高中物理電磁感應(yīng)規(guī)律的綜合應(yīng)用精品課件新人教版選修

1、電 磁 感 應(yīng) 規(guī) 律 的 綜 合 應(yīng) 用電 磁 感 應(yīng) 規(guī) 律 的 綜 合 應(yīng) 用一、電磁感應(yīng)中的力學(xué)問題一、電磁感應(yīng)中的力學(xué)問題 電磁感應(yīng)中通過導(dǎo)體的感應(yīng)電流在磁場中又將受電磁感應(yīng)中通過導(dǎo)體的感應(yīng)電流在磁場中又將受到安培力的作用，這就使得電磁感應(yīng)問題往往和力到安培力的作用，這就使得電磁感應(yīng)問題往往和力學(xué)問題聯(lián)系在一起，解決這類問題的基本方法是：學(xué)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(yīng)定律或?qū)w做切割磁感線運(yùn)用法拉第電磁感應(yīng)定律或?qū)w做切割磁感線運(yùn)動時(shí)感應(yīng)電動勢公式動時(shí)感應(yīng)電動勢公式確定感應(yīng)電動勢的大小確定感應(yīng)電動勢的大小，再用，再用楞次定律或右手定則確定楞次定律或右手

2、定則確定感應(yīng)電動勢的方向感應(yīng)電動勢的方向；一、電磁感應(yīng)中的力學(xué)問題一、電磁感應(yīng)中的力學(xué)問題 畫出畫出等效電路等效電路，磁通量發(fā)生變化的電路或切割，磁通量發(fā)生變化的電路或切割磁感線的導(dǎo)體磁感線的導(dǎo)體相當(dāng)于電源相當(dāng)于電源，用閉合電路歐姆定律求，用閉合電路歐姆定律求出電路中的電流；出電路中的電流； 分析所研究的導(dǎo)體分析所研究的導(dǎo)體受力情況受力情況（包括安培力、用（包括安培力、用左手定則確定其方向）；左手定則確定其方向）； 列出列出動力學(xué)方程動力學(xué)方程或或平衡方程平衡方程并求解。常用動力并求解。常用動力學(xué)方程有：學(xué)方程有：牛頓運(yùn)動定律牛頓運(yùn)動定律、動量定理動量定理、動量守恒定動量守恒定律律、動能定理動

3、能定理、機(jī)械能守恒定律機(jī)械能守恒定律等。等。 如圖所示，有兩根和水平方向成如圖所示，有兩根和水平方向成角的光滑角的光滑平行的金屬軌道，上端有可變電阻平行的金屬軌道，上端有可變電阻R，下端足，下端足夠長，空間有垂直于軌道平面的勻強(qiáng)磁場，夠長，空間有垂直于軌道平面的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，一質(zhì)量為，一質(zhì)量為m的金屬桿從軌道的金屬桿從軌道上由靜止滑下。上由靜止滑下。 經(jīng)過足夠長的時(shí)間后，金屬經(jīng)過足夠長的時(shí)間后，金屬桿的速度會趨于一個最大速度桿的速度會趨于一個最大速度vm，則，則 （ ）A.如果如果B增大，增大，vm將變大將變大B. 如果如果增大，增大，vm將變大將變大 C.如果如果R增

4、大，增大，vm將變大將變大D.如果如果m變小，變小，vm將變大將變大 電磁感應(yīng)中力學(xué)問題，常常以導(dǎo)體棒在滑軌電磁感應(yīng)中力學(xué)問題，常常以導(dǎo)體棒在滑軌上運(yùn)動問題形式出現(xiàn)，要抓好受力情況、運(yùn)動情上運(yùn)動問題形式出現(xiàn)，要抓好受力情況、運(yùn)動情況的動態(tài)分析況的動態(tài)分析. 導(dǎo)體的運(yùn)動產(chǎn)生感應(yīng)電動勢導(dǎo)體的運(yùn)動產(chǎn)生感應(yīng)電動勢感應(yīng)電流感應(yīng)電流通通電導(dǎo)體受安掊力電導(dǎo)體受安掊力合外力變化合外力變化加速度變化加速度變化速速度變化度變化周而復(fù)始地循環(huán)周而復(fù)始地循環(huán). 循環(huán)結(jié)束時(shí)，加速度等于零，導(dǎo)體達(dá)穩(wěn)定運(yùn)循環(huán)結(jié)束時(shí)，加速度等于零，導(dǎo)體達(dá)穩(wěn)定運(yùn)動狀態(tài)，動狀態(tài)，抓住抓住a=0時(shí)，時(shí)，速度速度v達(dá)到最大值達(dá)到最大值特點(diǎn)。特點(diǎn)。

