自己用電磁感應(yīng)系列專題講座課件

————系列專題電磁感應(yīng)1專題一：電磁感應(yīng)中的電路問題專題二：電磁感應(yīng)中的力學(xué)問題專題三：電磁感應(yīng)中的能量問題專題四：電磁感應(yīng)中的圖象問題專題分類2專題一電磁感應(yīng)中的

電路問題1.解決與電路相聯(lián)系的電磁感應(yīng)問題的基本方法(1)用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律(右手定則)確定感應(yīng)電動勢的大小和方向；(2)畫等效電路；(3)運用閉合電路歐姆定律、串并聯(lián)電路的性質(zhì)、電功率等公式求解．34例1、粗細(xì)均勻的電阻絲圍成的正方形線框置于有界勻強磁場中，磁場方向垂直于線框平面，其邊界與正方形線框的邊平行，現(xiàn)使線框以同樣大小的速度沿四個不同方向平移出磁場，如圖，則在移出過程中線框的一邊a、b兩點間電勢差絕對值最大的是（）。5

例2、如圖ab為一金屬桿，它處在垂直紙面向里的勻強磁場中，可繞a點在紙面內(nèi)轉(zhuǎn)動；s為以a為圓心位于紙面內(nèi)的金屬圓環(huán)；在桿轉(zhuǎn)動的過程中，桿的b端與金屬環(huán)保持良好接觸；A為電流表，其一端與金屬環(huán)相連，一端與a點良好接觸，當(dāng)桿沿順時針方向轉(zhuǎn)動時，某時刻ab桿的位置如圖，則此時刻A、有電流通過電流表，方向由c→d；作用于ab的安培力向右。B、有電流通過電流表，方向由c→d；作用于ab的安培力向左C、有電流通過電流表，方向由d→c；作用于ab的安培力向右。D、無電流通過電流表，作用于ab的安培力為零A6例3、兩根光滑的長直金屬導(dǎo)軌MN、M′N′平行置于同一水平面內(nèi)，導(dǎo)軌間距為l，電阻不計，M、M′處接有如圖9－3－7所示的電路，電路中各電阻的阻值均為R，電容器的電容為圖9－3－7C.長度也為l、阻值同為R的金屬棒ab垂直于導(dǎo)軌放置，導(dǎo)軌處于磁感應(yīng)強度為B、方向豎直向下的勻強磁場中．a(chǎn)b在外力作用下向右勻速運動且與導(dǎo)軌保持良好接觸，在ab運動距離為x的過程中，整個回路中產(chǎn)生的焦耳熱為Q.求：(1)ab運動速度v的大??；(2)電容器所帶的電荷量q.7[思路點撥]

ab切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢為電源電動勢，可由E＝Blv計算，其中v為所求，再結(jié)合歐姆定律、焦耳定律、電容器及運動學(xué)知識列方程可解得．8910解決此類問題要分清電路的組成，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的部分為電源，其電路部分為內(nèi)電路，其余則為外電路，然后畫出等效電路圖，再結(jié)合電磁感應(yīng)定律及直流電路的知識即可求解.11例4：把總電阻為2R的均勻電阻絲焊接成一半徑為a的圓環(huán)，水平固定在豎直向下的磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，如圖所示，一長度為2a、電阻等于R、粗細(xì)均勻的金屬棒MN放在圓環(huán)上，它與圓環(huán)始終保持良好的電接觸。當(dāng)金屬棒以恒定速度v向右移動，經(jīng)過環(huán)心O時，求：（1）棒上電流的大小和方向，以及棒兩端的電壓UMN。（2）在圓環(huán)和金屬棒上的總熱功率。

UMN＝2Bav/3，12vABMDOCN例5：如圖所示，邊長L=0.20m的正方形導(dǎo)線框ABCD由粗細(xì)均勻的同種材料制成，正方形導(dǎo)線框每邊的電阻R0=1.0Ω，金屬棒MN與正方形導(dǎo)線框的對角線長度恰好相等，金屬棒MN的電阻r=0.20Ω。導(dǎo)線框放置在勻強磁場中，磁場的磁感應(yīng)強度B=0.50T，方向垂直導(dǎo)線框所在平面向里。金屬棒MN與導(dǎo)線框接觸良好，且與導(dǎo)線框?qū)蔷€BD垂直放置在導(dǎo)線框上，金屬棒的中點始終在BD連線上。若金屬棒以v=4.0m/s的速度向右勻速運動，當(dāng)金屬棒運動至AC的位置時，求(計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)：（1）金屬棒產(chǎn)生的電動勢大?。唬?）金屬棒MN上通過的電流大小和方向；（3）導(dǎo)線框消耗的電功率。13專題二電磁感應(yīng)中的

