高二物理課件人教版選修三 電磁感應(yīng)規(guī)律的綜合應(yīng)用

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歡迎進(jìn)入物理課堂 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 電磁感應(yīng)中通過導(dǎo)體的感應(yīng)電流在磁場(chǎng)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)動(dòng)時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)公式確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小 再用楞次定律或右手定則確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向 一 電磁感應(yīng)中的力學(xué)問題 畫出等效電路 磁通量發(fā)生變化的電路或切割磁感線的導(dǎo)體相當(dāng)于電源 用閉合電路歐姆定律求出電路中的電流 分析所研究的導(dǎo)體受力情況 包括安培力 用左手定則確定其方向 列出動(dòng)力學(xué)方程或平衡方程并求解 常用動(dòng)力學(xué)方程有 牛頓運(yùn)動(dòng)定律 動(dòng)量定理 動(dòng)量守恒定律 動(dòng)能定理 機(jī)械能守恒定律等 如圖所示 有兩根和水平方向成 角的光滑平行的金屬軌道 上端有可變電阻R 下端足夠長 空間有垂直于軌道平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 一質(zhì)量為m的金屬桿從軌道上由靜止滑下 經(jīng)過足夠長的時(shí)間后 金屬桿的速度會(huì)趨于一個(gè)最大速度vm 則 如果B增大 vm將變大如果 增大 vm將變大如果R增大 vm將變大如果m變小 vm將變大 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(dòng)問題形式出現(xiàn) 要抓好受力情況 運(yùn)動(dòng)情況的動(dòng)態(tài)分析 導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 感應(yīng)電流 通電導(dǎo)體受安掊力 合外力變化 加速度變化 速度變化 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)動(dòng)狀態(tài) 抓住a 0時(shí) 速度v達(dá)到最大值特點(diǎn) 小結(jié) 如圖甲所示 讓閉合導(dǎo)線框abcd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(chǎng) 以cd邊開始進(jìn)入到ab邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)這段時(shí)間內(nèi) 如圖乙中表示線框運(yùn)動(dòng)的速度 時(shí)間圖像中有可能的是 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l 0 2m 在導(dǎo)軌的一端接有阻值為R 0 5 的電阻 在X 0處有一與水平面垂直的均勻磁場(chǎng) 磁感強(qiáng)度B 0 5T 一質(zhì)量為m 0 lkg的金屬直桿垂直放置在導(dǎo)軌上 并以v0 2m s的初速度進(jìn)入磁場(chǎng) 在安培力和一垂直于桿的水平外力F的共同作用下作勻變速直線運(yùn)動(dòng) 加速度大小為a 2m s2 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 求 1 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)施加在金屬桿上外力F的大小和方向 3 保持其他條件不變 而初速度v0取不同值 求開始時(shí)F的方向與初速度v0取值的關(guān)系 如圖所示 光滑水平導(dǎo)軌間距為L 與導(dǎo)軌平面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 在導(dǎo)軌左端接有電容為C的電容器 質(zhì)量為m的金屬棒MN 在導(dǎo)軌上由靜止開始 受水平向右的拉力以加速度a作勻加速運(yùn)動(dòng) 問經(jīng)過時(shí)間t 電容器的帶電量為多少 此時(shí)的拉力多大 如圖所示 兩根平行金屬導(dǎo)軌固定在水平桌面上 每根導(dǎo)軌每米的電阻為r0 0 10 m 導(dǎo)軌的端點(diǎn)P Q用電阻可忽略的導(dǎo)線相連 兩導(dǎo)軌間的距離L 0 20m 有隨時(shí)間變化的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于桌面 已知磁感強(qiáng)度B與時(shí)間t的關(guān)系為B kt 比例系數(shù)k 0 020T s 一電阻不計(jì)的金屬桿可在導(dǎo)軌上無摩擦地滑動(dòng) 在滑動(dòng)過程中保持與導(dǎo)軌垂直 在t 0時(shí)刻 金屬桿緊靠在P Q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?dòng) 求在t 6 0s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 