5、小結(jié)小結(jié): 如圖甲所示，讓閉合導(dǎo)線框如圖甲所示，讓閉合導(dǎo)線框abcd從高處自由從高處自由下落一定高度后進(jìn)入水平方向的勻強(qiáng)磁場，以下落一定高度后進(jìn)入水平方向的勻強(qiáng)磁場，以cd邊開始進(jìn)入到邊開始進(jìn)入到ab邊剛進(jìn)入磁場這段時(shí)間內(nèi)，如圖邊剛進(jìn)入磁場這段時(shí)間內(nèi)，如圖乙中表示線框運(yùn)動的速度時(shí)間圖像中有可能的乙中表示線框運(yùn)動的速度時(shí)間圖像中有可能的是是 如圖所示，兩條互相平行的光滑金屬導(dǎo)軌位于如圖所示，兩條互相平行的光滑金屬導(dǎo)軌位于水平面內(nèi)，距離為水平面內(nèi)，距離為l = 02m，在導(dǎo)軌的一端接有阻，在導(dǎo)軌的一端接有阻值為值為R = 0.5的電阻，在的電阻，在X 0處有一與水平面垂直處有一與水平面垂直的均勻磁

6、場，磁感強(qiáng)度的均勻磁場，磁感強(qiáng)度B = 0.5T。一質(zhì)量為。一質(zhì)量為m = 0.lkg的金屬直桿垂直放置在導(dǎo)軌上，并以的金屬直桿垂直放置在導(dǎo)軌上，并以v02m/s的初速度進(jìn)入磁場，在安培力和一垂直于桿的水平的初速度進(jìn)入磁場，在安培力和一垂直于桿的水平外力外力 F的共同作用下作勻變速直線運(yùn)動，加速度大的共同作用下作勻變速直線運(yùn)動，加速度大小為小為a = 2m/s2，方向與初速度方向相反。設(shè)導(dǎo)軌和，方向與初速度方向相反。設(shè)導(dǎo)軌和金屬桿的電阻都可以忽略，且接觸良好金屬桿的電阻都可以忽略，且接觸良好.求：求：（1）電流為零時(shí)金屬桿所處的位置；）電流為零時(shí)金屬桿所處的位置；（2）電流為最大值的一半時(shí)施加

7、在金屬桿上外）電流為最大值的一半時(shí)施加在金屬桿上外 力力 F的大小和方向；的大小和方向；（3）保持其他條件不變，而初速度）保持其他條件不變，而初速度v0取不同值取不同值, 求開始時(shí)求開始時(shí)F的方向與初速度的方向與初速度v0取值的關(guān)系。取值的關(guān)系。 如圖所示，光滑水平導(dǎo)軌間距為如圖所示，光滑水平導(dǎo)軌間距為L，與導(dǎo)軌，與導(dǎo)軌平面垂直的勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為平面垂直的勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，在導(dǎo)軌，在導(dǎo)軌左端接有電容為左端接有電容為C的電容器，質(zhì)量為的電容器，質(zhì)量為m的金屬棒的金屬棒MN，在導(dǎo)軌上由靜止開始，受水平向右的拉力，在導(dǎo)軌上由靜止開始，受水平向右的拉力以加速度以加速度a作勻加速運(yùn)動。問經(jīng)

8、過時(shí)間作勻加速運(yùn)動。問經(jīng)過時(shí)間t，電容器，電容器的帶電量為多少的帶電量為多少?此時(shí)的拉力多大？此時(shí)的拉力多大？ 如圖所示，兩根平行金屬導(dǎo)軌固定在水平桌面如圖所示，兩根平行金屬導(dǎo)軌固定在水平桌面上，每根導(dǎo)軌每米的電阻為上，每根導(dǎo)軌每米的電阻為r00.10/m，導(dǎo)軌的，導(dǎo)軌的端點(diǎn)端點(diǎn)P、Q用電阻可忽略的導(dǎo)線相連，兩導(dǎo)軌間的用電阻可忽略的導(dǎo)線相連，兩導(dǎo)軌間的距離距離L0.20m。有隨時(shí)間變化的勻強(qiáng)磁場垂直于桌。有隨時(shí)間變化的勻強(qiáng)磁場垂直于桌面，已知磁感強(qiáng)度面，已知磁感強(qiáng)度B與時(shí)間與時(shí)間t的關(guān)系為的關(guān)系為Bkt，比例，比例系數(shù)系數(shù)k0.020T/s，一電阻不計(jì)的金屬桿可在導(dǎo)軌上，一電阻不計(jì)的金屬桿可在

