电磁感应综合应用(四大综合问题)..

电磁感应规律综合应用的四种题型1、电磁感应中的力学问题2、电磁感应中的电路问题3、电磁感应中的能量问题4、电磁感应中的图象问题电动式发电式阻尼式v0F运动特点最终特征a逐渐减小的减速运动静止a逐渐减小的加速运动匀速a逐渐减小的加速运动匀速基本模型I=0(或恒定)I恒定I=0----------单棒问题1、力学问题(动态分析)阻尼式单棒vv001．电路特点导体棒相当于电源。2．安培力的特点安培力为阻力，并随速度减小而减小。22BBlvFBIlRr3．加速度特点加速度随速度减小而减小22()BFBlvammRrvtOv04．运动特点a减小的减速运动5．最终状态静止电动式单棒1．电路特点导体为电动边，运动后产生反电动势（等效于电机）。2．安培力的特点安培力为运动动力，并随速度增大而减小。3．加速度特点加速度随速度增大而减小BFmgam4．运动特点a减小的加速运动BFBIl(EEBlRr反）(BElvBlRr）＝(B()ElvBlgmRr）=tvOvm反电动势5．最终特征匀速运动6．两个极值(1)最大加速度：(2)最大速度：v=0时,E反=0,电流、加速度最大mEIRr,mmFBIlmmFmgam稳定时，速度最大，电流最小min,mEBlvIRrlrRBlvEBmminminmgFBIl22)(lBrRmgBlEvm电动式单棒例1：如图所示，水平放置的足够长平行导轨MN、PQ的间距为L=0.1m，电源的电动势E＝10V，内阻r=0.1Ω，金属杆EF的质量为m=1kg，其有效电阻为R=0.4Ω，其与导轨间的动摩擦因数为μ＝0.1，整个装置处于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度B＝1T，现在闭合开关，求：（1）闭合开关瞬间，金属杆的加速度；（2）金属杆所能达到的最大速度；（3）当其速度为v=20m/s时杆的加速度为多大？（忽略其它一切电阻，g=10m/s2）MPNQEFB(1)a=1m/s2(2)v=50m/s(3)a=0.6m/s2发电式单棒FF1．电路特点导体棒相当于电源，当速度为v时，电动势E＝Blv2．安培力的特点安培力为阻力，并随速度增大而增大3．加速度特点加速度随速度增大而减小BFFmgam4．运动特点a减小的加速运动BFBIlBlvBlRr22BlvRr＝v22()FBlvgmmRrtvOvmFF5．最终特征匀速运动6．两个极值(1)v=0时,有最大加速度：(2)a=0时,有最大速度：mFmgam22()()mFmgRrvBlBFFmgam220()FBlvgmmRr发电式单棒例2、已知：AB、CD足够长，L，θ，B，R。金属棒ab垂直于导轨放置，与导轨间的动摩擦因数为μ，质量为m，从静止开始沿导轨下滑，导轨和金属棒的电阻阻都不计。求ab棒下滑的最大速度θθDCABBabR速度最大时做匀速运动受力分析，列动力学方程AFfmgsin22)cossin(LBRmgmgv基本方法：1、用法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势的大小和方向。2、求回路中的电流强度3、分析导体受力情况（包含安培力，用左手定则）4、列动力学方程求解。例3、导轨光滑、水平、电阻不计、间距L=0.20m；导体棒长也为L、电阻不计、垂直静止于导轨上；磁场竖直向下且B=0.5T；已知电阻R=1.0Ω；现有一个外力F沿轨道拉杆，使之做匀加速运动，测得F与时间t的关系如图所示，求杆的质量和加速度a。BFRF/N0481216202428t/s12345678maFFA分析：maRatLBF22代入解方程时时NFtNFt4302021m=1kg,a=1m/s2例1、圆环水平、半径为a、总电阻为2R；磁场竖直向下、磁感强度为B；导体棒MN长为2a、电阻为R、粗细均匀、与圆环始终保持良好的电接触；当金属棒以恒定的速度v向右移动经过环心O时，求：（1）棒上电流的大小和方向及棒两端的电压UMN（2）在圆环和金属棒上消耗的总的热功率。BvMNo2、电磁感应中的电路问题利用E=BLV求电动势，右手定则判断方向分析电路画等效电路图计算功率RIp2(1)I=4Bav/3R由N到M(2)P=8B2a2v2/3R例2、线圈50匝、横截面积20cm2、电阻为1Ω；已知电阻R=99Ω；磁场竖直向下，磁感应强度以100T/s的变化度均匀减小。