电磁感应与电路的综合应用-精选

《电磁感应》新课标高中物理选修3－24法拉第电磁感应定律应用1不同的电源，非静电力可能不同，但从能量转化的角度看，他们所起的作用是相同的，都是把其他形式能转化为电能。电动势描述了电源把其他形式能转化为电能的本领，即表征非静电力对自由电荷做功的本领。1、感应电场与感生电动势英国物理学家麦克斯韦认为，磁场变化时在空间激发出一种电场，这种电场对自由电荷产生了力的作用，使自由电荷运动起来，形成了电流，或者说产生了电动势。这种由于磁场的变化而激发的电场叫感生电场。感生电场对自由电荷的作用力充当了非静电力。由感生电场产生的感应电动势，叫做感生电动势。主题1：电磁感应现象的两类情况感生电场与静电场不同，它不是由电荷产生的，其规律也与静电场不同，比如其电场线是闭合的，其方向根据楞次定律判断。要使电子俯视逆时针运动，磁场应如何变化？电子的受力方向为感生电场的反方向，所以感生电场的方向为顺时针方向。根据楞次定律，所以磁场为穿过线圈向上的增加。2、洛伦兹力与动生电动势导体运动而产生的电动势叫动生电动势。①导体中自由电荷（正电荷）具有水平方向的速度，由左手定则可判断受到沿棒向上的洛伦兹力作用，其合运动是斜向上的。②自由电荷不会一直运动下去。因为C、D两端聚集电荷越来越多，在CD棒间产生的电场越来越强，当电场力等于洛伦兹力时，自由电荷不再定向运动。③导体棒中的电流受到安培力作用，安培力的方向与运动方向相反，阻碍导体棒的运动，导体棒要克服安培力做功，将机械能转化为电能。主题2：公式EBLv②vabcdL1、一般来说，①求出的是平均感应电动势，和某段时间或者某个过程对应，主要用于求由于磁通量变化产生的电动势②求出的是瞬时感应电动势，E和某个时刻或者某个位置对应。主要用于求平动切割类产生的电动势2、①求出的是整个回路的感应电动势②求得的是某一段导体的感应电动势。注意：回路中感应电动势为零时，但是回路中某段导体的感应电动势不一定为零。EBLv②3、平动切割电动势转动切割电动势212EBl③tnE①212EBl③主题3：电磁感应与电路问题综合的处理方法1.等效电源：产生感应电动势的导体相当于一个电源，感应电动势等效于电源电动势，产生感应电动势的导体的电阻等效于电源的内阻。2、计算感应电动势：判断感应电动的类型，区分感生电动势和动生电动势。区分平均感应电动势和瞬时感应电动势。3、判断感应电动势的方向：用右手定则或楞次定律判断。电源内部电流的方向是从负极流向正极，即从低电势流向高电势。4、等效电路：按题意画出等效电路，根据电路特点进行电路分析和运用闭合电路欧姆定律的计算。5、结合力学观点综合分析。例1．如图所示，匀强磁场B=0.1T，金属棒AB长0.4m，与框架宽度相同，R=1/3Ω，框架电阻不计，电阻R1=2Ω，R2=1Ω，当金属棒以5m／s的速度匀速向右运动时，求：(1)流过金属棒的感应电流多大？(2)若图中电容器C为0.3μF，则充电量多少？vR1ABR2C解：画出等效电路如图示：R1ABR2CEE=BLv=0.1×0.4×5=0.2VR并=2/3ΩI=E/（R并+R）=0.2AUR2=IR并=0.2×2/3=4/30VQ=CUR2=0.3×10-6×4/30=4×10-8C例2、如图所示，在磁感应强度为B的匀强磁场中，有半径为r的光滑半圆形导体框架。OC为一端绕O点在框架上滑动的导体棒，OC棒的电阻为r0，OA之间连一个阻值为R的电阻（其余电阻都不计），若使OC以角速度ω匀速转动。试求：（1）图中哪部分相当于电源？（2）感应电动势E为多少？（3）流过电阻R的电流I为多少？（4）OC两点间的电势差为多少？ωABCRO212EBr0EIRrocUIR0ERRr解：电流方向从C到O例3.强磁场磁感应强度B=0.2T，磁场宽度L=3m，一正方形金属框边长ab==1m，每边电阻r=0.2Ω，金属框以v=10m/s的速度匀速穿过磁场区，其平面始终保持与磁感线方向垂直，如图所示，求：（1）画出金属框穿过磁场区的过程中，金属框内感应电流的I-t图线（2）画出ab两端电压的U-t图线电磁感应过程的图像问题：重过程分析，注意正方向。例4、如图所示，长L1宽L2的矩形线圈电阻为R，处于磁感应强度为B的匀强磁场边缘，线圈与磁感线垂直。求：将线圈以向右的速度v匀速拉出磁场的过程中，⑴拉力F大小；⑵拉力的功率P；⑶拉力做的功W；⑷线圈中产生的电热Q；⑸通过线圈某一截面的电荷量q。FL1L2Bv22222BLvEEBLvIFBILFRR2222BLvPFvR22211BLvWFLLRQWRtREtIqqnR例5.如图所示，abcd是粗细均匀的电阻丝制成的长方形线框，导体MN有电阻，电阻与ad边电阻相同，可在ab边及dc边上无摩擦滑动，且接触良好，线框处在垂直纸面向里的匀强磁场中（图中未画出），当MN由紧靠ad边向bc边匀速滑动过程中，以下说法中正确的是（）A.MN中电流先减小后增大B.MN两端电压先增大后减小C.MN上拉力的功率先减小后增大D.矩形线框中消耗的电功率先减小后增大外电阻先增后减关键词：电源、电路、内电阻、外电阻、路端电压、匀速滑动、机械功率、电功率、输出功率随外电阻的变化P0RABC1．如图所示，平行金属导轨间距为d，一端跨接电阻为R，匀强磁场磁感强度为B，方向垂直平行导轨平面，一根长金属棒与导轨成θ角放置，棒与导轨的电阻不计，当棒沿垂直棒的方向以恒定速度v在导轨上滑行时，通过电阻的电流是（）A．Bdv/(Rsinθ)B．Bdv/RC．Bdvsinθ/RD．Bdvcosθ/R课堂练习：2．图中，“∠”形金属导轨COD上放有一根金属棒MN，拉动MN使它以速度v向右匀速平动，如果导轨和金属棒都是粗细相同的均匀导体，电阻率都为ρ，那么MN在导轨上运动的过程中，闭合回路的()A．感应电动势保持不变B．感应电流保持不变C．感应电流逐渐减弱D．感应电流逐渐增强E=BLV=BVttanθVvtvtvttancosRsEBVtanI1R1+tan+cossB3．如图所示，有一闭合线圈放在匀强磁场中，线圈轴线和磁场方向成300角，磁场磁感应强度随时间均匀变化.若所用导线规格不变，用下述方法中哪一种可使线圈中感应电流增加一倍？300BA．线圈匝数增加一倍B．线圈面积增加一倍C．线圈半径增加一倍D．改变线圈的轴线方向200Bnrcos30tIn2rsC