江苏省东海县石榴高级中学高三物理一轮复习-电路问题课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第四单元 电磁感应综合问题,一、电磁感应与电路规律的综合,问题的处理思路,1,、确定电源,:,产生感应感应电动势的那部分导体或电路就相当于电源，它的感受应电动势就是此电源的电动势，它的电阻就是此电源的内电阻。根据法拉第电磁感应定律求出感应电动势，利用,楞次定律,确定其正负极,.,2,、分析电路结构,画等效电路图,.,3,、利用电路规律求解,主要有欧姆定律，串并联规律等,.,1,、如图所示，,PQNM,是由粗裸导线连接两个定值电阻组合成的闭合矩形导体框，水平放置，金属棒,ab,与,PQ,、,MN,垂直，并接触良好。整个装置放在竖直向下的匀强磁场中，磁感强度,B=0.4T,。,已知,ab,长,l,=0.5m,，,电阻,R,1,=2,，,R,2,4,，,其余电阻均忽略不计，若使,ab,以,v=5m/s,的速度向右匀速运动，,R,1,上消耗的电热功率为多少,W,。（,不计摩擦）,解：,E=,B,l,v=0.40.55V=1V,R,并,=4/3 I,总,=3/4 A I,1,=,0.5,A,P,1,=I,1,2,R,1,=1/42W=0.5W,a,Q,N,M,P,b,v,R,2,R,1,例与练,2,、固定在匀强磁场中的正方形导线框,abcd,，,各边长,l,，,其中,ab,是,一段电阻为,R,的均匀电阻丝，其余三边均为电阻可忽略的铜线,.,磁场的磁感应强度为,B,，,方向垂直纸面向里，现有一与,ab,段,所用材料、粗细、长度都相同的电阻丝,PQ,架在导线框上，如图所示，以恒定速度,v,从,ad,滑向,bc,，当,PQ,滑过,l/,3,的距离时，通时,aP,段电阻丝的电流是多大,?,方向如何,?,v,a,b,c,d,P,Q,解,：,PQ,滑动时产生感应电动势：,E=B,l,v,画出等效电路如图示：,R,外,=2R/9 r=R,R/3,R,2R/3,E,a,b,c,d,P,Q,I,总,=E/（R,外,+r）=9B,l v,/11R,I,aP,=2I,总,/3=6B,l v,11R,电流方向由,Pa,例与练,3,、半径为,a,的圆形区域内有均匀磁场，磁感强度为,B=0.2T,，,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置，磁场与环面垂直，其中,a=0.4m,，,b=0.6m,，,金属环上分别接有灯,L,1,、,L,2,，,两灯的电阻均为,R=2,，,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,v,0,=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,L,1,的电流。,（,2,）撤去中间的金属棒,MN,，,将右面的半圆环,OL,2,O,以,OO,为轴向上翻转,90,，若此时磁场随时间均匀变化，其变化率为,B/t=4/,（,T/s,），求,L,1,的功率。,例与练,解析：（,1,）棒滑过圆环直径,OO,的瞬时,MN,中的电动势,E,1,=B2av=0.2,0.8,5=0.8V ,等效电路如图（,1,）所示,流过灯,L,1,的电流,I,1,=E,1,/R=0.8/2=0.4A ,（,2,）,撤去中间的金属棒,MN,将右面的半圆环,OL,2,O,以,OO,为轴向上翻转,90,半圆环,OL,1,O,中产生感应电动势,相当于电源,灯,L,2,为外电路,等效电路如图（,2,）所示,感应电动势,E,2,=/t=0.5,a,2,B/t=0.32V ,L,1,的功率,P,1,=E,2,2,/4R=1.28,10,2,W,图（,1,）,图（,2,）,例与练,4,、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,r,a,:r,b,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,环置于磁场中与,b,环置于磁场中两种情况下,直导线中上下,A,、,B,两点电势差之比,U,1,/U,2,为,.,B,A,B,A,例与练,A,逐渐增大,B.,逐渐,减小,C.,先增大后减小,D.,先减小后增大,5,、如图所示：,abcd,是粗细均匀的电阻丝制成的长方形线框，另一种材料制成的导体棒,MN,有电阻，可与保持良好接触并做无摩擦滑动，线框处在垂直纸面向里的匀强磁场,B,中，当导体棒,MN,在外力作用下从导线框的左端开始做切割磁感应线的匀速运动，一直滑到右端的过程中，导线框上消耗的电功率的变化情况可能为：（）,b,v,0,B,c,M,N,a,d,O R,P,出,P,m,r,B C D,例与练,6,、（,04,年春季理综,）如图，直角三角形导线框,abc,固定在匀强磁场中，,ab,是一段长为,l,、,电阻为,R,的均匀导线，,ac,和,bc,的电阻可不计，,ac,长度为,l,/2,。,磁场的磁感强度为,B,，,方向垂直于纸面向里。