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)勢公式確定感應(yīng)電動(dòng)勢的大小 再用楞次定律或右手定則確定感應(yīng)電動(dòng)勢的方向 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 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 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 以cd邊開始進(jìn)入到ab邊剛進(jìn)入磁場這段時(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 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 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)磁場區(qū)域 ab 2bc 磁場方向垂直于紙面 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)磁場中 磁場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 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)磁場豎直向下 a b兩導(dǎo)軌電阻忽略不計(jì) 現(xiàn)對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 磁場的寬度恰好等于 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