法拉第电磁感应定律综合应用专题.ppt
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1、成功体验1如图所示,在竖直向下的匀强磁场中,将一水平放置的金属棒ab以水平速度v0抛出设在整个过程中,棒的取向不变且不计空气阻力,则在金属棒运动过程中产生的感应电动势大小变化情况是()A越来越大B越来越小C保持不变 D无法判断C知识回顾一、电磁感应中的力学问题1通电导体在磁场中将受到 作用,电磁感应问题往往和力学问题联系在一起解决的基本方法如下:(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;(3)分析导体受力情况(包含安培力在内的全面受力分析);(4)根据平衡条件或牛顿第二定律列方程安培力2两种状态处理(1)导体处于平衡态静止或匀速直线运动状态处理方法:根
2、据平衡条件合外力列式分析(2)导体处于非平衡态加速度处理方法:根据牛顿第二定律进行动态分析,或结合功能关系分析等于零不等于零3电磁感应中的动力学临界问题(1)解决这类问题的关键是通过受力情况和运动状态的分析,寻找过程中的临界状态,如速度、加速度为最大值或最小值的条件3(2010宁波模拟)如图所示,有两根和水平方向成角的光滑平行的金属轨道,上端接有可变电阻R,下端足够长,空间有垂直于轨道平面的匀强磁场,磁感应强度为B.一根质量为m的金属杆从轨道上由静止滑下,经过足够长的时间后,金属杆的速度会趋近于一个最大速度vm,则()A如果B增大,vm将变大B如果变大,vm将变大C如果R变大,vm将变大D如果
3、m变小,vm将变大BC二、电磁感应中的能量转化问题1电磁感应过程实质是不同形式的能量转化的过程电磁感应过程中产生的感应电流在磁场中必定受到 作用,因此要维持感应电流的存在,必须有“外力”克服做功此过程中,其他形式的能转化为“外力”克服安培力做多少功,就有多少其他形式的能转化为当感应电流通过用电器时,电能又转化为其他形式的能安培力安培力电能电能同理,安培力做功的过程是转化为其他形式的能的过程,克服安培力做多少功,就有多少转化为其他形式的能电能电能2求解电能的主要思路(1)利用克服安培力做功求解:电磁感应中产生的电能等于克服安培力所做的功(2)利用能量守恒求解:机械能的减少量等于产生的电能;(3)
4、利用电路特征来求解:通过电路中所产生的电能来计算3解决电磁感应现象中的能量问题的一般步骤(1)在电磁感应现象中,切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势,该导体或回路就相当于(2)分析清楚有哪些力做功,就可以知道有哪些形式的能量发生了相互转化(3)根据能量守恒列方程求解电源2(2009天津高考)如图所示,竖直放置的两根平行金属导轨之间接有定值电阻R,质量不能忽略的金属棒与两导轨始终保持垂直并良好接触且无摩擦,棒与导轨的电阻均不计,整个装置放在匀强磁场中,磁场方向与导轨平面垂直,棒在竖直向上的恒力F作用下加速上升的一段时间内,力F做的功与安培力做的功的代数和等于()A棒的机械能增加
5、量 B棒的动能增加量C棒的重力势能增加量 D电阻R上放出的热量A【例1】如图所示,MN、PQ为足够长的平行导轨,间距L0.5m.导轨平面与水平面间的夹角37.NQMN,NQ间连接有一个R3的电阻有一匀强磁场垂直于导轨平面,磁感应强度为B01T.将一根质量为m0.05kg的金属棒ab紧靠NQ放置在导轨上,且与导轨接触良好,金属棒的电阻r2,其余部分电阻不计现由静止释放金属棒,金属棒沿导轨向下运动过程中始终与NQ平行已知金属棒与导轨间的动摩擦因数0.5,当金属棒滑行至cd处时速度大小开始保持不变,cd距离NQ为s2m.试解答以下问题:(取g10m/s2,sin370.6,cos370.8)(1)金
