法拉第电磁感应定律应用.ppt

法拉第电磁感应定律应用 二 磁通量变化 感应电流 感应电动势 右手定则 楞次定律 等效电源 等效电路 求电流I 求安培力F 力与运动 功能关系 受力示意图 例1 定值电阻R 导体棒ab电阻r 水平光滑导轨间距l 匀强磁场磁感应强度为B 当棒ab以速度v向右匀速运动时 产生电动势 回路电流 ab两端电压 电流的总功率 ab棒消耗的电功率 问题1 例1 定值电阻R 导体棒ab电阻r 水平光滑导轨间距l 匀强磁场磁感应强度为B 当棒ab以速度v向右匀速运动时 问题2 棒ab受到的安培力为多大 要使棒ab匀速运动 要施加多大的外力 方向如何 问题3 整个回路中消耗的电能从哪里转化来的 它们之间有什么样的关系 外力F对棒ab做功 F 变式1 其他条件不变 ab棒质量为m 开始静止 当受到一个向右恒力F的作用 则 问1 ab将如何运动 问2 ab的最大速度是多少 这时ab两端的电压为多少 加速度a减小的加速运动 问3 ab的速度达到最大值前 外力做功功率与回路的电功率有什么样的关系 P外 P电 W外 Q热 EK F 问4 若ab向右运动位移为x时 速度达到最大值vm 这一过程中回路产生的焦耳热为多少 ab产生的焦耳热又为多少 变式1 其他条件不变 ab棒质量为m 开始静止 当受到一个向右恒力F的作用 则 F 问5 在上述过程中 通过回路某一横截面的电量为多少 变式1 其他条件不变 ab棒质量为m 开始静止 当受到一个向右恒力F的作用 则 F 变式2 其他条件不变 ab棒质量为m 开始时静止 当受到一水平向右拉力的作用 若拉力的功率P保持不变 则 问1 ab将如何运动 问2 ab的最大速度是多少 这时ab两端的电压为多少 F减小 F安增加 做加速度a减小的加速运动 F 变式2 其他条件不变 ab棒质量为m 开始时静止 当受到一个向右拉力的作用 若拉力的功率P保持不变 则 问3 若ab向右运动时间为t时 速度达到最大值vm 这一过程中回路产生的焦耳热为多少 电阻R产生的焦耳热又为多少 F 方法小结 1 受力分析 必要时画出相应的平面图 受力平衡时 速度最大 2 电路问题 画出等效电路图 产生感应电动势的导体相当于电源 其电阻为内阻 3 能量问题 安培力做负功 其它能转化为电能 P安 F安V P电 EI 4 解题方法 动能定理 能量守恒定律或功能关系 例2 如图所示 B 0 2T与导轨垂直向上 导轨宽度L 1m 300 电阻可忽略不计 导体棒ab质量为m 0 2kg 其电阻R 0 1 跨放在U形框架上 并能无摩擦的滑动 求 1 导体下滑的最大速度vm 2 在最大速度vm时 ab上消耗的电功率Pm 例2 如图所示 B 0 2T与导轨垂直向上 导轨宽度L 1m 300 电阻可忽略不计 导体棒ab质量为m 0 2kg 其电阻R 0 1 跨放在U形框架上 并能无摩擦的滑动 求 1 导体下滑的最大速度vm 解 1 导体下滑的最大速度vm 例2 如图所示 B 0 2T与导轨垂直向上 导轨宽度L 1m 300 电阻可忽略不计 导体棒ab质量为m 0 2kg 其电阻R 0 1 跨放在U形框架上 并能无摩擦的滑动 求 2 在最大速度vm后 ab上消耗的电功率Pm 解 2 导体棒达最大速度vm后 例3 如图 竖直放置的光滑平行金属导轨MN PQ相距L 在M点和P点间接一个阻值为R的电阻 在两导轨间OO1O1 O 矩形区域内有垂直导轨平面向里 宽为d的匀强磁场 磁感应强度为B 一质量为m 电阻为r的导体棒ab垂直搁在导轨上 与磁场上边边界相距d0 现使ab棒由静止开始释放 棒ab在离开磁场前已经做匀速直线运动 棒ab与导轨始终保持良好的电接触且下落过程中始终保持水平 导轨电阻不计 求 1 棒ab在离开磁场下边界时的速度 2 棒ab在通过磁场区的过程中产生的焦耳热 3 试分析讨论ab棒在磁场中可能出现的运动情况 1 设ab棒离开磁场边界前做匀速运动的速度为v 产生的电动势为 解 E BLv 电路中电流 对ab棒 由平衡条件得mg IBL 解得 2 由能量守恒定律 解得 