力學(xué)問題導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流導(dǎo)體受安培力速度v、加速度a的變化感應(yīng)電動勢E141．解決的基本步驟：(1)用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律求感應(yīng)電動勢的大小和方向；(2)求回路中的電流；(3)分析導(dǎo)體受力情況(包含安培力在內(nèi)的全面受力分析)；(4)根據(jù)平衡條件或牛頓第二定律列方程．152．兩種狀態(tài)處理(1)導(dǎo)體處于平衡態(tài)——靜止或勻速直線運動狀態(tài)．處理方法：根據(jù)平衡條件——合外力等于零列式分析．(2)導(dǎo)體處于非平衡態(tài)——加速度不等于零．處理方法：根據(jù)牛頓第二定律進行動態(tài)分析，或結(jié)合功能關(guān)系分析．1617

例1、如圖，在一均勻磁場中有一矩形導(dǎo)線框abcd，線框處于水平平面內(nèi)，磁場與線框平面垂直，R為一電阻，ef為垂直于ab的一根導(dǎo)體桿，它可在ab、cd上無摩擦地滑動，桿ef以及線框中導(dǎo)線的電阻都可不計，開始時，給ef一個向右的初速度，則（）。A、ef將減速向右運動，但不是勻減速B、ef將勻減速向右運動，最后停止C、ef將勻速向右運動D、ef將往返運動cdabv0feA18例2、如圖，“U”形導(dǎo)線框固定在水平面上，右端放有質(zhì)量為m的金屬棒ab、ab與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)為μ

，它們圍成的矩形邊長分別為L1

、L2

，回路的總電阻為R

．從t=0

時刻起，在豎直向上方向加一個隨時間均勻變化的勻強磁場B=kt

，那么在t為多大時，金屬棒開始移動？aL1L2Bb19例3、豎直放置的“U”形導(dǎo)軌寬為L

，上端串有電阻

R（其余導(dǎo)體部分的電阻都忽略不計）．磁感應(yīng)強度為B

的勻強磁場方向垂直于紙面向外．金屬棒ab的質(zhì)量為m

，與導(dǎo)軌接觸良好，不計摩擦．從靜止釋放后ab保持水平而下滑．試求ab下滑的最大速度.20例4、有兩根和水平方向成α角的光滑平行的金屬軌道，上端接有可變電阻R，下端足夠長，空間有垂直于軌道平面的勻強磁場，磁感應(yīng)強度為B，一根質(zhì)量為m的金屬桿從軌道上由靜止滑下，經(jīng)過足夠長的時間后，金屬桿的速度會趨近于一個最大速度vm，則（）。A、如果B增大，vm將變大B、如果α變大，vm將變大C、如果R變大，vm將變大D、如果m變小，vm將變大BCαBRα21例5、水平放置的金屬框架abcd，寬度為0.5m，勻強磁場與框架平面成30°角，如圖B-17所示，磁感應(yīng)強度為0.5T，框架電阻不計，金屬桿MN置于框架上可以無摩擦地滑動，MN的質(zhì)量為0.05kg，電阻為0.2Ω，試求當(dāng)MN的水平速度為多大時，它對框架的壓力恰為零，此時水平拉力應(yīng)為多大?22例6、如圖，豎直向上的勻強磁場磁感應(yīng)強度B0=0.5T，以ΔB/Δt=0.1T/s在增加，水平導(dǎo)軌不計電阻和摩擦阻力，寬為0.5m，在導(dǎo)軌上L=0.8m處擱一導(dǎo)體，電阻R0=0.1Ω，并用水平細(xì)繩通過定滑輪吊著質(zhì)量為M=2kg的重物，電阻R=0.4Ω，則經(jīng)過多少時間能吊起重物（g=10m/s2）？LBR23例7、如圖，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=0.1Ω/m，導(dǎo)軌的端點P、Q用電阻可忽略的導(dǎo)線相連，兩導(dǎo)軌間的距離L=0.2m，有隨時間變化的勻強磁場垂直于桌面，已知磁感應(yīng)強度B與時間t的關(guān)系為B=kt，比例系數(shù)k=0.02T/s，一電阻不計的金屬桿可在導(dǎo)軌上無摩擦的滑動，在滑動的過程中保持與導(dǎo)軌垂直，在t=0時刻，金屬桿緊靠在P、Q端，在外力的作用下，桿以恒定的加速度從靜止開始向?qū)к壍牧硪欢嘶瑒?，求在t=6s時金屬桿所受的安培力。QPX24

