高考物至理课件：含感应电动势的电路分析与计算.ppt

* * 感悟·渗透·应用 三、含感应电动势的电路分析与计算. 这类问题中应当把产生感应电动势的部分导体看成电源，其余通路则为外电路，根据电路结构进行分析计算. 感悟·渗透·应用 【例7】如图4-8所示，da、cb为相距l的平行导轨(电阻可以忽略不计).a、b间接有一个固定电阻，阻值为R.长直细金属杆MN可以按任意角架在水平导轨上，并以速度v匀速滑动(平移)，v的方向和da平行.  图4-8 感悟·渗透·应用 杆MN有电阻，每米长的电阻值为R.整个空间充满匀强磁场，磁感应强度的大小为B，方向垂直纸面(dabc平面)向里 (1)求固定电阻R上消耗的电功率为最大时θ角的值 (2)求杆MN上消耗的电功率为最大时θ角的值. 感悟·渗透·应用 【解析】如图4-8所示，杆滑动时切割磁感线而产生感应电动势E=Blv，与?角无关. 以r表示两导轨间那段杆的电阻，回路中的电流为: (1)电阻R上消耗的电功率为: 由于E和R均与?无关，所以r值最小时，PR值达最大.当杆与导轨垂直时两轨道间的杆长最短，r的值最小，所以PR最大时的?值为?=?/2. 感悟·渗透·应用 (2)杆上消耗的电功率为: Pr= 要求Pr最大，即要求 取最大值.由于 显然，r=R时， 有极大值因每米杆长的电阻值为R，r=R即要求两导轨间的杆长为1m， 感悟·渗透·应用 所以有以下两种情况： ①如果l≤1m，则?满足下式时r=R 1×sin?=l 所以?=arcsinl ②如果l＞1m，则两导轨间那段杆长总是大于1m，即总有r＞R由于 在r＞R的条件下，上式随r的减小而单调减小，r取最小值时?=?/2， 取最小值， 取最大值，所以，Pr取最大值时?值为 感悟·渗透·应用 【例8】如图4-9所示，光滑的平行导轨P、Q相距l=1m，处在同一水平面中，导轨左端接有如图所示的电路，其中水平放置的平行板电容器C两极板间距离d=10mm，定值电阻R1=R3=8Ω，R2=2Ω，导轨电阻不计. 图4-9 感悟·渗透·应用 磁感应强度B=0.4T的匀强磁场竖直向下穿过导轨面.当金属棒ab沿导轨向右匀速运动(开关S断开)时，电容器两极板之间质量m=1×10-14kg、带电量Q=-1×10-15C的微粒恰好静止不动；当S闭合时，微粒以加速度a=7m/s2向下做匀加速运动，取g=10m/s2，求： (1)金属棒ab运动的速度多大?电阻多大? (2)S闭合后，使金属棒ab做匀速运动的外力的功率多大? 感悟·渗透·应用 【解析】(1)带电微粒在电容器两极板间静止时，受向上的电场力和向下的重力作用而平衡，则得到:mg= 求得电容器两极板间的电压 由于微粒带负电，可知上极板电势高. 由于S断开，R1上无电流，R2、R3串联部分两端总电压等于U1，电路中的感应电流，即通过R2、R3的电流为: 感悟·渗透·应用 由闭合电路欧姆定律，ab切割磁感线运动产生的感应电动势为E=U1+Ir① 其中r为ab金属棒的电阻 当闭合S后，带电微粒向下做匀加速运动，根据牛顿第二定律，有:mg-U2q/d=ma 求得S闭合后电容器两极板间的电压: 感悟·渗透·应用 这时电路中的感应电流为 I2=U2/R2=0.3/2A=0.15A 根据闭合电路欧姆定律有 ② 将已知量代入①②求得E=1.2V，r=2? 又因E=Blv ∴v=E/(Bl)=1.2/(0.4×1)m/s=3m/s 即金属棒ab做匀速运动的速度为3m/s，电阻r=2?  感悟·渗透·应用 (2)S闭合后，通过ab的电流I2=0.15A，ab所受安培力F2=BI2l=0.4×1×0.15N=0.06Nab以速度v=3m/s做匀速运动时，所受外力必与安培力F2大小相等、方向相反，即F=0.06N，方向向右(与v同向)，可见外力F的功率为: P=Fv=0.06×3W=0.18W 感悟·渗透·应用 四、交变电流和变压器电路 电磁感应产生交变电动势，问题的讨论便如同交流电路，要注意最大值、有效值、平均值的概念，电流的功率和热量的计算用有效值，电量的计算用平均值，要记住交变电动势最大值Em=NBS?.解题思路与处理纯电阻直流电路相似. 变压器原线圈和与之相串联的负载作为外电路接在交变电源上，副线圈作为输出端电源，与副线圈相接的负载作为外电路，原副线圈各自的闭合回路同样符合闭合电路的有关规律，原副线圈之间通过电磁互感满足U1/U2=n1/n2，P入=P出两个基本公式. 感悟·渗透·应用 【例9】如图4-10所示，一半径为r的半圆形线圈