專題04電磁感應(yīng)與電路03.ppt

1、,感悟滲透應(yīng)用,三、含感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的電路分析與計(jì)算. 這類問(wèn)題中應(yīng)當(dāng)把產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的部分導(dǎo)體看成電源，其余通路則為外電路，根據(jù)電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析計(jì)算.,感悟滲透應(yīng)用,【例7】如圖4-8所示，da、cb為相距l(xiāng)的平行導(dǎo)軌(電阻可以忽略不計(jì)).a、b間接有一個(gè)固定電阻，阻值為R.長(zhǎng)直細(xì)金屬桿MN可以按任意角架在水平導(dǎo)軌上，并以速度v勻速滑動(dòng)(平移)，v的方向和da平行. ,圖4-8,感悟滲透應(yīng)用,桿MN有電阻，每米長(zhǎng)的電阻值為R.整個(gè)空間充滿勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B，方向垂直紙面(dabc平面)向里 (1)求固定電阻R上消耗的電功率為最大時(shí)角的值 (2)求桿MN上消耗的電功率為最大時(shí)角的值.,

2、感悟滲透應(yīng)用,【解析】如圖4-8所示，桿滑動(dòng)時(shí)切割磁感線而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=Blv，與角無(wú)關(guān). 以r表示兩導(dǎo)軌間那段桿的電阻，回路中的電流為: (1)電阻R上消耗的電功率為: 由于E和R均與無(wú)關(guān)，所以r值最小時(shí)，PR值達(dá)最大.當(dāng)桿與導(dǎo)軌垂直時(shí)兩軌道間的桿長(zhǎng)最短，r的值最小，所以PR最大時(shí)的值為=/2.,感悟滲透應(yīng)用,(2)桿上消耗的電功率為: Pr= 要求Pr最大，即要求 取最大值.由于 顯然，r=R時(shí)， 有極大值因每米桿長(zhǎng)的電阻值為R，r=R即要求兩導(dǎo)軌間的桿長(zhǎng)為1m，,感悟滲透應(yīng)用,所以有以下兩種情況： 如果l1m，則滿足下式時(shí)r=R 1sin=l 所以=arcsinl 如果l1m，則兩導(dǎo)

3、軌間那段桿長(zhǎng)總是大于1m，即總有rR由于 在rR的條件下，上式隨r的減小而單調(diào)減小，r取最小值時(shí)=/2， 取最小值， 取最大值，所以，Pr取最大值時(shí)值為,感悟滲透應(yīng)用,【例8】如圖4-9所示，光滑的平行導(dǎo)軌P、Q相距l(xiāng)=1m，處在同一水平面中，導(dǎo)軌左端接有如圖所示的電路，其中水平放置的平行板電容器C兩極板間距離d=10mm，定值電阻R1=R3=8，R2=2，導(dǎo)軌電阻不計(jì).,圖4-9,感悟滲透應(yīng)用,磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.4T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)豎直向下穿過(guò)導(dǎo)軌面.當(dāng)金屬棒ab沿導(dǎo)軌向右勻速運(yùn)動(dòng)(開(kāi)關(guān)S斷開(kāi))時(shí)，電容器兩極板之間質(zhì)量m=110-14kg、帶電量Q=-110-15C的微粒恰好靜止不動(dòng)；當(dāng)S閉合時(shí)，

4、微粒以加速度a=7m/s2向下做勻加速運(yùn)動(dòng)，取g=10m/s2，求： (1)金屬棒ab運(yùn)動(dòng)的速度多大?電阻多大? (2)S閉合后，使金屬棒ab做勻速運(yùn)動(dòng)的外力的功率多大?,感悟滲透應(yīng)用,【解析】(1)帶電微粒在電容器兩極板間靜止時(shí)，受向上的電場(chǎng)力和向下的重力作用而平衡，則得到:mg= 求得電容器兩極板間的電壓 由于微粒帶負(fù)電，可知上極板電勢(shì)高. 由于S斷開(kāi)，R1上無(wú)電流，R2、R3串聯(lián)部分兩端總電壓等于U1，電路中的感應(yīng)電流，即通過(guò)R2、R3的電流為:,感悟滲透應(yīng)用,由閉合電路歐姆定律，ab切割磁感線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E=U1+Ir 其中r為ab金屬棒的電阻 當(dāng)閉合S后，帶電微粒向下做勻加

5、速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)牛頓第二定律，有:mg-U2q/d=ma 求得S閉合后電容器兩極板間的電壓:,感悟滲透應(yīng)用,這時(shí)電路中的感應(yīng)電流為 I2=U2/R2=0.3/2A=0.15A 根據(jù)閉合電路歐姆定律有 將已知量代入求得E=1.2V，r=2 又因E=Blv v=E/(Bl)=1.2/(0.41)m/s=3m/s 即金屬棒ab做勻速運(yùn)動(dòng)的速度為3m/s，電阻r=2 ,感悟滲透應(yīng)用,(2)S閉合后，通過(guò)ab的電流I2=0.15A，ab所受安培力F2=BI2l=0.410.15N=0.06Nab以速度v=3m/s做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，所受外力必與安培力F2大小相等、方向相反，即F=0.06N，方向向右(與v同向)，

