新学年高中物理第一章习题课电磁感应规律的应用课件粤教版选修.ppt

*,*,第一章,电磁感应,目标定位,1.,能综合应用楞次定律和法拉第电磁感应定律解决电磁感应中的图象问题,.,2.,掌握电磁感应中动力学问题的分析方法,.,3.,能解决电磁感应中的动力学与能量结合的综合问题,学案,7,习题课：电磁感应规律的应用,知识探究,自我检测,知识探究,一、电磁感应中的图象问题,1.,对于图象问题，搞清物理量之间的函数关系、变化范围、初始条件、斜率的物理意义等，往往是解题的关键,.,2.,解决图象问题的一般步骤,(1),明确图象的种类，即是,B,t,图象还是,t,图象，或者是,E,t,图象、,I,t,图象等,.,(2),分析电磁感应的具体过程,.,(3),确定感应电动势,(,或感应电流,),的大小和方向，有下列两种,情况：,若回路面积不变，磁感应强度变化时，用楞次定律确定感应电流的方向，用,E,n,确定感应电动势大小的变化,.,若磁场不变，导体杆切割磁感线，用右手定则判断感应电流的方向，用,E,BL,v,确定感应电动势大小的变化,.,(4),涉及受力问题，可由安培力公式,F,BIL,和牛顿运动定律等规律写出有关函数关系式,.,(5),画图象或判断图象,.,特别注意分析斜率的变化、截距等,.,例,1,在竖直方向的匀强磁场中，水平放置一圆形导体环,.,规定导体环中电流的正方向如图,1,甲所示，磁场向上为正,.,当磁感应强度,B,随时间,t,按图乙变化时，下列能正确表示导体环中感应电流变化情况的是,(,),图,1,解析,根据法拉第电磁感应定律有：,因此在面积、匝数不变的情况下，感应电动势与磁场的变化率成正比，即与,B,t,图象中的斜率成正比，由图象可知：,0,2 s,，斜率不变，故形成的感应电流不变，根据楞次定律可知感应电流方向顺时针即为正值，,2,4 s,斜率不变，电流方向为逆时针，整个过程中的斜率大小不变，所以感应电流大小不变，故,A,、,B,、,D,错误，,C,正确,.,答案,C,例,2,如图,2,所示，等腰三角形内分布有垂直于纸面向外的匀强磁场，它的底边在,x,轴上且长为,2,L,，高为,L,，纸面内一边长为,L,的正方形导线框沿,x,轴正方向做匀速直线运动穿过匀强磁场区域，在,t,0,时刻恰好位于如图所示的位置，以顺时针方向为导线框中电流的正方向，在图中，能够正确表示导,线框的电流位移,(,I,s,),关系的是,(,),图,2,解析,如图甲所示，线框运动距离,s,L,时的感应电动势,E,B,v,s,；当,L,s,L,时几何关系如图乙所示，此时感应电动势为,E,B,v,(2,L,s,),B,v,(,s,L,),B,v,(3,L,2,s,),，此时图线斜率的绝对值为,s,L,时的,2,倍，由右手定则,可知电流方向沿顺时针方向，,由对称性可知,A,正确,.,答案,A,二、电磁感应中的动力学问题,1.,电磁感应中产生的感应电流在磁场中将受到安培力作用，所以电磁感应问题往往与力学问题联系在一起，处理此类问题的基本方法是：,(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),求回路中的感应电流的大小和方向,.,(3),分析研究导体受力情况,(,包括安培力,).,(4),列动力学方程或平衡方程求解,.,2.,电磁感应现象中涉及的具有收尾速度的力学问题，关键要抓好受力情况和运动情况的动态分析；,周而复始地循环，加速度等于零时，导体达到稳定运动状态,.,3.,两种状态处理,导体匀速运动，应根据平衡条件列式分析；导体做匀速直线运动之前，往往做变加速运动，处于非平衡状态，应根据牛顿第二定律或结合功能关系分析,.,例,3,如图,3,甲所示，两根足够长的直金属导轨,MN,、,PQ,平行放置在倾角为,的绝缘斜面上，两导轨间距为,L,，,M,、,P,两点间接有阻值为,R,的电阻,.,一根质量为,m,的均匀直金属杆,ab,放在两导轨上，并与导轨垂直,.,整套装置处于磁感应强度为,B,的匀强磁场中，磁场方向垂直于斜面向下,.,导轨和金属,杆的电阻可忽略不计，让,ab,杆沿导轨,由静止开始下滑，导轨和金属杆接触,良好，不计它们之间的摩擦,.,图,3,(1),由,b,向,a,方向看到的装置如图乙所示，请在此图中画出,ab,杆下滑过程中某时刻的受力示意图,.,解析,如图所示，,ab,杆受：重力,mg,，竖直向下；,支持力,F,N,，垂直于斜面向上；,安培力,F,安,，沿斜面向上,.,答案,见解析图,(2),在加速下滑过程中，当,ab,杆的速度大小为,v,时，求此时,ab,杆中的电流及其加速度的大小,.,解析,当,ab,杆速度大小为,v,时，感应电动势,E,BL,v,，此时,二、电磁感应中的动力学问题,一、电磁感应中的图象问题,例1在竖直方向的匀强磁场中，水平放置一圆形导体环.,(sin 