的图线，即E－x图线和I－x图线。 图像问题大体分为两类：一类是给出电磁感应过程，确定这一过程中某些量的变化图象。一类是给出有关量的变化图象，确定电磁感应过程以及这一过程中其它量的变化规律。无论哪种类型，都必须熟练运用楞次定律及法拉第电磁感应定律，认真分析电磁感应过程中某些量的变化与另一量的变化之间的联系，从而确定物理量的变化规律。 二、方法讲解 金属杆在磁场中切割磁感线运动的基本模型 金属导体棒在导轨上作切割磁感线运动时产生感应电动势，若是闭合回路，则产生感应电流，导体棒受安培力作用，使导体棒受力情况发生变化，进而使导体棒的运动状态发生改变，引起一系列的动态变化，最终出现一种新的稳定状态——收尾速度。 （一）单杆模型：一根导体棒在两平行光滑导轨上垂直导轨且垂直匀强磁场切割磁感线运动。 1、导体以初速度v0开始运动，运动过程中合外力就是安培力，导轨足够长。（如图所示） 运动过程：导体棒作加速度减少的减速运动，最终加速度和速度同时为零。 能量转化：棒的初动能，通过安培力做功转化为电能，再通过电流做功将电能转化为系统的内能。系统总共产生的焦耳热. 2、导体棒在恒定外力F拉动下，由静止开始运动，不计摩擦，轨道足够长（如图所示）。 运动过程：导体棒先作加速度减小的加速运动，最终加速度为零，速度达到最大，以后匀速运动。ab杆动态思维流程图： 当：时，a＝0， 能量转化：拉力F做功Fs，将其它形式的能转化为两部分：一部分为导体的动能；一部分转化为电能，电能继而转化为系统热能Q，且满足：. 3、在2问题中电阻R换成电容器C（如图所示）。图中杆ab质量为m，在恒定外力F作用下，由静止开始运动。 运动过程：设导体棒在向右运动过程中某时刻速度为v，此时导体棒上电流为I（电容器正在充电），则ab棒受安培力F安＝BIL。设导体棒加速度为a，则：F－F安＝ma，此时电容器带电量q＝EC＝BLvC. 设经过△t时间，导体棒上速度变化△v，则电动势变化△E＝BL△v。电容器上电量变化△q＝△EC＝BLC△v，则导体棒上流:。 故：，代入F－F安＝ma有：F－B2L2Ca＝ma. 解得：为常量.故导体棒作匀加速直线运动，当导体棒位移为s时的速度: . 能量转化：拉力做功Fs，将其它形式的能转化为两部分：一部分为导体棒的动能Ek；一部分转化为电容器储存的电能E电, Fs＝Ek＋E电. 三、考点应用（一） 例1： 如图所示abcd为质量M＝2kg的导轨，放在光滑绝缘水平面上，另有一根质量m＝0.6kg的金属棒PQ平行于bc放在水平导轨上，PQ棒左边靠着绝缘的竖直立柱e、f。导轨处于匀强磁场中，磁场以OO′为界，左侧的磁场方向竖直向上，右侧的磁场方向水平向右。磁感应强度大小都为B＝0.8T。导轨的bc段长L＝0.5m,其电阻r＝0.4Ω，金属棒的电阻R＝0.2Ω，其余电阻均可不计。金属棒与导