6、属棒达到稳定时的速度是多大?(2)从静止开始直到达到稳定速度的过程中,电阻R上产生的热量是多少?(3)若将金属棒滑行至cd处的时刻记作t0,从此时刻起,让磁感应强度逐渐减小,可使金属棒中不产生感应电流,则t11s时,磁感应强度应为多大?0.4T0.06J2m/s(2010河南实验中学)如下图所示,两足够长的平行光滑的金属导轨MN、PQ相距为d,导轨平面与水平面的夹角30,导轨电阻不计,磁感应强度为B的匀强磁场垂直于导轨平面向上长为d的金属棒ab垂直于MN、PQ放置在导轨上,且始终与导轨接触良好,金属棒的质量为m、电阻为R.两金属导轨的上端连接右侧电路,灯泡的电阻RL3R,电阻箱电阻调到R6R,
7、重力加速度为g.现闭合开关S,给金属棒施加一个方向垂直于杆且平行于导轨平面向上的、大小为Fmg的恒力,使金属棒由静止开始运动(1)求金属棒达到最大速度的一半时的加速度(2)若金属棒上滑距离为L时速度恰达到最大,求金属棒由静止开始上滑4L的过程中,金属棒上产生的电热(3)若改变R的阻值,当R为何值时,在金属棒达到最大速度后,R消耗的功率最大?消耗的最大功率为多少?ag/41.选取研究对象(导体杆、线框、线圈)2进行三个方面的分析(1)电路分析:确认电源部分,求解判定E的大小、方向画出等效电路(2)受力分析注意安培力的方向、大小及变化情况进一步确定合力情况注意各力的做功情况,并判断会引起哪些能的转
8、化(3)运动分析确定有几个运动过程,各过程是怎样的运动形式相应运动过程中,各种形式的能量之间是怎样转化的2选用恰当规律求解(1)牛顿运动定律若合力恒定做匀变速直线运动,可用牛顿定律结合运动学公式定量求解若是非匀变速直线运动,也可对某时刻(某位置)运用牛顿定律列式求解(2)动能定理、能的转化守恒定律一般来讲,不涉及运动过程的具体细节(如时间t、加速度a),而涉及位移、功、能等,无论直线运动、曲线运动、恒力、变力均可应用(3)动量定理、动量守恒定律一般来讲,不涉及运动过程的具体细节(如位移x、加速度a),而涉及时间、冲量、动量等可选用动量定理多个物体间的相互作用过程,且符合动量守恒条件,则选用动量
9、守恒定律【特别提醒】三大分析没有先后顺序,要据题意而定,三者甚至交叉反复进行,可进行如下描述 【例2】(2010北京四校联考,17)两根足够长的、固定的平行金属导轨位于同一斜面内,两导轨间的距离为L,导轨上面横放着两根导体棒ab和cd,构成矩形回路,如图所示两根导体棒的质量均为m、电阻皆为R,回路中其余部分的电阻可不计,假设未加磁场时两棒均能在斜面上匀速下滑现在整个导轨平面内加上垂直斜面向下的匀强磁场,磁感应强度为B.开始时,棒cd静止,棒ab有沿斜面向下的初速度v0,若两导体棒在运动过程中始终不接触,且导体棒与导轨间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力,求:(1)两导体棒在运动中产生的焦耳热最多是多
10、少?(2)当ab棒的速度变为初速度的3/4时,cd棒的加速度是多少?如右图所示,两根完全相同的“V”字形导轨OPQ与KMN倒放在绝缘水平面上,两导轨都在竖直平面内且正对、平行放置,其间距为L,电阻不计两条导轨足够长,所形成的两个斜面与水平面的夹角都是.两个金属棒ab和ab的质量都是m,电阻都是R,与导轨垂直放置且接触良好空间有竖直向下的匀强磁场,磁感应强度为B.(1)如果两条导轨皆光滑,让ab固定不动,将ab释放,则ab达到的最大速度是多少?(2)如果将ab与ab同时释放,它们所能达到的最大速度分别是多少?解决这类问题的基本方法:(1)根据导体的运动状态确定其受力情况(2)分析导体在运动过程中
11、共有几个力对它做功(3)分析导体机械能的变化,用能量守恒定律得到其机械能的改变与回路中产生的焦耳热所满足的方程综合以上基本方法,对于电磁感应现象,我们应遵循这样的分析思路:(1)凡遇到求电流、电压、电功率等问题时,应把产生感应电动势的那部分导体(或线圈)当做电源,画出等效电路进行分析,计算求解(2)闭合电路中的导体在磁场中做切割磁感线运动产生了感应电流,此电流又受到磁场力的作用,随着v的变化,感应电流也变化,因此导体的加速度、速度也变化遇到这类电学与力学的综合题,应进行动态分析,画出必要的受力分析平面图,应用力学、电学知识求解(3)电磁感应现象中图象问题的分析,要抓住磁通量的变化是否均匀,从而
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