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第3讲 专题:电磁感应的综合应用
电磁感应的综合应用
一、电磁感应中的电路问题
1.内电路和外电路
(1)切割磁感线运动的导体或磁通量发生变化的线圈都相当于电源.
(2)该部分导体的电阻或线圈的电阻相当于电源的内阻,其余部分是外电路.
2.电源电动势和路端电压
(1)电动势:E=Blv或E=n.
(2)电源正、负极:用右手定则或楞次定律确定.
(3)路端电压:U=E-Ir=IR.
二、电磁感应图象问题
图象类型 (1)随时间变化的图象如B-t图象、Φ-t图象、E-t图象和I-t图象(2)随位移x变化的图象如E-x图象和I-x图象 问题类型 (1)由给定的电磁感应过程判断或画出正确的图象(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)利用给出的图象判断或画出新的图象 应用知识 左手定则、安培定则、右手定则、楞次定律、法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿定律、函数图象知识等 三、感应电流在磁场中所受的安培力
1.安培力的大小
由感应电动势E=Blv,感应电流I=和安培力公式F=BIl得F=.
2.安培力的方向判断
—
四、电磁感应中的能量转化与守恒
1.能量转化的实质
电磁感应现象的能量转化实质是其他形式能和电能之间的转化.
2.能量的转化
感应电流在磁场中受安培力,外力克服安培力做功,将其他形式的能转化为电能,电流做功再将电能转化为内能(或其他形式的能).
3.热量的计算
电流(恒定)做功产生的热量用焦耳定律计算,公式Q=I2Rt.
1.穿过闭合回路的磁通量Φ随时间t变化的图象分别如图①~④所示.下列关于回路中产生的感应电动势的论述中正确的是( )
A.图①中,回路产生的感应电动势恒定不变
B.图②中,回路产生的感应电动势一直在变大
C.图③中,回路在0~t1时间内产生的感应电动势小于在t1~t2时间内产生的感应电动势
D.图④中,回路产生的感应电动势先变小再变大
解析: 由法拉第电磁感应定律E=n可得,闭合回路产生的感应电动势取决于Φ-t图象的斜率的绝对值大小.图①中Φ-t图象的斜率为零,故感应电动势为零,A错误;图②中Φ-t图象斜率不变,故感应电动势为定值,B错误;图③中回路中0~t1时间内Φ-t图象的斜率的绝对值大于t1~t2时间内Φ-t图象的斜率的绝对值,故在0~t1时间内产生的感应电动势大于t1~t2时间内产生的感应电动势,C错误;图④中Φ-t图象的斜率的绝对值先变小再变大,故回路产生的感应电动势先变小再变大,D正确.
答案: D
2.如图所示,两根相距为l的平行直导轨ab、cd,b、d间连有一固定电阻R,导轨电阻忽略不计,MN为放在ab和cd上的一导体杆,与ab垂直,其电阻也为R.整个装置处于匀强磁场中,磁感应强度的大小为B,磁场方向垂直于导轨所在平面(指向图中纸面内),现对MN施力使它沿导轨方向以速度v(如图)做匀速运动,令U表示MN两端电压的大小,则( )
A.U=vBl,流过固定电阻R的感应电流由b到d
B.U=vBl,流过固定电阻R的感应电流由d到b
C.U=vBl,流过固定电阻R的感应电流由b到d
D.U=vBl,流过固定电阻R的感应电流由d到b
解析: 导体杆向右做匀速直线运动产生的感应电动势Blv,R和导体杆形成一串联电路,由分压原理得U=·R=Blv,由右手定则可判断出感应电流方向由N→M→b→d→N,故A选项正确.
答案: A
3.如图所示,在光滑的水平面上,一质量为m=0.1 kg,半径为r=0.5 m,电阻为R=0.5 Ω的均匀金属圆环,以v0=5 m/s的初速度向一磁感应强度为B=0.1 T的有界匀强磁场滑去(磁场宽度d>2r).圆环的一半进入磁场历时2秒,圆环上产生的焦耳热为0.5 J,则2秒末圆环中感应电流的瞬时功率为( )
A.0.15 W B.0.2 W
C.0.3 W D.0.6 W
解析: 圆环刚好有一半进入磁场时,设瞬时速度为v,由Q=mv-mv2,解得v= m/s,此时环上的瞬时感应电动势为E=Bv×2r,故瞬时功率为P=E2/R=0.3 W.
答案: C
4.如图所示,水平放置的光滑平行金属导轨上有一质量为m的金属棒ab.导轨的一端连接电阻R,其他电阻均不计,磁感应强度为B的匀强磁场垂直于导轨平面向下.金属棒ab在一水平恒力F作用下由静止开始向右运动,则( )
A.随着ab运动速度的增大,其加速度也增大
B.外力F对ab做的功等于电路中产生的电能
C.当ab做匀速运动时,外力F做功的功率等于电路中的电功率
D.无论ab做何种运动,它克服安培力做的功一定等于电路中产生的电能
解析: 设ab的速度为v,运动的加速度a=,ab由静止先做加速度逐渐减小的加速运动,当a=0后做匀速运动,则A选项错误;由能量守恒知.外力F对ab做的功等于电路中产生的电能和ab增加的动能之和.ab克服安培力
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