9、導(dǎo)軌上無摩擦地滑動，在滑動過程中保持與導(dǎo)軌垂直，在無摩擦地滑動，在滑動過程中保持與導(dǎo)軌垂直，在t0時(shí)刻，金屬桿緊靠在時(shí)刻，金屬桿緊靠在P、Q端，在外力作用下，端，在外力作用下，桿以恒定的加速度從靜止開始向?qū)к壍牧硪欢嘶瑒?，桿以恒定的加速度從靜止開始向?qū)к壍牧硪欢嘶瑒樱笤谇笤趖6.0s時(shí)金屬桿所受的安培力。時(shí)金屬桿所受的安培力。 二、電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化問題二、電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化問題電磁感應(yīng)過程總是伴隨著能量轉(zhuǎn)化電磁感應(yīng)過程總是伴隨著能量轉(zhuǎn)化機(jī)械能（或其它形式的能）轉(zhuǎn)化為電能；機(jī)械能（或其它形式的能）轉(zhuǎn)化為電能；電能又可以轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或內(nèi)能。電能又可以轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或內(nèi)能。 功是能量轉(zhuǎn)化的量度

10、。功是能量轉(zhuǎn)化的量度。做功與能量轉(zhuǎn)化的形式相對應(yīng)：做功與能量轉(zhuǎn)化的形式相對應(yīng)： 克服安培力做的功，數(shù)值上總是等于電路中轉(zhuǎn)克服安培力做的功，數(shù)值上總是等于電路中轉(zhuǎn)化的電能；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；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重力做的功與重力勢能的增量相等。 如圖所示，虛線框如圖所示，虛線框abcd內(nèi)為一矩形勻強(qiáng)磁場區(qū)內(nèi)為一矩形勻強(qiáng)磁場區(qū)域，域，ab = 2bc，磁場方向垂直于紙面；實(shí)線框，磁場方向垂直于紙面；實(shí)線框abcd是一正方形導(dǎo)線框，是一正方形導(dǎo)線框，ab邊與邊與ab邊平行。若邊平行。若將導(dǎo)線框勻速地拉離磁場區(qū)域，

11、以將導(dǎo)線框勻速地拉離磁場區(qū)域，以W1表示沿平行表示沿平行于于ab的方向拉出過程中外力所做的功，的方向拉出過程中外力所做的功，W2表示以表示以同樣速率沿平行于同樣速率沿平行于bc的方向拉出過程中外力所做的的方向拉出過程中外力所做的功，則功，則 （ ） AW1 = W2 BW2 = 2 W1CW1 = 2W2 DW2 = 4 W1 兩根光滑的金屬導(dǎo)軌，平行放置在傾角為兩根光滑的金屬導(dǎo)軌，平行放置在傾角為的的斜面上，導(dǎo)軌的左端接有電阻斜面上，導(dǎo)軌的左端接有電阻R，導(dǎo)軌的電阻可忽，導(dǎo)軌的電阻可忽略不計(jì)。斜面處在以勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直于略不計(jì)。斜面處在以勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直于斜面向上。質(zhì)量為斜面

12、向上。質(zhì)量為m、電阻可不計(jì)的金屬棒、電阻可不計(jì)的金屬棒ab，在，在沿著斜面與棒垂直的恒力沿著斜面與棒垂直的恒力F作用下沿導(dǎo)軌勻速上滑，作用下沿導(dǎo)軌勻速上滑，并上升并上升h高度。如圖所示，在這過程中高度。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作用在金屬棒上的各個力的合力所做的功等于零于零 B作用在金屬棒上的各個力的合力所做的作用在金屬棒上的各個力的合力所做的功等于功等于mgh與電阻與電阻R上發(fā)出的焦耳熱之和上發(fā)出的焦耳熱之和 C恒力恒力F與安培力的合力所做的功等于零與安培力的合力所做的功等于零 D恒力恒力F與重力的合力所做的功等于電阻與重力的合力所做的功等于電阻R