例8、如圖，豎直平面內(nèi)的金屬導(dǎo)軌，軌距為20cm，金屬導(dǎo)體ab可以在導(dǎo)軌上無摩擦地向下滑動，金屬導(dǎo)體ab的質(zhì)量為0.2g，電阻為0.4Ω，導(dǎo)軌的電阻不計，水平方向的勻強磁場的磁感應(yīng)強度為0.1T，當(dāng)金屬導(dǎo)體ab從靜止自由下落0.8s時，突然接通電鍵K，求（1）、電鍵K接通前后，金屬導(dǎo)體ab的運動情況。（2）、金屬導(dǎo)體ab的最終速度為多大？（設(shè)導(dǎo)軌足夠長，取g=10m/s2）ba254．兩類典型情況(1)一根導(dǎo)體棒在導(dǎo)軌上滑動類型“電—動—電”型“動—電—動”型示意圖棒ab長為L(與導(dǎo)軌等長)、質(zhì)量m、電阻R，導(dǎo)軌光滑水平，電阻不計棒ab長L(與導(dǎo)軌等長)、質(zhì)量m、電阻R，導(dǎo)軌光滑，電阻不計26兩種運動的v-t圖像27類型光滑的平行導(dǎo)軌光滑不等距導(dǎo)軌示意圖質(zhì)量m1＝m2電阻r1＝r2長度L1＝L2質(zhì)量m1＝m2電阻r1＝r2長度L2＝2L2(2)兩根導(dǎo)體棒在水平導(dǎo)軌上滑動①初速度v0，不受其他水平外力的作用28光滑的平行導(dǎo)軌光滑不等距導(dǎo)軌分析桿MN做變減速運動，桿PQ做變加速運動，穩(wěn)定時，兩桿的加速度均為零，以相等的速度勻速運動穩(wěn)定時，兩桿的加速度均為零，兩桿的速度之比為1/2規(guī)律29②初速度為零，一桿受到恒定水平外力的作用類型光滑平行導(dǎo)軌不光滑平行導(dǎo)軌示意圖質(zhì)量m1＝m2電阻r1＝r2長度L1＝L2摩擦力Ff1＝Ff2質(zhì)量m1＝m2電阻r1＝r2長度L1＝L230光滑平行導(dǎo)軌不光滑平行導(dǎo)軌規(guī)律Ff<F≤2Ff分析開始時，兩桿做變加速運動；穩(wěn)定時，兩桿以相同的加速度做勻變速運動開始時，若Ff<F≤2Ff，則PQ桿先變加速后勻速，MN桿一直靜止；若F>2Ff，PQ桿先變加速，MN桿后做變加速，最后兩桿做勻加速運動31例9、兩個光滑的平行的導(dǎo)軌水平地放置在勻強磁場中磁場方向垂直導(dǎo)軌所在平面，金屬棒ab可沿導(dǎo)軌自由滑動，導(dǎo)軌一端跨接一個電阻R，導(dǎo)軌電阻不計，現(xiàn)將金屬棒沿導(dǎo)軌由靜止向右拉，若保持拉力恒定，經(jīng)時間t1后速度為v，加速度為a1,最終以2v做勻速運動；若保持拉力的功率恒定，經(jīng)過時間t2后速度為v，加速度為a2，最終也以速度2v做勻速運動，則：A、t1=t2B、t2<t1C

、a2=2a1D、a2=3a1cFBD32專題三電磁感應(yīng)中的

能量問題1．電磁感應(yīng)過程實質(zhì)是不同形式的能量轉(zhuǎn)化的過程．電磁感應(yīng)過程中產(chǎn)生的感應(yīng)電流在磁場中必定受到安培力作用，因此要維持感應(yīng)電流的存在，必須有“外力”克服安培力做功．此過程中，其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能．安培力做功的過程是電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的過程，安培力做多少功，就有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能．332．求解電能的主要思路(1)利用克服安培力做功求解：電磁感應(yīng)中產(chǎn)生的電能等于克服安培力所做的功；(2)利用能量守恒求解：機械能的減少量等于產(chǎn)生的電能；(3)利用電路特征來求解：通過電路中所產(chǎn)生的電能來計算．3．解決電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的能量問題的一般步驟(1)確定等效電源．(2)分析清楚有哪些力做功，就可以知道有哪些形式的能量發(fā)生了相互轉(zhuǎn)化．(3)根據(jù)能量守恒列方程求解．344．安培力在不同情況下的作用(1)當(dāng)磁場不動、導(dǎo)體做切割磁感線的運動時，導(dǎo)體所受安培力與導(dǎo)體運動方向相反，此即電磁阻尼．在這種情況下，安培力對導(dǎo)體做負(fù)功，即導(dǎo)體克服安培力做功，將機械能轉(zhuǎn)化為電能，進而轉(zhuǎn)化為焦耳熱．(2)當(dāng)導(dǎo)體開始時靜止、磁場(磁體)運動時，由于導(dǎo)體相對磁場向相反方向做切割磁感線運動而產(chǎn)生感應(yīng)電流，進而受到安培力作用，這時安培力成為導(dǎo)體運動的動力，此即電磁驅(qū)動．在這種情況下，安培力做正功，電能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的機械能．35例：

