粤教版高中物理课件：选修3-2第一章 第5节电磁感应规律的应用.ppt

2、电磁感应中的力学问题 * * * * * 电磁感应规律综合应用的四种题型 2、电磁感应中的力学问题 1、电磁感应中的电路问题 3、电磁感应中的能量问题 4、电磁感应中的图象问题 1、电磁感应中的电路问题 如图所示，一个500匝的线圈的两端跟R＝99Ω的电阻相连接，置于竖直向下的匀强磁场中，线圈的横截面积是20㎝2，电阻为1Ω，磁场的磁感应强度随时间变化的图象如图所示。求磁场变化过程中通过电阻R的电流为多大？ 解析：由图b知，线圈中磁感应强度B均匀增加，其变 化率ΔB／Δt=(50-10)/4=10T/s. 1、电磁感应中的电路问题 基本方法： 1、用法拉第电磁感应定律和楞次定律确定感应电动势的大小和方向。 2、画等效电路。 3、运用闭合电路欧姆定律，串并联电路性质，电功率等公式联立求解。 等效电路图 1、电路方面:求感应电动势E,内外电路路端电压U,干支路电流I,消耗的电功率P 2、力学方面:匀速运动时所加外力F大小,外力功W,外力功功率P R1 R2 E r1 如图,长为L的铜杆OA以O为轴在垂直于匀强磁场的平面内以角速度ω匀速转动,磁场的磁感应强度为B,求杆OA两端的电势差. ω A O A 例1 如图,有一匀强磁场B=1.0×10-3T，在垂直磁场的平面内,有一金属棒AO,绕平行于磁场的O轴顺时针转动,已知棒长L=0.20m，角速度ω=20rad/s，求：棒产生的感应电动势有多大？ 练习1 ω A B C R O 如图所示，在磁感应强度为B的匀强磁场中，有半径为r的光滑半圆形导体框架。OC为一端绕O点在框架上滑动的导体棒，OA之间连一个阻值为R的电阻（其余电阻都不计），若使OC以角速度ω匀速转动。试求： （1）图中哪部分相当于电源？ （2）感应电动势E为多少？ （3）流过电阻R的电流I为多少？ 练习2 （1）导体棒OC （2） （3） 3、把总电阻为2R的均匀电阻丝焊接成一半径为a的圆环,水平固定在竖直向下的磁感应强度为B的匀强磁场中,如图所示,一长度为2a,电阻为R,粗细均匀的金属棒MN放在圆环上,它与圆环始终保持良好的接触,当金属棒以恒定速度v向右移动经过环心O时,求: 2、在圆环和金属棒上消耗的总功率 1、棒上的电流I大小,棒两端的电压U N M R R E R 4、如图所示，电阻不计的裸导体AB与宽为60cm的平行金属导轨良好接触，电阻R1＝3Ω， R2＝6Ω，整个装置处在垂直导轨向里的匀强磁场中，磁感应强度B＝0.5T。当AB向右以V＝5m/s的速度匀速滑动时，求流过电阻R1、 R2的电流大小。 A × × × × 　× × × × × 　× R2 V B R1 电磁感应中产生的感应电流在磁场中将受到安培力的作用，因此，电磁感应问题往往跟力学问题联系在一起，解决这类电磁感应中的力学问题，不仅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、左右手定则、安培力的计算公式等，还要应用力学中的有关规律，如牛顿运动定律、动能定理、机械能守恒定律等。要将电磁学和力学的知识综合起来应用。 由于安培力和导体中的电流、运动速度均有关， 所以对磁场中运动导体进行动态分析十分必要。 【例1】水平放置于匀强磁场中的光滑导轨上，有一根导体棒ab，用恒力F作用在ab上，由静止开始运动，回路总电阻为R，分析ab 的运动情况，并求ab的最大速度。 a b B R F f1 a=(F-f)/m v E=BLv I= E/R f=BIL F f2 解：当f=F 时，a=0，速度达到最大， F f F=f=BIL=B2 L2 vm /R vm=FR / B2 L2 vm称为收尾速度. 2、电磁感应中的力学问题 2、电磁感应中的力学问题 基本方法： 1、用法拉第电磁感应定律和楞次定律 求感应电动势的大小和方向。 2、求回路中的电流强度 3、分析导体受力情况（包含安培力，用左手定则） 4、列动力学方程求解。 【例2】 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？安培力的方向？ (3)金属杆下滑的最大速度是多少? Q B P C D A 解:（1）开始PQ受力为mg, mg 所以 a=g （2）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 (3)达最大速度时, F=BIL=B2 L2 vm /R=mg ∴vm=mgR / B2