37，cos 370.,始匀速运动时，通过导体棒横截面的电荷量为Q2 C.,(sin 37，cos 370.,整套装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于斜面向下.,始匀速运动时，通过导体棒横截面的电荷量为Q2 C.,磁场力总小于其重力，则它在1、2、3、4位置,ab杆受：重力mg，竖直向下；,例1在竖直方向的匀强磁场中，水平放置一圆形导体环.,解析由于bc进入磁场时，根据右手定则判断出其感应电流的方向是沿adcba的方向，其方向与电流的正方向相反，故是负的，所以A、C错误；,当逐渐向右移动时，线圈切割磁感线的有效长度在增加，故感应电流在增大；,(1)导体棒匀速运动的速度；,当磁感应强度B随时间t按图乙变化时，下列能正确表示导体环中感应电流变化情况的是(),(3),求在下滑过程中，,ab,杆可以达到的速度的最大值,.,针对训练,如图,4,所示，,MN,和,PQ,是两根互相平行竖直放置的光滑金属导轨，已知导轨足够长，且电阻不计,.,ab,是一根与导轨垂直而且始终与导轨接触良好的金属杆,.,开始时，将开关,S,断开，让杆,ab,由静止开始自由下落，过段时间后，,再将,S,闭合，若从,S,闭合开始计时，则金属杆,ab,的,速度,v,随时间,t,变化的图象不可能是,(,),图,4,答案,B,三、电磁感应中的动力学和能量综合问题,例,4,如图,5,所示，足够长的,U,形框架宽度是,L,0.5 m,，电阻忽略不计，其所在平面与水平面成,37,角，磁感应强度,B,0.8 T,的匀强磁场方向垂直于导体框平面，一根质量为,m,0.2 kg,、有效电阻,R,2,的导体棒,MN,垂直跨放在,U,形框架上，该导体棒与框架间的动摩擦因数,，导体棒由静止开始沿框架下滑到刚开,始匀速运动时，通过导体棒横截面的电荷量为,Q,2 C.(sin 37,，,cos 37,0.8),求：,图,5,(1),导体棒匀速运动的速度；,解析,导体棒受力如图，匀速下滑时有平行斜面方向：,mg,sin,f,F,安,0,垂直斜面方向：,F,N,mg,cos,0,其中,f,F,N,安培力,F,安,BIL,感应电动势,E,BL,v,由以上各式得,v,5 m/s,答案,5 m/s,(2),导体棒从静止开始下滑到刚开始匀速运动，这一过程中导体棒的有效电阻消耗的电功,.,设导体棒下滑位移为,s,，则,BsL,由以上各式得,，导体棒由静止开始沿框架下滑到刚开,电磁感应中产生的感应电流在磁场中将受到安培力作用，所以电磁感应问题往往与力学问题联系在一起，处理此类问题的基本方法是：,有FF安ma，解得a1.,0 m/s时，导体棒的加速度大小a.,导体棒受到的安培力F安BIL0.,由静止开始下滑，导轨和金属杆接触,，导体棒由静止开始沿框架下滑到刚开,(1)导体棒能达到最大速度大小vm；,2 kg、有效电阻R2 的导体棒MN垂直跨放在,速度v随时间t变化的图象不可能是(),(1)明确图象的种类，即是Bt图象还是t图象，或者是Et图象、It图象等.,50 m，轨道左端接一阻值R0.,不计轨道和导体棒的电阻，不计空,始匀速运动时，通过导体棒横截面的电荷量为Q2 C.,整套装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于斜面向下.,50 kg的导体棒ab垂直于轨道放置.,(1)导体棒匀速运动的速度；,杆由静止开始运动，杆运动的最大速度为,全程由动能定理得,其中克服安培力做功,W,安,等于电功,W,(12,8,2.5)J,1.5 J,答案,1.5 J,自我检测,1,2,3,1.