高二物理課件人教版選修三 電磁感應規(guī)律的綜合應用

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歡迎進入物理課堂 電磁感應規(guī)律的綜合應用 一 電磁感應中的力學問題 電磁感應中通過導體的感應電流在磁場中又將受到安培力的作用 這就使得電磁感應問題往往和力學問題聯(lián)系在一起 解決這類問題的基本方法是 用法拉第電磁感應定律或導體做切割磁感線運動時感應電動勢公式確定感應電動勢的大小 再用楞次定律或右手定則確定感應電動勢的方向 一 電磁感應中的力學問題 畫出等效電路 磁通量發(fā)生變化的電路或切割磁感線的導體相當于電源 用閉合電路歐姆定律求出電路中的電流 分析所研究的導體受力情況 包括安培力 用左手定則確定其方向 列出動力學方程或平衡方程并求解 常用動力學方程有 牛頓運動定律 動量定理 動量守恒定律 動能定理 機械能守恒定律等 如圖所示 有兩根和水平方向成 角的光滑平行的金屬軌道 上端有可變電阻R 下端足夠長 空間有垂直于軌道平面的勻強磁場 磁感應強度為B 一質量為m的金屬桿從軌道上由靜止滑下 經過足夠長的時間后 金屬桿的速度會趨于一個最大速度vm 則 如果B增大 vm將變大如果 增大 vm將變大如果R增大 vm將變大如果m變小 vm將變大 電磁感應中力學問題 常常以導體棒在滑軌上運動問題形式出現(xiàn) 要抓好受力情況 運動情況的動態(tài)分析 導體的運動產生感應電動勢 感應電流 通電導體受安掊力 合外力變化 加速度變化 速度變化 周而復始地循環(huán) 循環(huán)結束時 加速度等于零 導體達穩(wěn)定運動狀態(tài) 抓住a 0時 速度v達到最大值特點 小結 如圖甲所示 讓閉合導線框abcd從高處自由下落一定高度后進入水平方向的勻強磁場 以cd邊開始進入到ab邊剛進入磁場這段時間內 如圖乙中表示線框運動的速度 時間圖像中有可能的是 如圖所示 兩條互相平行的光滑金屬導軌位于水平面內 距離為l 0 2m 在導軌的一端接有阻值為R 0 5 的電阻 在X 0處有一與水平面垂直的均勻磁場 磁感強度B 0 5T 一質量為m 0 lkg的金屬直桿垂直放置在導軌上 并以v0 2m s的初速度進入磁場 在安培力和一垂直于桿的水平外力F的共同作用下作勻變速直線運動 加速度大小為a 2m s2 方向與初速度方向相反 設導軌和金屬桿的電阻都可以忽略 且接觸良好 求 1 電流為零時金屬桿所處的位置 2 電流為最大值的一半時施加在金屬桿上外力F的大小和方向 3 保持其他條件不變 而初速度v0取不同值 求開始時F的方向與初速度v0取值的關系 如圖所示 光滑水平導軌間距為L 與導軌平面垂直的勻強磁場的磁感應強度為B 在導軌左端接有電容為C的電容器 質量為m的金屬棒MN 在導軌上由靜止開始 受水平向右的拉力以加速度a作勻加速運動 問經過時間t 電容器的帶電量為多少 此時的拉力多大 如圖所示 兩根平行金屬導軌固定在水平桌面上 每根導軌每米的電阻為r0 0 10 m 導軌的端點P Q用電阻可忽略的導線相連 兩導軌間的距離L 0 20m 有隨時間變化的勻強磁場垂直于桌面 已知磁感強度B與時間t的關系為B kt 比例系數(shù)k 0 020T s 一電阻不計的金屬桿可在導軌上無摩擦地滑動 在滑動過程中保持與導軌垂直 在t 0時刻 金屬桿緊靠在P Q端 在外力作用下 桿以恒定的加速度從靜止開始向導軌的另一端滑動 求在t 6 0s時金屬桿所受的安培力 二 電磁感應中的能量轉化問題 電磁感應過程總是伴隨著能量轉化 