现有一段长度为,l,/2,、,电阻为,R/2,的均匀导体杆,MN,架在导线框上，开始时紧靠,ac,，,然后沿,ac,方向以恒定速度,v,向,b,端滑动，滑动中始终与,ac,平行并与导线框保持良好接触。当,MN,滑过的距离为,l,/3,时，导线,ac,中的电流是多大？方向如何？,B,M,N,a,c,b,v,例与练,解:,MN,滑过的距离为,l,/3,时，它与,bc,的接触点为,P,，,如图,a,示：由几何关系可知,MP,长度为,l,/3,，,电阻,r=R/3,B,M,N,a,c,b,v,P,图,a,MP,中的感应电动势为,E=B,l,v/3,等效电路如图,b,示：,E r,R/3,2R/3,c,M,P,a,b,图,b,MacP,和,MbP,两电路的并联电阻为,r,并,=2R/9,由欧姆定律，,PM,中的电流,ac,中的电流,I,ac,=2 I/3,即,根据右手定则，,MP,中的感应电流的,方向由,P,流向,M,，,所以,I,ac,电流的方向由,a,流向,c,。,例与练,7,、（,2002,年广东）,如图所示，半径为,R,、,单位长度电阻为,的均匀导电圆环固定在水平面上，圆环中心为,O,。,匀强磁场垂直水平方向向下，磁感强度为,B,。,平行于直径,MON,的导体杆，沿垂直于杆的方向向右运动。杆的电阻可以忽略不计，杆与圆环接触良好,某时刻，杆的位置如图，,aOb,=2,，,速度为,v,。,求此时刻作用在杆上的安培力的大小。,N,M,O,b,a,R,d,c,解：,E=,B,v,l,ab,=B,v,2Rsin,等效电路如图示：,c,a,b,d,此时弧,acb,和弧,adb,的电阻分别为,2 R(-),和,2 R,，,它们的并联电阻为,R,并,=2 R(-)/,I=E/R,并,=,B,v,sin,(-),F=BI(2Rsin),F=,例与练,8,、如图所示，匀强磁场,B=0.1T,，,金属棒,AB,长,0.4m,，,与框架宽度相同，,R=1/3,，,框架电阻不计，电阻,R,1,=2,，,R,2,=1,，,当金属棒以,5m,s,的速度匀速向右运动时，求：,(1),流过金属棒的感应电流多大？,(2),若图中电容器,C,为,0.3F,，,则充电量多少？,v,R,1,A,B,R,2,C,解：,画出等效电路如图示：,R,1,A,B,R,2,C,E,E=,BLv,=0.10.45=0.2V,R,并,=2/3,I=E/（R,并,+R）=0.2A,U,R2,=IR,并,=0.22/3=4/30 V,Q=C U,R2,=0.310,-6,4/30,=4 10,-8,C,例与练,9,、如图示，两,个,电阻的阻值分别为,R,和,2R,，,其余电阻不计，电容器的电容量为,C,，,匀强磁场的磁感应强度为,B,，,方向垂直纸面向里，金属棒,ab,、,cd,的,长度均为,l,，,当棒,ab,以速度,v,向左切割磁感应线运动时，当棒,cd,以,速度,2v,向右切割磁感应线运动时，电容,C,的电量为多大？哪一个极板带正电？,2v,a,b,c,d,e,f,v,C,R,2R,B,解：,画出等效电路如图示：,E,2,R,2R,C,E,1,f,e,c,d,E,1,=,B,l,v E,2,=2B,l,v,电容器,C,充电后断路，,U,ef,=-,B,l,v/3,U,cd,=E,2,=2B,l,v,U,C,=,U,ce,=7,B,l,v/3,Q=C U,C,=7,CB,l,v/3,右板带正电,例与练,10,、如图所示，平行导轨置于磁感应强度为,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,匀速转过,90,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,例与练,(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,Q,1,根据法拉第电磁感应定律和闭合电路的欧姆定律得,:,由电流定义,I=Q/t,得,:,在这一过程中电容器充电的总电量,Q,=,CU,m,U,m,为,ab,棒在转动过程中产生的感应电动势的最大值。即,解得,:,（,2,）当,ab,棒脱离导轨后,C,对,R,放电,通过,R,的电量为,Q,2,所以整个过程中通过,R,的总电量为：,Q=Q,1,+Q,2,11,、,如图所示，金属圆环的半径为,r,，,电阻的值为,2R,。,金属杆,oa,一端可绕环的圆心,O,旋转，另一端,a,搁在环上，电阻值为,R,。,另一金属杆,ob,一端固定在,O,点，另一端,b,固定在环上，电阻值也是,R,。,加一个垂直圆环的磁感强度为,B,的匀强磁场，并使,oa,杆以角速度,匀速旋转。如果所有触点接触良好，,ob,不影响,oa,的转动，求流过,oa,的电流的范围。,a,O,b,解,：,Oa,旋转时产生感生电动势，,E=1/2Br,2,当,Oa,到最高点时，等效电路如图甲示：,a,b,O,R,R,甲,I,min,=E/2.5R=Br,2,/5R,当,Oa,与,Ob,重合时，环的电阻为,0,，等效电路如图乙示：,a,R,b,O,乙,I,max,=E/2R=Br,2,/4R,Br,2,/5R,I,Br,2,/4R,例与练,