6、可見(jiàn)外力F的功率為: P=Fv=0.063W=0.18W,感悟滲透應(yīng)用,四、交變電流和變壓器電路 電磁感應(yīng)產(chǎn)生交變電動(dòng)勢(shì)，問(wèn)題的討論便如同交流電路，要注意最大值、有效值、平均值的概念，電流的功率和熱量的計(jì)算用有效值，電量的計(jì)算用平均值，要記住交變電動(dòng)勢(shì)最大值Em=NBS.解題思路與處理純電阻直流電路相似. 變壓器原線圈和與之相串聯(lián)的負(fù)載作為外電路接在交變電源上，副線圈作為輸出端電源，與副線圈相接的負(fù)載作為外電路，原副線圈各自的閉合回路同樣符合閉合電路的有關(guān)規(guī)律，原副線圈之間通過(guò)電磁互感滿足U1/U2=n1/n2，P入=P出兩個(gè)基本公式.,感悟滲透應(yīng)用,【例9】如圖4-10所示，一半徑為r的半圓

7、形線圈，以直徑ab為軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速為n，ab的左側(cè)有垂直紙面向里的、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)M、N是兩個(gè)集流環(huán)，負(fù)載電阻為R，線圈、電流表和導(dǎo)線的電阻不計(jì).,圖4-10,感悟滲透應(yīng)用,試求： (1)由圖示位置起經(jīng)過(guò)1/4轉(zhuǎn)時(shí)間內(nèi)負(fù)載電阻上產(chǎn)生的熱量； (2)由圖示位置起經(jīng)過(guò)1/4轉(zhuǎn)時(shí)間內(nèi)通過(guò)負(fù)載電阻R的電量； (3)電流表示數(shù).,感悟滲透應(yīng)用,【解析】線圈由圖示位置開(kāi)始繞軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的交變電流如圖4-11所示，交變電動(dòng)勢(shì)的最大值為：,圖4-11,感悟滲透應(yīng)用,(1)線圈由圖示位置經(jīng)1/4轉(zhuǎn)時(shí)間內(nèi)，電動(dòng)勢(shì)的有效值為： 電阻上產(chǎn)生的熱量為： (2)線圈由圖示位置經(jīng)1/4轉(zhuǎn)時(shí)間內(nèi)，電動(dòng)勢(shì)的平均

8、值由法拉第電磁感應(yīng)定律知E=E/t，通過(guò)R的電量為:,感悟滲透應(yīng)用,(3)注意這里電流表的讀數(shù)為有效值，而交流電的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)來(lái)定義的，通常應(yīng)考察一個(gè)周期由圖4-11可知，若交流電在一周期內(nèi)的有效值為E，則由有效值定義知 解得E=Em/2，電流表的示數(shù)為:,感悟滲透應(yīng)用,【例10】如圖4-12所示，理想變壓器原副線圈匝數(shù)n1n2n3=321副線圈2上接有“8V 8W”的燈泡L1、L2，副線圈3上接有“6V 9W”的燈泡L3、L4，原線圈上接有電阻R=3，當(dāng)a、b兩端接交變電源后，L1、L2正常發(fā)光，求交變電源的輸出功率.,圖4-12,感悟滲透應(yīng)用,【解析】交變電源的輸出功率等于原副

9、線圈及其回路中電阻R消耗的功率，也就等于R上的功率與L1、L2、L3、L4各燈消耗的功率之和 由于L1、L2正常發(fā)光，P1=P2=8W，U2=8V 由U1U2U3=n1n2n3=321 得U1=12V,U3=4V 所以L3、L4不能正常發(fā)光 R3=R4= ，,感悟滲透應(yīng)用,所以L3、L4的實(shí)際功率為:P3=P4= . 變壓器的輸出功率為: P出=P1+P2+P3+P4=82+42=24W 原線圈中電流I1=P出/U1=24/12=2A，R上消耗的電功率P=I21R=223=12W 交流電源實(shí)際的輸出功率=P+P出=12+24=36W,感悟滲透應(yīng)用,五、電磁感應(yīng)現(xiàn)象在實(shí)際生活、生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)中的

10、應(yīng)用 此類問(wèn)題有兩種形式，一種是介紹應(yīng)用實(shí)例，要求指出所包含的電磁感應(yīng)理論(工作原理)，另一種是擺出實(shí)際問(wèn)題，要求設(shè)計(jì)出使用方案或制作思想.后者要求較高，不但要熟練應(yīng)用有關(guān)知識(shí)理論，還必須有較高的創(chuàng)造性思維能力，綜合運(yùn)用理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能.,感悟滲透應(yīng)用,【例11】已知某一區(qū)域的地下埋有一根與地面平行的直線電纜，電纜中通有變化的電流，在其周?chē)凶兓拇艌?chǎng)，因此，可以通過(guò)在地面上測(cè)量閉合試探小線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)來(lái)探測(cè)電纜的確切位置、走向和深度.當(dāng)線圈平面平行地面時(shí)，a、c在兩處測(cè)得試探線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為0，b、d兩處測(cè)得試探線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不為0；當(dāng)線圈平面與地面成45夾角時(shí)，在b、d兩處測(cè)得試探線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為0；經(jīng)測(cè)量發(fā)現(xiàn)，a、b、c、d恰好位于邊長(zhǎng)為1m的正方形的四個(gè)頂角上，,感悟滲透應(yīng)用,如圖4-13所示，據(jù)此可以判定地下電纜在 ac 兩點(diǎn)連線的正下方，離地表面的深度為 0.71 m.,圖4-13,感悟滲透應(yīng)用,【解析】當(dāng)線圈平面平行地面時(shí)，a、c在兩處測(cè)得試探線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為0，b、d兩處測(cè)得試探線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不為0；可以判斷出地下電纜在a、c兩點(diǎn)連線的正下方；如圖4-14所示ac表示電纜，當(dāng)線圈平面與地面成45夾角時(shí)，在b、d兩處測(cè)得試探線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為0； 可判斷出Ob垂直試 探線圈平面，則作出： RtOOb，