機械能 或其它形式的能 轉化為電能 電能又可以轉化為機械能或內能 功是能量轉化的量度 做功與能量轉化的形式相對應 克服安培力做的功 數(shù)值上總是等于電路中轉化的電能 合外力做的功數(shù)值上總是等于物體動能的變化 重力做的功與重力勢能的增量相等 如圖所示 虛線框abcd內為一矩形勻強磁場區(qū)域 ab 2bc 磁場方向垂直于紙面 實線框a b c d 是一正方形導線框 a b 邊與ab邊平行 若將導線框勻速地拉離磁場區(qū)域 以W1表示沿平行于ab的方向拉出過程中外力所做的功 W2表示以同樣速率沿平行于bc的方向拉出過程中外力所做的功 則 A W1 W2B W2 2W1C W1 2W2D W2 4W1 兩根光滑的金屬導軌 平行放置在傾角為 的斜面上 導軌的左端接有電阻R 導軌的電阻可忽略不計 斜面處在以勻強磁場中 磁場方向垂直于斜面向上 質量為m 電阻可不計的金屬棒ab 在沿著斜面與棒垂直的恒力F作用下沿導軌勻速上滑 并上升h高度 如圖所示 在這過程中 A 作用在金屬棒上的各個力的合力所做的功等于零 B 作用在金屬棒上的各個力的合力所做的功等于mgh與電阻R上發(fā)出的焦耳熱之和C 恒力F與安培力的合力所做的功等于零D 恒力F與重力的合力所做的功等于電阻R上發(fā)出的焦耳熱 一半徑為r r L 8 質量為m 電阻為R的金屬圓環(huán) 用一根長為L的絕緣細繩懸掛于O點 離O點下方L 2處有一寬度為L 4的垂直紙面向里的勻強磁場區(qū) 如圖所示 現(xiàn)使圓環(huán)由與懸點O等高位置A處靜止釋放 下擺中金屬環(huán)所在平面始終垂直磁場 則金屬環(huán)在整個過程中產生的焦耳熱為 如圖所示 已知金屬桿MN的電阻為2R 圓環(huán)的半徑為L 電表內阻為R 其余電阻不計 勻強磁場的磁感強度為B 輪軸半徑為r 重物質量為m 當重物勻速下降時 求 重物的下降速度 電流表的示數(shù) 如圖所示 a b是兩相距L 0 5m的平行 光滑的水平金屬導軌 在其上垂直放置兩根金屬桿1和2 其質量分別為m1 0 1kg m2 0 2kg 電阻分別為R1 1 R2 0 25 B 1 2T的勻強磁場豎直向下 a b兩導軌電阻忽略不計 現(xiàn)對2棒施以水平向右的極短時間的打擊力作用 使其獲得大小為lN s的沖量 求此后 1棒運動的最大加速度和最大速度 2棒上所產生的電能 有一種磁性加熱裝置 其關鍵部分由焊接在兩個等大的金屬環(huán)上的n根間距相等的平行金屬條組成 成 鼠籠 狀 如圖所示 每根金屬條的長度為L 電阻為R 金屬環(huán)的直徑為D 電阻不計 在垂直于鼠籠軸線的空間范圍內存在著磁感應強度為B的勻強磁場 磁場的寬度恰好等于 鼠籠 金屬條的間距 當金屬環(huán)以角速度 繞過兩環(huán)的圓心的軸oo 旋轉時 始終有一根金屬條切割磁感線 鼠籠 的轉動由一臺電動機帶動 這套設備的效率為 求電動機輸出的機械功率 如圖所示 電動機牽引一根原來靜止的 長l為1m 質量m為0 1kg的導體棒MN 其電阻R為1 導體棒架在處于磁感應強度B為1T 豎直放置的框架上 當導體棒上升h為3 8m時獲得穩(wěn)定的速度 導體產生的熱量為2J 電動機牽引棒時 伏特表 安培表的讀數(shù)分別恒為7V 1A 電動機內阻r為1 不計框架電阻及一切摩擦 g取10m s2 求 1 棒能達到的穩(wěn)定速度 2 棒從靜止達到穩(wěn)定速度所需的時間 同學們 來學校和回家的路上要注意安全 同學們 來學校和回家的路上要注意安全