13、上發(fā)出的焦耳熱上發(fā)出的焦耳熱 一半徑為一半徑為r（r L/8）、質(zhì)量為）、質(zhì)量為m、電阻為、電阻為R的金屬圓環(huán)，用一根長為的金屬圓環(huán)，用一根長為L的絕緣細(xì)繩懸掛于的絕緣細(xì)繩懸掛于O點(diǎn)，離點(diǎn)，離O點(diǎn)下方點(diǎn)下方L /2處有一寬度為處有一寬度為L /4的垂直紙面的垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場區(qū)，如圖所示?，F(xiàn)使圓環(huán)由與懸向里的勻強(qiáng)磁場區(qū)，如圖所示?，F(xiàn)使圓環(huán)由與懸點(diǎn)點(diǎn)O等高位置等高位置A處靜止釋放，下擺中金屬環(huán)所在處靜止釋放，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(chǎn)生平面始終垂直磁場，則金屬環(huán)在整個過程中產(chǎn)生的焦耳熱為的焦耳熱為 。 如圖所示，已知金屬桿如圖所示，已知金屬桿MN的電阻為的電阻為

14、2R，圓，圓環(huán)的半徑為環(huán)的半徑為L，電表內(nèi)阻為，電表內(nèi)阻為R，其余電阻不計(jì)，其余電阻不計(jì)，勻強(qiáng)磁場的磁感強(qiáng)度為勻強(qiáng)磁場的磁感強(qiáng)度為 B，輪軸半徑為，輪軸半徑為r，重物，重物質(zhì)量為質(zhì)量為m，當(dāng)重物勻速下降時(shí)，求：，當(dāng)重物勻速下降時(shí)，求： 重物的下降速度；重物的下降速度； 電流表的示數(shù)。電流表的示數(shù)。 如圖所示，如圖所示，a、b是兩相距是兩相距L0.5m的平行、的平行、光滑的水平金屬導(dǎo)軌，在其上垂直放置兩根金光滑的水平金屬導(dǎo)軌，在其上垂直放置兩根金屬桿屬桿1和和2，其質(zhì)量分別為，其質(zhì)量分別為m 10.1kg，m20.2kg，電阻分別為，電阻分別為R11， R20.25，B1.2T的勻強(qiáng)磁場豎直向下

15、，的勻強(qiáng)磁場豎直向下，a、b兩導(dǎo)軌電阻兩導(dǎo)軌電阻忽略不計(jì)現(xiàn)對忽略不計(jì)現(xiàn)對2棒施以水平向右的極短時(shí)間棒施以水平向右的極短時(shí)間的打擊力作用，使其獲得大小為的打擊力作用，使其獲得大小為lNs的沖的沖量求此后：量求此后： 1棒運(yùn)動的最大加速度和最大速度棒運(yùn)動的最大加速度和最大速度 2棒上所產(chǎn)生的電能棒上所產(chǎn)生的電能 abB 1 2 有一種磁性加熱裝置，其關(guān)鍵部分由焊接在兩有一種磁性加熱裝置，其關(guān)鍵部分由焊接在兩個等大的金屬環(huán)上的個等大的金屬環(huán)上的n根間距相等的平行金屬條組成，根間距相等的平行金屬條組成，成成“鼠籠鼠籠”狀，如圖所示每根金屬條的長度為狀，如圖所示每根金屬條的長度為L，電阻為電阻為R，金屬

16、環(huán)的直徑為，金屬環(huán)的直徑為D，電阻不計(jì)在垂直于，電阻不計(jì)在垂直于鼠籠軸線的空間范圍內(nèi)存在著磁感應(yīng)強(qiáng)度為鼠籠軸線的空間范圍內(nèi)存在著磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻的勻強(qiáng)磁場，磁場的寬度恰好等于強(qiáng)磁場，磁場的寬度恰好等于“鼠籠鼠籠”金屬條的間金屬條的間距，當(dāng)金屬環(huán)以角速度距，當(dāng)金屬環(huán)以角速度繞過兩環(huán)的圓心的軸繞過兩環(huán)的圓心的軸oo旋旋轉(zhuǎn)時(shí)，始終有一根金屬條切割磁感線轉(zhuǎn)時(shí)，始終有一根金屬條切割磁感線“鼠籠鼠籠”的的轉(zhuǎn)動由一臺電動機(jī)帶動，這套設(shè)備的效率為轉(zhuǎn)動由一臺電動機(jī)帶動，這套設(shè)備的效率為，求電，求電動機(jī)輸出的機(jī)械功率動機(jī)輸出的機(jī)械功率 如圖所示，電動機(jī)牽引一根原來靜止的、長如圖所示，電動機(jī)牽引一根原來靜止的、長l為為1m，質(zhì)量，質(zhì)量m為為01kg的導(dǎo)體棒的導(dǎo)體棒MN，其電阻，其電阻R為為1，導(dǎo)體棒架在