第9讲 电磁感应现象及电磁感应规律的应用(2)

2019-03-29 17:22

??回路闭合,有感应电流??(3)?Φ变化→?不闭合,无感应电流,??? 但有感应电动势?

Φ不变→无感应电流

●安培定则、左手定则、右手定则、楞次定律综合应用的比较

基本现象 应用的定则或定律 运动电荷、电流产生磁场 安培定则 磁场对运动电荷、电流有作用力 左手定则 电部分导体做切割磁感磁 线运动 右手定则 感闭合回路磁通量楞次定应 变化 律 考向2 电磁感应中的图象问题

【例2】 (2012·课标,20)如图9-4所示,一载流长直导线和一矩形导线框固定在同一平面内,线框在长直导线右侧,且其长边与长直导线平行.

已知在t=0到t=t1的时间间隔内,直导线中电流i发生某种变化,而线框中的感应电流总是沿顺时针方向;线框受到的安培力的合力先水平向左、后水平向右.设电流i正方向与图中箭头所示方向相同,则i随时间t变化的图线可能是( ).

本题考查安培力、电磁感应现象、楞次定律的综合应用,考查考生的推理能力,难度中等.

如图9-5虚线上方空间有匀强磁

场,扇形导线框绕垂直于框面的轴O以角速度ω匀速转动,线框中感应电流方向以逆时针为正,则能正确表明线框转动一周感应电流变化情况的是( ).

,

得分技巧

解决电磁感应现象中图象问题的基本方法与要点分析 1.基本方法

(1)看清横、纵坐标表示的物理量. (2)理解图象的物理意义.

(3)画出对应的物理图象(常采用分段法、数学法来处理). 2.要点分析

(1)定性或定量地表示出所研究问题的函数关系. (2)注意横、纵坐标表达的物理量以及各物理量的单位.

(3)注意在图象中E、I、B等物理量的方向是通过正负值来反映的,故确定大小变化的同时,还应确定方向的变化情况.

3.所用规律

利用右手定则、左手定则、楞次定律和法拉第电磁感应定律等规律分析解决感应电流的方向和感应电流的大小.

电磁感应规律与电路、力学规律的综合应用

图9-6

【例3】 (2012·天津理综,11)如图9-6所示,一对光滑的平行金属导轨固定在同一水平面内,导轨间距l=0.5 m,左端接有阻值R=0.3 Ω的电阻.一质量m=0.1 kg,电阻r=0.1 Ω的金属棒MN放置在导轨上,整个装置置于竖直向上的匀强磁场中,磁场的磁感应强度B=0.4 T.棒在水平向右的外力作用下,由静止开始以a=2 m/s2的加速度做匀加速运动,当棒的位移x=9 m时撤去外力,棒继续运动一段距离后停下来,已知撤去外力前后回路中产生的焦耳热之比Q1∶Q2=2∶1.导轨足够长且电阻不计,棒在运动过程中始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触.求

(1)棒在匀加速运动过程中,通过电阻R的电荷量q; (2)撤去外力后回路中产生的焦耳热Q2; (3)外力做的功WF.

解析 (1)设棒匀加速运动的时间为Δt,回路的磁通量变化量为

ΔΦ,回路中的平均感应电动势为E,由法拉第电磁感应定律得E=ΔΦ① Δt

其中ΔΦ=Blx②

设回路中的平均电流为I,由闭合电路欧姆定律得I=则通过电阻R的电荷量为q=IΔt④ 联立①②③④式,代入数据得q=4.5 C⑤

(2)设撤去外力时棒的速度为v,对棒的匀加速运动过程, 由运动学公式得v2=2ax⑥

设棒在撤去外力后的运动过程中安培力所做的功为W, 1

由动能定理得W=0-mv2⑦

2

撤去外力后回路中产生的焦耳热Q2=-W⑧ 联立⑥⑦⑧式,代入数据得Q2=1.8 J⑨

(3)由题意知,撤去外力前后回路中产生的焦耳热之比Q1∶Q2=2∶1,可得Q1=3.6 J⑩

在棒运动的整个过程中,由功能关系可知WF=Q1+Q2? 由⑨⑩?式得WF=5.4 J. 答案 (1)4.5 C (2)1.8 J (3)5.4 J

本题考查了法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律、匀变速直线运动公式、动能定理、能量守恒定律等知识,主要考查考生的理解能力、分析综合能力.本题难度较大.

③ R+rE

图9-7

如图9-7所示,足够长的金属导轨ABC和FED,二者

相互平行且相距为L,其中AB、FE是光滑弧形导轨,BC、ED是水平放置的粗糙直导轨,在矩形区域BCDE内有竖直向上的匀强磁场,磁感应强度为B,金属棒MN质量为m、电阻为r,它与水平导轨间的动摩擦因数为μ,导轨上A与F、C与D之间分别接有电阻R1、R2,且R1=R2=r,其余电阻忽略不计.

现将金属棒MN从弧形导轨上离水平部分高为h处由静止释放,最后棒在导轨水平部分上前进了距离s后静止.(金属棒MN在通过轨道B、E交接处时不考虑能量损失,金属棒MN始终与两导轨垂直,重力加速度为g),求:

(1)金属棒在导轨水平部分运动时的最大加速度; (2)整个过程中电阻R1产生的焦耳热.,

借题发挥

1.巧解电磁感应与力学综合题的两个基本观点

(1)力的观点:是指应用牛顿第二定律和运动学公式解决问题,即选对研究对象进行受力分析,根据受力变化应用牛顿第二定律判断加速度的变化情况,最后找出求解问题的方法.其流程

图为:确定电源感应电流运动导体所受安培力加速度情况

受力情况分析―→合外力


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