如圖所示，矩形線圈從勻強磁場中勻速拉出，第一次速度為v，第二次速度為2v，則第一、第二次外力做功之比為_______；功率之比為______；通過導(dǎo)線的電量之比為______。36例1、如圖所示，豎直放置的兩根平行金屬導(dǎo)軌之間接有定值電阻R，質(zhì)量不能忽略的金屬棒與兩導(dǎo)軌始終保持垂直并良好接觸且無摩擦，棒與導(dǎo)軌的電阻均不計，整個裝置放在勻強磁場中，磁場方向與導(dǎo)軌平面垂直，棒在豎直向上的恒力F作用下加速上升的一段時間內(nèi)，力F做的功與安培力做的功的代數(shù)和等于()A．棒的機械能增加量B．棒的動能增加量C．棒的重力勢能增加量D．電阻R上放出的熱量37例2、兩根相距d=0.2m的平行金屬長導(dǎo)軌固定在同一水平面內(nèi)，并處于豎直方向的勻強磁場中，磁場的磁感應(yīng)強度B=0.2T，導(dǎo)軌上面橫放著兩條金屬細(xì)桿，構(gòu)成矩形閉合回路，每條金屬細(xì)桿的電阻為r=0.25Ω，回路中其余部分的電阻可以不計，已知兩金屬細(xì)桿在平行于導(dǎo)軌的拉力作用下沿導(dǎo)軌朝相反方向勻速平移，速度大小都是v=0.5m/s，如圖，不計導(dǎo)軌上的摩擦。1、求作用于每條金屬細(xì)桿的拉力大小2、求兩金屬細(xì)桿在間距增加0.4m的滑動過程中共產(chǎn)生的熱量。vv導(dǎo)軌38例3、如圖有一個矩形線圈，質(zhì)量m=0.016kg，長L=0.5m，寬d=0.1m，電阻R=0.1Ω，從離勻強磁場上邊緣高h(yuǎn)=5m處由靜止自由下落，進入磁場時，線圈恰能做勻速運動，不計空氣阻力，H>h，取g=10m/s2。求：1、勻強磁場的磁感應(yīng)強度大小。2、線圈由位置1運動到位置2的過程中，線框中產(chǎn)生的熱量。hH2dL139例4、如圖，電動機用輕繩牽引一根原來靜止的長度為L=1m，質(zhì)量為m=0.1kg的導(dǎo)體棒AB，導(dǎo)體棒的電阻為R=1歐，導(dǎo)體棒與豎直U形金屬框架有良好接觸，框架處在圖示方向的磁感應(yīng)強度B=1T的勻強磁場中，且足夠長，當(dāng)導(dǎo)體棒上升h=4m的高度時恰好獲得穩(wěn)定速度，已知在電動機牽引導(dǎo)體棒時，電路中電壓表與電流表示數(shù)分別穩(wěn)定在U=7V，I=1A，電動機自身內(nèi)阻r=1歐，不計框架電阻及一切摩擦，g=10m/s2,試求（1）導(dǎo)體棒的穩(wěn)定速度多大？（2）棒從靜止到速度穩(wěn)定共用了1s時間，則在此過程中棒上產(chǎn)生的焦耳熱是多少？VABA40例5、用同樣粗細(xì)的銅、鋁、鐵做成三根相同長度的直導(dǎo)線，分別放在電阻可以忽略不計的光滑水平導(dǎo)軌上，使導(dǎo)線與導(dǎo)軌保持垂直，設(shè)豎直方向的勻強磁場垂直于導(dǎo)軌平面，且充滿導(dǎo)軌所在空間，然后用外力使導(dǎo)線向右做勻速直線運動，且每次外力消耗的功率相同，則：()A.三根導(dǎo)線上產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢相同B.鐵導(dǎo)線運動得最快C.銅導(dǎo)線運動得最快D.銅導(dǎo)線產(chǎn)生的熱功率最大F解：E=BLvF=B2L2v/RP=Fv=B2L2v2/Rv2=PR/B2L2R

