高考物理电磁感应复习课件

高考物理电磁感应复习课件内容摘要：

E＝ BLvsinθ求 E比较方便；当穿过电路的磁通量发生变化，用 E= n ΔΦ/Δt求E比较方便。 例、如图所示，有一夹角为 θ的金属角架，角架所围区域内存在匀强磁场中，磁场的磁感强度为 B，方向与角架所在平面垂直，一段直导线 ab垂直 ce，从顶角 c贴着角架以速度 v向右匀速运动，求： (1)t时刻角架的瞬时感应电动势； (2)t时间内角架的平均感应电动势。 练习 :如图所示，正方形线圈 ABCD位于匀强磁场中， AB边与磁场左边界重合。 在相同的时间内使线圈分别向左匀速拉出磁场和绕 AB边匀速转出磁场。 则前后两种情况下回路中通过的电量 q1 、 q2与外力所做的功 W1 、 W2 之比为：（ ） A、 q1 ∶ q 2 = 1 ∶ 2 B、 q1 ∶q 2 = 1 ∶ 1 C、 W1∶W 2 = 1 ∶ D、 W1 ∶W 2 = 8∶ π 2 2专题：电磁感应现象中综合问题 一、电磁感应与电路规律的综合应用 • 问题的处理思路 • 确定电源 :产生感应电流或感应电动势的那部分电路就相当于电源，利用法拉第电磁感应定律确定其电动势的大小，利用楞次定律确定其正负极 . 需要强调的是：在电源 内部 电流是由负极流向正极的，在 外部 从正极流向外电路，并由负极流入电源 .如无感应电流，则可以假设电流如果存在时的流向 . • 分析电路结构 ,画等效电路图 . • 利用电路规律求解 ,主要有欧姆定律，串并联规律等 . • 例题 :用同样材料和规格的导线做成的圆环 a和 b,它们的半径之比 ra:rb＝ 2:1,连接两圆环部分的两根直导线的电阻不计且靠的很近 ,均匀变化的磁场具有理想的边界（边界宽于圆环直径）如图所示 ,磁感应强度以恒定的变化率变化 .那么当 a环臵于磁场中与 b环臵于磁场中两种情况下 ,直导线中上下 A、 B两点电势差之比 U1 / U2为 . B A B A • 例 :如图所示，平行导轨臵于磁感应强度为 B （方向向里）的匀强磁场中，间距为 L且足够长，左端电阻为 R，其余电阻不计，导轨右端接一电容为 C的电容器。 现有一长 2L的金属棒 ab放在导轨上，ab以 a为轴顺时针以角速度 ω匀速转过 90176。 的过程中，通过 R的电量为多少。 • 分析 :要注意电路结构的分析及金属棒切割过程的分析 . • ab沿轨道滑动的过程中 ,棒上电源电动势不断增大 ,通过 R的电流不断增大 ,电容器不断被充电。 当棒即将脱离轨道时 ,R上电流达到最大 ,C被充电量同时也达到最大 .当棒离开轨道时 ,C放电 ,所有电荷通过 R C R • (1)设 ab棒以 a为轴旋转到 b端刚脱离导轨的过程中 ,通过 R的电量为 Q1 • 根据法拉第电磁感应定律和闭合电路的欧姆定律得 : tSBtE tRSBREI 223321 LLLS • 由电流定义 I=Q/t得 : RBLQ23 21 • 在这一过程中电容器充电的总电量 Q=CUm,Um为 ab棒在转动过程中产生的感应电动势的最大值。 即  22)221(2 BLLLBU m • 解得 : CBLQ 22 2• （ 2）当 ab棒脱离导轨后 C对 R放电 ,通过 R的电量为 Q2,所以整个过程中通过 R的总电量为： Q=Q1+Q2 )22 3(2 CRBLQ • 例题 :半径为 a的圆形区域内有均匀磁场，磁感强度为B=，磁场方向垂直纸面向里，半径为 b的金属圆环与磁场同心地放臵，磁场与环面垂直，其中 a=，b=，金属环上分别接有灯 L L2，两灯的电阻均为 R =2Ω，一金属棒 MN与金属环接触良好，棒与环的电阻均忽略不计 • （ 1）若棒以 v0=5m/s的速率在环上向右匀速滑动，求棒滑过圆环直径 OO′ 的瞬时（如图所示） MN中的电动势和流过灯 L1的电流。 • （ 2）撤去中间的金属棒 MN，将右面的半圆环 OL2O′ 以OO′ 为轴向上翻转 90186。 ，若此时磁场随时间均匀变化，其变化率为 ΔB/Δt=4/π（ T/s），求 L1的功率。 • 解析：（ 1）棒滑过圆环直径 OO` 的瞬时 ,MN中的电动势 • E1=B2av= 5= ① • 等效电路如图（ 1）所示 ,流过灯 L1的电流 • I1=E1/R=② • （ 2）撤去中间的金属棒 MN,将右面的半圆环 OL2O`以 OO`为轴向上翻转 90186。 ,半圆环OL1O`中产生感应电动势 ,相当于电源 ,灯 L2为外电路 ,等效电路如图（ 2）所示 ,感应电动势 • E2=ΔФ/Δt= πa2 ΔB/Δt= ③ • L1的功率 • P1=E22/4R= 102W 图 （ 1） 图 （ 2） 二、电磁感应中的动力学问题 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 、 动量定理 、 动能定理 、 动量守恒定律 、 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。 问题： 竖直放臵的 U形导轨宽为 L，上端串有电阻 R。 磁感应强度为 B的匀强磁场方向垂直于纸面向外。 金属棒 ab的质量为 m，与导轨接触良好，不计摩擦。 从静止释放后 ab保持水平而下滑。 试分析 ab下滑过程中的运动情况并确定能表征其最终运动情况的物理量的值． （其余导体部分的电阻都忽略不计） 基本思路是 : F=BIL 临界状态 v与 a方向关系 运动状态的分析 a 变化情况 F=ma 合外力 运动导体所 受的安培力 感应电流 确定电源 （ E， r） rREI变形１ ： 水平放臵 的 U形导轨宽为 L，上端串有电阻 R，磁感应强度为 B匀强磁场方向竖直向下， 有一根导体棒 ab， 与导轨接触良好， 用恒力 F作用在 ab上，由静止开始运动， 不计摩擦。 分析 ab 的运动情况，并求 ab的最大速度。 a b B R F 分析： ab 在 F作用下向右加速运动，切割磁感应线，产生感应电流，感应电流又受到磁场的作用力 f，画出受力图： f1 a=(Ff)/m v E=BLv I= E/R f=BIL F f2 最后，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 . 变形２： 如图所示，竖直平行导轨间距 l=20cm，导轨顶端接有一电键 K。 导体棒 ab与导轨接触良好且无摩擦， ab的电阻R=，质量 m=10g，导轨的电阻不计，整个装臵处在与轨道平面垂直的匀强磁场中，磁感强度 B=1T。 当 ab棒由静止释放 后，突然接通电键，不计空气阻力，设导轨足够长。 求ab棒的最大速度和最终速度的大小。 （ g取 10m/s2） K a b 解 : mgR vlB m 22ab 棒由静止开始自由下落 v=gt=8m/s 则闭合 K瞬间，导体棒中产生的感应电流大小 I＝ Blv/R=4A ab棒受重力 mg=, 安培力 F=BIL=. 因为 F＞ mg， ab棒加速度向上，开始做减速运动， 产生的感应电流和受到的安培力逐渐减小， 当安培力 F′=mg 时，开始做匀速直线运动。 此时满足 B2l2 vm /R =mg 解得最终速度， vm = mgR/B2l2 = 1m/s。 闭合电键时 速度最大 为 8m/s。 t= l=20cm R=m=10g B=1T K a b mg F 变形３： 竖直放臵冂形金属框架 ， 宽 1m， 足够长 ， 一根质量是 ， 电阻 地滑动 .框架下部有一垂直框架平面的匀强磁场 ， 磁感应强度是 ， 金属杆 MN自磁场边界上方 静止释放 (如图 ).求： (1)金属杆刚进入磁场时的感应电动势； (2)金属杆刚进入磁场时的加速度； (3)金属杆运动的最大速度 答： (1) smghv /42 (2) I=E/R=4A F=BIL= a=(mgF)/m=6m/s2。 (3) F=BIL=B2 L2 vm /R =mg vm=mgR / B2 L2 =10m/s, E=BLv=。 N M 拓展１： 如图所示 ,AB、 CD是两根足够长的固定平行金属导轨 ,两导轨间的距离为 L,导轨平面与水平面的夹角为 θ,在整个导轨平面内都有垂直于导轨平面斜向上方的匀强磁场 ,磁感应强度为 B,在导轨的 AC端连接一个阻值为 R的电阻 ,一根质量为 m、垂直于导轨放臵的金属棒 ab,从静止开始沿导轨下滑 ,求此过程中 ab棒的最大速度 .已知 ab与导轨间 无摩擦 ,导轨和金属棒的电阻都不计 . 变形 ： 如图所示 ,AB、 CD是两根足够长的固定平行金属导轨 ,两导轨间的距离为 L,导轨平面与水平面的夹角为 θ,在整个导轨平面内都有垂直于导轨平面斜向上方的匀强磁场 ,磁感应强度为 B,在导轨的 AC端连接一个阻值为 R的电阻 ,一根质量为 m、垂直于导轨放臵的金属棒 ab,从静止开始沿导轨下滑 ,求此过程中 ab棒的最大速度 .已知 ab与导轨间 摩擦因数为 μ,导轨和金属棒的电阻都不计 . 解析 :ab沿导轨下滑过程中受四个力作用 ,即重力 mg,支持力 FN 、摩擦力 Ff和安培力F安 ,如图所示 ,ab由静止开始下滑后 ,将是 所以这是个变加速过程 ,当加速度。