(,电磁感应中的图象问题,),如图,6,所示，两条平行虚线之间存在匀强磁场，虚线间的距离为,L,，磁场方向垂直纸面向里，,abcd,是位于纸面内的梯形线圈，,ad,与,bc,间的距离也为,L,，,t,0,时刻,bc,边与磁场区域边,界重合,.,现令线圈以恒定的速度,v,沿垂直于磁场区,域边界的方向穿过磁场区域，取沿,abcda,方向为感,应电流正方向，则在线圈穿越磁场区域的过程中，,感应电流,I,随时间,t,变化的图线可能是,(,),图,6,4,1,2,3,解析,由于,bc,进入磁场时，根据右手定则判断出其感应电流的方向是沿,adcba,的方向，其方向与电流的正方向相反，故是负的，所以,A,、,C,错误；,4,1,2,3,当逐渐向右移动时，线圈切割磁感线的有效长度在增加，故感应电流在增大；,当,bc,边穿出磁场区域时，线圈中的感应电流方向变为,abcda,，是正方向，故其图象在时间轴的上方，所以,B,正确，,D,错误,.,答案,B,4,2.(,电磁感应中的动力学问题,),如图,7,所示，匀强磁场存在于虚线框内，矩形线圈竖直下落,.,如果线圈中受到的,磁场力总小于其重力，则它在,1,、,2,、,3,、,4,位置,时的加速度关系为,(,),A.,a,1,a,2,a,3,a,4,B.,a,1,a,2,a,3,a,4,C.,a,1,a,3,a,2,a,4,D.,a,1,a,3,a,2,a,4,1,2,3,图,7,4,1,2,3,解析,线圈自由下落时，加速度为,a,1,g,.,线圈完全在磁场中时，磁通量不变，不产生感应电流，线圈不受安培力作用，只受重力，加速度为,a,3,g,.,线圈进入和穿出磁场过程中，切割磁感线产生感应电流，将受到向上的安培力，根据牛顿第二定律得知，,a,2,g,，,a,4,g,.,线圈完全在磁场中时做匀加速运动，到达,4,处的速度大于,2,处的速度，则线圈在,4,处所受的安培力大于在,2,处所受的安培力，又知，磁场力总小于重力，则,a,2,a,4,，故,a,1,a,3,a,2,a,4,.,所以本题选,C.,答案,C,4,3.(,电磁感应中的动力学问题,),如图,8,所示，光滑金属直轨道,MN,和,PQ,固定在同一水平面内，,MN,、,PQ,平行且足够长，两轨道间的宽度,L,0.50 m,，轨道左端接一阻值,R,0.50,的电阻,.,轨道处于磁感应强度大小,B,0.40 T,、方向竖直向下的匀强磁场中,.,质量,m,0.50 kg,的导体棒,ab,垂直于轨道放置,.,在沿着轨道方向向右的力,F,作用下，导体棒由静止开始运动，导体棒与轨道始终接触良好并,且相互垂直,.,不计轨道和导体棒的电阻，不计空,气阻力,.,若力,F,的大小保持不变，且,F,1.0 N,，求：,1,2,3,图,8,4,(1),导体棒能达到最大速度大小,v,m,；,解析,导体棒达到最大速度,v,m,时受力平衡，有,F,F,安,m,，,此时,F,安,m,，解得,v,m,12.5 m/s.,答案,12.5 m,/s,1,2,3,4,(2),导体棒的速度,v,5.0 m/s,时，导体棒的加速度大小,a,.,解析,导体棒的速度,v,5.0 m/s,时，感应电动势,E,BL,v,1.0 V,，,导体棒上通过的感应电流大小,I,2.0 A,，,导体棒受到的安培力,F,安,BIL,0.4 N,，,根据牛顿第二定律，,有,F,F,安,ma,，解得,a,1.2 m/s,2,.,答案,1.2 m/,s,2,1,2,3,4,4.(,电磁感应中的动力学及能量综合问题,),足够长的平行金属导轨,MN,和,PK,表面粗糙，与水平面之间的夹角为,，间距为,L,.,垂直于导轨平面向上的匀强磁场的磁感应强度为,B,，,MP,间接有阻值为,R,的电阻，质量为,m,的金属杆,ab,垂直导轨放置，其他电阻不计,.,如图,9,所示，用恒力,F,沿导轨平面向下拉金属杆,ab,，使金属,杆由静止开始运动，杆运动的最大速度为,v,m,，,t,s,末金属杆的速度为,v,1,，前,t,s,内金属杆,的位移为,s,，重力加速度为,g,，求：,1,2,3,图,9,4,(1),金属杆速度为,v,1,时加速度的大小；,解析,设金属杆和导轨间的动摩擦因数为,，当杆运动的速度为,v,m,时，有：,F,mg,sin,mg,cos,0,当杆的速度为,v,1,时，有：,F,mg,sin,mg,cos,ma,1,2,3,解得：,a,4,(2),整个系统在前,t,s,内产生的热量,.,解析,t,s,末金属杆的速度为,v,1,，前,t,s,内金属杆的位移为,s,，由能量守恒得：,1,2,3,4,