BR=ρL/Sρ鐵>ρ鋁>ρ銅R鐵>R鋁>R銅41例6、如圖示，平行光滑導(dǎo)軌豎直放置，勻強磁場方向垂直導(dǎo)軌平面，一質(zhì)量為m的金屬棒沿導(dǎo)軌滑下，電阻R上消耗的最大功率為P（不計棒及導(dǎo)軌電阻），要使R上消耗的最大功率為4P，可行的辦法有：（）A.將磁感應(yīng)強度變?yōu)樵瓉淼?倍B.將磁感應(yīng)強度變?yōu)樵瓉淼?/2倍C.將電阻R變?yōu)樵瓉淼?倍D.將電阻R變?yōu)樵瓉淼?倍abR解：穩(wěn)定時mg=F=BIL=B2L2vm

Rvm=mgRB2L2Pm=Fvm=mgvm=m2g2RB2L2BC42

例7：

如圖所示，平行金屬導(dǎo)軌與水平面成θ角，導(dǎo)軌與固定電阻R1和R2相連，勻強磁場垂直穿過導(dǎo)軌平面．有一導(dǎo)體棒ab，質(zhì)量為m，導(dǎo)體棒的電阻與固定電阻R1和R2的阻值均相等，與導(dǎo)軌之間的動摩擦因數(shù)為μ，導(dǎo)體棒ab沿導(dǎo)軌向上滑動，當(dāng)上滑的速度為v時，受到安培力的大小為F．此時A.電阻R1消耗的熱功率為Fv／3B.電阻R1消耗的熱功率為Fv／6C.整個裝置因摩擦而消耗的熱功率為μmgvcosθD.整個裝置消耗的機械功率為（F+μmgcosθ）vBCD43專題四電磁感應(yīng)中的

圖像問題用圖象描述物理過程，具有直觀，簡明的優(yōu)點，圖象問題大致可分為兩類：1、由給定的電磁感應(yīng)過程畫出正確的圖象Φ－t

v-tI-tE-tF-t等2、由給定的圖象分析電磁感應(yīng)過程，求解相應(yīng)的物理量。44解決圖象問題的一般步驟(1)明確圖象的種類，即是B－t圖還是Φ－t圖，或者E－t圖、I－t圖等．(2)分析電磁感應(yīng)的具體過程．(3)用右手定則或楞次定律確定方向?qū)?yīng)關(guān)系．(4)結(jié)合法拉第電磁感應(yīng)定律、歐姆定律、牛頓定律等規(guī)律寫出函數(shù)關(guān)系式．(5)根據(jù)函數(shù)關(guān)系式，進行數(shù)學(xué)分析，如分析斜率的變化、截距等．(6)畫圖象或判斷圖象．451．如圖所示，一閉合直角三角形線框以速度v勻速穿過勻強磁場區(qū)域．從BC邊進入磁場區(qū)開始計時，到A點離開磁場區(qū)為止的過程中，線框內(nèi)感應(yīng)電流的情況(以逆時針方向為電流的正方向)是圖中的()A462、一矩形線圈位于一隨時間t變化的磁場內(nèi)，磁場方向垂直線圈所在的平面(紙面)向里，如圖9－3－9甲所示．磁感應(yīng)強度B隨時間t的變化規(guī)律如圖9－3－9乙所示．以I表示線圈中的感應(yīng)電流，以圖9－3－9甲中線圈上箭頭所示方向的電流為正，則圖9－3－10所示的I－t圖中正確的是()圖9－3－9圖9－3－10A473．(2010·上海高考)如圖9－3－11，一有界區(qū)域內(nèi)，存在著磁感應(yīng)強度大小均為B，方向分別垂直于光滑水平桌面向下和向上的勻強磁場，磁場寬度均為L.邊長為L的正方形線框abcd的bc邊緊靠磁場邊緣置于桌面上．9－3－11使線框從圖靜止開始沿x軸正方向勻加速通過磁場區(qū)域，若以逆時針方向為電流的正方向，能反映線框中感應(yīng)電流變化規(guī)律的是下圖的()48答案：AC494．(2010·廣東高考)如圖9－3－15所示，平行導(dǎo)軌間有一矩形的勻強磁場區(qū)域，細(xì)金屬棒PQ沿導(dǎo)軌從MN處勻速圖9－3－15運動到M′N′的