在这一过程中通过电阻R的电流多大小和方向？BR利用楞次定律判断方向求电动势由tBSntnE画等效电路图利用闭合欧姆定律求电流I=0.1A基本方法：1、用法拉第电磁感应定律和楞次定律确定感应电动势的大小和方向。2、画等效电路。3、运用闭合电路欧姆定律，串并联电路性质，电功率等公式联立求解。例1、θ=30º，L=1m，B=1T，导轨光滑电阻不计，F功率恒定且为6W，m=0.2kg、R=1Ω，ab由由静止开始运动，当s=2.8m时，获得稳定速度，在此过程中ab产生的热量Q=5.8J，g=10m/s2，求：（1）ab棒的稳定速度（2）ab棒从静止开始达到稳定速度所需时间。θabBF3、电磁感应中的能量问题sin)1(mgFFA速度稳定时smv/2QmghEPtK）从能量的角度看：（2st5.1例2、水平面光滑，金属环r=10cm、R=1Ω、m=1kg，v=10m/s向右匀速滑向有界磁场，匀强磁场B=0.5T；从环刚进入磁场算起，到刚好有一半进入磁场时，圆环释放了32J的热量，求：（1）此时圆环中电流的即时功率；（2）此时圆环运动的加速度。BvFvP求瞬时功率用??,AFv？合mFmFaA功能关系：1、合外力做功等于动能改变。2、安培力做功等于电能的改变：安培力做正功：电能向其他形式能转化安培力做负功：其他形式能向电能转化※即：克服安培力做了多少功就有多少其他形式能向电能转化3、除了重力以外的其他外力做功等于机械能的改变电磁感应中的能量问题：（1）思路：从能量转化和守恒着手，运用动能定理或能量守恒定律。•①基本思路：受力分析→弄清哪些力做功，正功还是负功→明确有哪些形式的能量参与转化，哪些增哪些减→由动能定理或能量守恒定律列方程求解．•②能量转化特点：其它能（如：机械能）电能内能（焦耳热）安培力做负功电流做功其他形式能（2）.电能求解的三种方法：①功能关系：Q＝-W安②能量守恒：Q＝ΔE其他③利用电流做功：Q=I2Rt例1.如图所示，一宽40cm的匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面向里．一边长为20cm的正方形导线框位于纸面内，以垂直于磁场边界的恒定速度v＝20cm/s通过磁场区域，在运动过程中，线框有一边始终与磁场区域的边界平行．取它刚进入磁场的时刻t＝0.在下列图线中，正确反映感应电流随时间变化规律的是dcba思考:你能作出ad间电压与时间的关系图象吗?[c]4、电磁感应中的图象问题例2：磁感应强度B的正方向，线圈中的箭头为电流i的正方向（如图所示），已知线圈中感生电流i随时间而变化的图象如图所示，则磁感应强度B随时间而变化的图象可能是（）BiitBBBBttttABCDCD例3：匀强磁场的磁感应强度为B=0.2T，磁场宽度L=3m，一正方形金属框连长ab=d=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，其平面始终一磁感线方向垂直，如图所示。(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。(以顺时针方向电流为正)(2)画出ab两端电压的U-t图线adbcvLBt/si/A02.5-2.50.10.20.30.4adbcvLBUab/V00.10.20.30.42-21-1t/s例4：如图(甲）中，A是一边长为l的正方形导线框，电阻为R。今维持以恒定的速度v沿x轴运动，穿过如图所示的匀强磁场的有界区域。若沿x轴的方向为力的正方向，框在图示位置的时刻作为计时起点，则磁场对线框的作用力F随时间t的变化图线为图（乙）中的（）B例5：如图所示的异形导线框，匀速穿过一匀强磁场区，导线框中的感应电流i随时间t变化的图象是（设导线框中电流沿abcdef为正方向）（）bcadefD例6：如图所示，一闭合直角三角形线框以速度v匀速穿过匀强磁场区域．从BC边进入磁场区开始计时，到A点离开磁场区止的过程中，线框内感应电流的情况(以逆时针方向为电流的正方向)是如下图所示中的（）A例7、如图所示竖直放置的螺线管和导线abcd构成回路，螺线管下方水平桌面上有一导体环。当导线abcd所围区域内的磁场按下列哪一图示方式变化时，导体环将受到向上的磁场力作用？adcb××××××××××B0tB0tB0tB0tBABCD[A]