电磁感应中的能量、图像问题.ppt

4. 如图所示，水平导轨间距为L，左端接有阻值为R的定值电阻。在距左端x0处放置一根质量为m、电阻为r的导体棒，导体棒与导轨间无摩擦且始终保持良好接触，导轨的电阻可忽略，整个装置处在竖直向上的匀强磁场中，问：在下列各种情况下，作用在导体棒上的水平拉力F的大小应如何？ （1）磁感应强度为B=B0 保持恒定，导体棒以速度v向右做匀速直线运动； （2）磁感应强度为B=B0+kt 随时间 t均匀增强，导体棒保持静止； （3）磁感应强度为B=B0保持恒定， 导体棒由静止始以加速度 a 向右做 匀加速直线运动； 3.电磁感应中的图象问题 4.电磁感应中能量转化问题: 综合应用 * x0 L F B （1）电动势为：E=BLv 电流为： I= 匀速运动时，外力与安培力平衡：F=B0IL= (2) 由法拉第电磁感应定律得： 静止时水平外力与安培力平衡： （3）任意时刻 t 导体棒的速度为：v=a t 由牛顿第二定律得： F-BIL=ma· 解答 于是水平力为： 一、线圈在均匀磁场中运动时的i-t图象 二、线圈在均匀磁场中运动时的i-x图象 三、线圈在非均匀磁场中运动时的i-t图象 四、图象的应用 d c b a 思考:你能作出ad间电压与时间的关系图象吗? 例1.如图所示，一宽40cm的匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面向里．一边长为20cm的正方形导线框位于纸面内，以垂直于磁场边界的恒定速度v＝20cm/s通过磁场区域，在运动过程中，线框有一边始终与磁场区域的边界平行．取它刚进入磁场的时刻t＝0. 在下列图线中，正确反映感应电流随时间变化规律的是 [ c ] 例2、如图所示，边长为L正方形导线圈，其电阻为R，现使线圈以恒定速度v沿x轴正方向运动，并穿过匀强磁场区域B，如果以x轴的正方向作为力的正方向，线圈从图示位置开始运动，则 （1）穿过线圈的磁通量随x变化的图线为哪个图？ （2）线圈中产生的感应电流随x变化的图线为哪个图？ （3）磁场对线圈的作用力F随x变化的图线为哪个图？ × × × × × × × × × × × × × × × L L 3L X B 0 1 2 3 4 5 6 x/L 0 1 2 3 4 5 6 x/L 0 1 2 3 4 5 6 x/L 0 1 2 3 4 5 6 x/L A B C D [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] 例4、一金属圆环位于纸面内，磁场垂直纸面，规定向里为正，如图所示。现今磁场B随时间变化是先按oa图线变化，又按图线bc和cd变化，令E1、E2、E3分别表示这三段变化过程中感应电动势的大小，I1、I2、I3分别表示对应的感应电流，则E1、E2、E3的大小关系是___________;电流I1的方向是___________;I2的方向是___________;I3的方向是____________. 顺时针 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 B t a b c d E2=E3E1 逆时针方向 顺时针方向 顺时针方向 例5、如图所示竖直放置的螺线管和导线abcd构成回路，螺线管下方水平桌面上有一导体环。当导线abcd所围区域内的磁场按下列哪一图示方式变化时，导体环将受到向上的磁场力作用？ a d c b × × × × × × × × × × B 0 t B 0 t B 0 t B 0 t B A B C D [ A ] 1、用法拉第电磁感应定律和愣次定律确定感应电 动势的大小和方向。 2、画出等效电路，求出回路中电阻消耗的电功率 表达式。 3、分析导体机械能的变化，用能量守恒关系得到 机械功率的改变与回路中电功率的改变所满足的方 程。 例. 在磁感应强度为B的水平均强磁场中，竖直放置一个冂形金属框ABCD，框面垂直于磁场，宽度BC＝L ，质量m的金属杆PQ用光滑金属套连接在框架AB和CD上如图.金属杆PQ电阻为R，当杆自静止开始沿框架下滑时： (1)开始下滑的加速度为 多少? (2)框内感应电流的方向怎样？ (3)金属杆下滑的最大速度是多少? (4)从开始下滑到达到最大速度过程中重力势能转化为什么能量 Q B P C D A 解: 开始PQ受力为mg, mg 所以 a=g PQ向下加速运动,产生感应电流,方向顺时针, 受到向上的磁场力F作用。 I F 达最大速度时, F=BIL=B2 L2 vm /R =mg ∴vm=mgR / B2 L2 由能量守恒定律,重力