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 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 做功與能量轉(zhuǎn)化的形式相對(duì)應(yīng) 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 合外力做的功數(shù)值上總是等于物體動(dòng)能的變化 重力做的功與重力勢(shì)能的增量相等 如圖所示 虛線框abcd內(nèi)為一矩形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域 ab 2bc 磁場(chǎng)方向垂直于紙面 實(shí)線框a b c d 是一正方形導(dǎo)線框 a b 邊與ab邊平行 若將導(dǎo)線框勻速地拉離磁場(chǎng)區(qū)域 以W1表示沿平行于ab的方向拉出過程中外力所做的功 W2表示以同樣速率沿平行于bc的方向拉出過程中外力所做的功 則 A W1 W2B W2 2W1C W1 2W2D W2 4W1 兩根光滑的金屬導(dǎo)軌 平行放置在傾角為 的斜面上 導(dǎo)軌的左端接有電阻R 導(dǎo)軌的電阻可忽略不計(jì) 斜面處在以勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 磁場(chǎng)方向垂直于斜面向上 質(zhì)量為m 電阻可不計(jì)的金屬棒ab 在沿著斜面與棒垂直的恒力F作用下沿導(dǎo)軌勻速上滑 并上升h高度 如圖所示 在這過程中 A 作用在金屬棒上的各個(gè)力的合力所做的功等于零 B 作用在金屬棒上的各個(gè)力的合力所做的功等于mgh與電阻R上發(fā)出的焦耳熱之和C 恒力F與安培力的合力所做的功等于零D 恒力F與重力的合力所做的功等于電阻R上發(fā)出的焦耳熱 一半徑為r r L 8 質(zhì)量為m 電阻為R的金屬圓環(huán) 用一根長為L的絕緣細(xì)繩懸掛于O點(diǎn) 離O點(diǎn)下方L 2處有一寬度為L 4的垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū) 如圖所示 現(xiàn)使圓環(huán)由與懸點(diǎn)O等高位置A處靜止釋放 下擺中金屬環(huán)所在平面始終垂直磁場(chǎng) 則金屬環(huán)在整個(gè)過程中產(chǎn)生的焦耳熱為 如圖所示 已知金屬桿MN的電阻為2R 圓環(huán)的半徑為L 電表內(nèi)阻為R 其余電阻不計(jì) 勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感強(qiáng)度為B 輪軸半徑為r 重物質(zhì)量為m 當(dāng)重物勻速下降時(shí) 求 重物的下降速度 電流表的示數(shù) 如圖所示 a b是兩相距L 0 5m的平行 光滑的水平金屬導(dǎo)軌 在其上垂直放置兩根金屬桿1和2 其質(zhì)量分別為m1 0 1kg m2 0 2kg 電阻分別為R1 1 R2 0 25 B 1 2T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)豎直向下 a b兩導(dǎo)軌電阻忽略不計(jì) 現(xiàn)對(duì)2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lN s的沖量 求此后 1棒運(yùn)動(dòng)的最大加速度和最大速度 2棒上所產(chǎn)生的電能 有一種磁性加熱裝置 其關(guān)鍵部分由焊接在兩個(gè)等大的金屬環(huán)上的n根間距相等的平行金屬條組成 成 鼠籠 狀 如圖所示 每根金屬條的長度為L 電阻為R 金屬環(huán)的直徑為D 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B的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 磁場(chǎng)的寬度恰好等于 鼠籠 金屬條的間距 當(dāng)金屬環(huán)以角速度 繞過兩環(huán)的圓心的軸oo 旋轉(zhuǎn)時(shí) 始終有一根金屬條切割磁感線 鼠籠 的轉(zhuǎn)動(dòng)由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng) 這套設(shè)備的效率為 求電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率 如圖所示 電動(dòng)機(jī)牽引一根原來靜止的 長l為1m 質(zhì)量m為0 1kg的導(dǎo)體棒MN 其電阻R為1 導(dǎo)體棒架在處于磁感應(yīng)強(qiáng)度B為1T 豎直放置的框架上 當(dāng)導(dǎo)體棒上升h為3 8m時(shí)獲得穩(wěn)定的速度 導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量為2J 電動(dòng)機(jī)牽引棒時(shí) 伏特表 安培表的讀數(shù)分別恒為7V 1A 電動(dòng)機(jī)內(nèi)阻r為1 不計(jì)框架電阻及一切摩擦 g取10m s2 求 1 棒能達(dá)到的穩(wěn)定速度 2 棒從靜止達(dá)到穩(wěn)定速度所需的時(shí)間 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全