3 三种可能讨论 课后练习 1 如图所示 MN PQ是两条水平放置彼此平行的金属导轨 匀强磁场的磁感线垂直导轨平面 导轨左端接阻值R 1 5 的电阻 电阻两端并联一电压表 垂直导轨跨接一金属杆ab ab的质量m 0 1kg 电阻r 0 5 ab与导轨间动摩擦因数 0 5 导轨电阻不计 现用F 0 7N的恒力水平向右拉ab 使之从静止开始运动 经时间t 2s后 ab开始做匀速运动 此时电压表示数U 0 3V 重力加速度g 10m s2 求 ab匀速运动时 外力F的功率 解 设导轨间距为L 磁感应强度为B ab杆匀速运动的速度为v 电流为I 此时ab杆受力如图所示 由平衡条件得 F mg ILB由欧姆定律得 解得 BL 1T mV 0 4m sF的功率 P Fv 0 7 0 4W 0 28W 2 05 上海 22 14分 如图所示 处于匀强磁场中的两根足够长 电阻不计的平行金属导轨相距1m 导轨平面与水平面成 37 角 下端连接阻值为R的电阻 匀强磁场方向与导轨平面垂直 质量为0 2kg 电阻不计的金属棒放在两导轨上 棒与导轨垂直并保持良好接触 它们之间的动摩擦因数为0 25 1 求金属棒沿导轨由静止开始下滑时的加速度大小 2 当金属棒下滑速度达到稳定时 电阻R消耗的功率为8W 求该速度的大小 3 在上问中 若R 2 金属棒中的电流方向由a到b 求磁感应强度的大小与方向 g取10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 解析 1 金属棒开始下滑的初速为零 根据牛顿第二定律 由 式解得a 10 0 6 0 25 0 8 m s2 4m s2 2 设金属棒运动达到稳定时 速度为V 所受安培力为F 棒在沿导轨方向受力平衡 此时金属棒克服安培力做功的功率等于电路中电阻消耗的电功率 由 两式解得 3 设电路中电流为I 两导轨间金属棒的长为l 磁场的磁感应强度为B 由 两式解得 磁场方向垂直导轨平面向上 3 水平面上两根足够长的金属导轨平行固定放置 间距为L 一端通过导线与阻值为R的电阻连接 导轨上放一质量为m的金属杆 见图 金属杆与导轨的电阻不计 均匀磁场竖直向下 用与导轨平行的恒定力F作用在金属杆上 杆最终将做匀速运动 当改拉力的大小时 相对应的匀速运动速度v也会改变 v和F的关系如图 取重力加速度g 10m s2 1 金属杆在匀速运动之前做作什么运动 2 若m 0 5kg L 0 5m R 0 5 磁感应强度B为多大 3 由 F图线的截距可求得什么物理量 其值为多少 解 1 变速运动 或变加速运动 加速度减小的加速运动 加速运动 2 感应电动势E vBL 感应电流I E R安培力 3 由直线的截距可以求得金属杆受到的阻力f f 2 N 若金属杆受到的阻力仅为动摩擦力 由截距可求得动摩擦因数 0 4 变化1 如图甲所示 一对平行光滑轨道放置在水平面上 两轨道间距L 0 2m 电阻R 1 0 有一导体杆静止地放在轨道上 与两轨道垂直 杆及轨道的电阻皆可忽略不计 整个装置处于磁感应强度B 0 5T的匀强电场中 磁场方向垂直轨道面向下 现有一外力F沿轨道方向拉杆 使之做匀加速运动 测得力F与时间t的关系如图乙所示 求杆的质量m和加速度a t N 2 解析 1 电动机的输出功率 P出 IU Ir2 6W棒达到稳定速度时F mg BIL mg 小结 电磁感应现象中的动态分析 1 重点抓好受力情况和运动情况的动态分析 当加速度a 0时 速度v达到最大 导体达到稳定运动状态 小结 电磁感应中的能量转换 1 用法拉第电磁感应定律和楞次定律求电磁感应的过程总是伴随着能量的转化 电磁感应中出现的电能一定是由其它形式的能量转化而来 同时电流通过导体做功又会发生电能和其它形式能量的转化 总之 电磁感应的过程 实际上就是电能 机械能 内能等之间相互转化的过程 遵守能的转化和守恒定律 2 理解要点 电磁感应产生的效果总是要阻碍引起电磁感应的磁通量的变化和机械运动 电磁感应的本质 通过克服磁场力做功 把机械能或其它形式的能转化为电能的过程