資源簡介

第二章 電磁感應
2.2.2 法拉第電磁感應定律的應用
班級： 姓名：
1、進一步熟練掌握法拉第電磁感應定律、楞次定律。
2.掌握解決電磁感應現象中電路問題和電荷量問題的基本思路和方法。
3.綜合應用楞次定律和法拉第電磁感應定律解決電磁感應中的圖像問題。
4.進一步熟練掌握牛頓運動定律、動能定理、能量守恒定律等基本規律。
5.掌握電磁感應中動力學問題的分析方法，建立解決電磁感應中動力學問題的思維模型。
6.理解電磁感應過程中能量的轉化情況，能用能量的觀點分析和解決電磁感應問題。。
【學習任務一】電磁感應現象中的電路分析
一、對電源的理解
1.在電磁感應現象中， 就是電源，如：切割磁感線的導體棒、內有磁通量變化的線圈等。這種電源將其他形式的能轉化為電能。
2.判斷感應電流和感應電動勢的方向，都是利用相當于電源的部分根據右手定則或楞次定律判定的。實際問題中應注意外電路電流由 電勢流向 電勢，而內電路則相反。
二、對電路的理解
1.內電路是切割磁感線的導體或磁通量發生變化的線圈，外電路由電阻、電容等電學元件組成。
2.在閉合電路中，相當于“電源”的導體兩端的電壓與真實的電源兩端的電壓一樣，等于 ，而不等于感應電動勢。
三、電磁感應現象中的電路分析思路
【典例1】如圖所示，MN、PQ為光滑金屬導軌(金屬導軌電阻忽略不計)，MN、PQ相距l＝50 cm，導體棒AB在兩導軌間的電阻r＝1 Ω，且可以在MN、PQ上滑動，定值電阻R1＝3 Ω，R2＝6 Ω，整個裝置放在磁感應強度為B＝1.0 T的勻強磁場中，磁場方向垂直于整個導軌平面。現用外力F拉著AB棒向右以v＝5 m/s的速度做勻速運動。求：
(1)AB棒產生的感應電動勢E和AB棒上的感應電流方向；
(2)AB棒兩端的電壓UAB。
【學習任務二】電磁感應中的電荷量問題
閉合回路中 發生變化時，電荷發生定向移動而形成感應電流，在Δt內通過某一截面的電荷量(感應電荷量)q=
推導過程：
(1)由上式可知，通過某一截面的感應電荷量q僅由 、回路電阻R和 決定，與時間長短無關。
(2)求解電路中通過的電荷量時，I、E 均為平均值.
【典例2】如圖所示，通有恒定電流的長直導線MN與閉合金屬線框abcd共面，電流方向為N→M。第一次將金屬線框由位置Ⅰ平移到位置Ⅱ，第二次將金屬線框由位置Ⅰ翻轉到位置Ⅱ，設兩次通過金屬線框截面的電荷量分別為q1和q2，則(　 )
A．q1＜q2　　　　　
B．q1＝q2
C．q1＞q2
D．q1≠0，q2＝0
【學習任務三】電磁感應中的圖像問題
1.圖像類型
(1)各物理量隨時間t變化的圖像，即B－t圖像、Φ－t圖像、E－t圖像和I－t圖像.
(2)導體做切割磁感線運動時，還涉及感應電動勢E和感應電流I隨導體位移變化的圖像，即E－x圖像和I－x圖像.
2.解決此類問題需要熟練掌握的規律
安培定則、左手定則、楞次定律、右手定則、法拉第電磁感應定律、歐姆定律等.判斷物理量增大、減小、正負等，必要時寫出函數關系式，進行分析.
3．解決此類問題的一般步驟
【典例3】如圖甲，MN、PQ兩條平行的光滑金屬軌道與水平面成θ=37°固定，M、P之間接電阻箱R，導軌所在空間存在勻強磁場，磁場方向垂直于軌道平面向上，磁感應強度為B=0.5T。質量為m的金屬桿ab水平放置在軌道上，其接入電路的阻值為r。現從靜止釋放桿ab，測得其最大速度為vm。改變電阻箱的阻值R，得到vm與R的關系如圖乙所示。已知兩條軌道間的距離為L=2m，重力加速度g取10m/s2，軌道足夠長且電阻不計，sin37°=0.6，cos37°=0.8，求：（1）桿ab下滑過程中感應電流的方向及R=0時最大感應電動勢的大小；
（2）金屬桿的質量m和阻值r；
（3）當R=4 時，求回路瞬時電功率每增加1W的過程中合外力對桿做的功W。
【學習任務四】電磁感應現象中的綜合問題分析
1．導體的兩種運動狀態
(1)導體的平衡狀態——靜止狀態或勻速直線運動狀態。處理方法：根據平衡條件(合外力等于0)列式分析。
(2)導體的非平衡狀態——加速度不為0。處理方法：根據牛頓第二定律進行動態分析或結合功能關系分析。
2.制約關系
【典例4】如圖甲所示，兩根足夠長的直金屬導軌MN、PQ平行放置在傾角為θ的絕緣斜面上，兩導軌間距為l，M、P兩點間接有阻值為R的電阻。一根質量為m的均勻直金屬桿ab放在兩導軌上，并與導軌垂直。整套裝置處于磁感應強度為B的勻強磁場中，磁場方向垂直斜面向下。導軌和金屬桿的電阻可忽略。讓ab桿沿導軌由靜止開始下滑，導軌和金屬桿接觸良好，不計它們之間的摩擦。
(1) 在加速下滑過程中，當ab桿的速度大小為v時，求此時ab桿中的電流及其加速度的大小。
(2)求在下滑過程中，ab桿可以達到的速度最大值。
1．能量轉化的過程分析
電磁感應的實質是不同形式的能量轉化的過程，而能量的轉化是通過安培力做功實現的。安培力做功使得電能轉化為其他形式的能(通常為內能)，克服安培力做功，則是其他形式的能(通常為機械能)轉化為電能的過程。
2.電磁感應中焦耳熱的計算思路
（1）電流恒定時，根據焦耳定律 求解。
（2）電流變化時，用以下方法分析
①利用動能定理，求出安培力做的功W安，
產生的焦耳熱等于克服安培力所做的功，即Q=-W安
②利用能量守恒，焦耳熱與其他形式能量的總和保持不變。
【典例5】如圖所示，一對光滑的平行金屬導軌固定在同一水平面內，導軌間距l＝0.5 m，左端接有阻值R＝0.3 Ω的電阻。一質量m＝0.1 kg、電阻r＝0.1 Ω的金屬棒MN放置在導軌上，整個裝置置于豎直向上的勻強磁場中，磁場的磁感應強度B＝0.4 T。棒在水平向右的外力作用下，由靜止開始以a＝2 m/s2的加速度做勻加速運動，當棒的位移x＝9 m時撤去外力，棒繼續運動一段距離后停下來，已知撤去外力前后回路中產生的焦耳熱之比Q1∶Q2＝2∶1。導軌足夠長且電阻不計，棒在運動過程中始終與導軌垂直且兩端與導軌保持良好接觸。求：
(1)棒在勻加速運動過程中，通過電阻R的電荷量q；
(2)撤去外力后回路中產生的焦耳熱Q2；
(3)外力所做的功WF。
.

展開更多......

收起↑