1、專題：電磁感應在力學、專題：電磁感應在力學、 電磁學中的綜合應用電磁學中的綜合應用撫順十中物理組撫順十中物理組戚大志戚大志電磁感應綜合題的特點：電磁感應綜合題的特點：1.因導體切割磁感線運動或電路中磁通量發生變因導體切割磁感線運動或電路中磁通量發生變化化,產生感應電流產生感應電流,使導體受安培力的作用使導體受安培力的作用,從而影從而影響導體的運動響導體的運動.2. 因導體切割磁感線運動或電路中磁通量發生變因導體切割磁感線運動或電路中磁通量發生變化化,產生感應電動勢等效為電源產生感應電動勢等效為電源,與外部電路組成與外部電路組成閉合回路閉合回路.3.以電磁感應現象中產生的電能為核心以電磁感應現象

2、中產生的電能為核心,綜合著機綜合著機械能械能,內能等不同形式能的轉化內能等不同形式能的轉化.4.電磁感應與圖像相結合的綜合性問題電磁感應與圖像相結合的綜合性問題.電磁感應的綜合題不僅涉及法拉第電磁感應定律和楞次定電磁感應的綜合題不僅涉及法拉第電磁感應定律和楞次定律律,還涉及力學還涉及力學,熱學熱學,電場電場,電路電路,磁場等許多內容磁場等許多內容,主要反映主要反映在以下幾個方面在以下幾個方面:一、電磁感應現象中的力學問題一、電磁感應現象中的力學問題常見的有以下兩種類型：常見的有以下兩種類型：1.1.一根導體棒在光滑導軌上滑動一根導體棒在光滑導軌上滑動. .(1)“電電動動電電”型型(2)“(2

3、)“動動電電動動”型型2.2.兩根導體棒在光滑導軌上滑動兩根導體棒在光滑導軌上滑動. .BBBV0BV0(1)光滑等距平行導軌光滑等距平行導軌(2)(2)光滑不等距平行導軌光滑不等距平行導軌處理方法處理方法: : 根據法拉第電磁感應定律和根據法拉第電磁感應定律和楞次定律楞次定律, ,確定感應電動勢的大確定感應電動勢的大小和方向小和方向. .根據閉合回路歐姆定律根據閉合回路歐姆定律, ,求回求回路中的電流強度路中的電流強度. .分析導體的受力情況分析導體的受力情況. .根據牛頓第二定律或平衡條件根據牛頓第二定律或平衡條件等規律列方程求解等規律列方程求解. .二、電磁感應現象中的電路問題的處理方法

4、二、電磁感應現象中的電路問題的處理方法1.1.根據法拉第電磁感應定律和楞次根據法拉第電磁感應定律和楞次定律確定感應電動勢的大小和方向定律確定感應電動勢的大小和方向. .2.2.畫出等效電路圖畫出等效電路圖, ,注意區分內外注意區分內外電路電路, ,區別電動勢和路端電壓區別電動勢和路端電壓. .3.3.根據閉合電路歐姆定律根據閉合電路歐姆定律, ,串并聯電串并聯電路性質及電功率公式等求解路性質及電功率公式等求解. .三、電磁感應現象中能量轉化問題處理方法三、電磁感應現象中能量轉化問題處理方法1.1.根據法拉第電磁感應定律和楞次根據法拉第電磁感應定律和楞次定律確定感應電動勢的大小和方向定律確定感應

5、電動勢的大小和方向. .2.2.畫出等效電路圖畫出等效電路圖, ,求出回路中電阻求出回路中電阻消耗的電功率的表達式消耗的電功率的表達式. .3.3.從功能關系入手從功能關系入手, ,分析各個力的做分析各個力的做功情況功情況, ,進而分析能量的轉化情況進而分析能量的轉化情況, ,用用能量守恒的觀點列方程能量守恒的觀點列方程. .四四. .電磁感應現象中的圖像問題電磁感應現象中的圖像問題1.1.電磁感應現象中常涉及的圖像包電磁感應現象中常涉及的圖像包括括:B t,:B t,E t,I t,E x,I xE t,I t,E x,I x等等. .2.2.電磁感應現象中的圖像問題可分為兩類電磁感應現象中

6、的圖像問題可分為兩類由題目給出的電磁感應現象的由題目給出的電磁感應現象的過程畫圖像過程畫圖像. .由給定的圖像分析電磁感應過由給定的圖像分析電磁感應過程程, ,求解相應的物理量求解相應的物理量. .3.3.解題關鍵解題關鍵: : 通過分析磁通量的變化是否均勻通過分析磁通量的變化是否均勻, ,判斷感應電動勢判斷感應電動勢( (感應電流）或安培感應電流）或安培力的大小是否恒定，然后根據楞次定力的大小是否恒定，然后根據楞次定律和左手定則判斷它們的方向律和左手定則判斷它們的方向. . 練習練習1 1如圖所示，在磁感應強度如圖所示，在磁感應強度B B = 0.5 = 0.5 T T的勻強磁場中，讓導體的

7、勻強磁場中，讓導體PQPQ在在U U型導軌上以速型導軌上以速度度 v v = 10 m/s= 10 m/s向右勻速滑動，兩導軌間距向右勻速滑動，兩導軌間距離離l l = 0.8 m= 0.8 m，則產生的感應電動勢的大小，則產生的感應電動勢的大小和和PQPQ中的電流方向分別為中的電流方向分別為 （ ) )A A4 V4 V，由，由P P向向Q Q B B0.4 V0.4 V，由，由Q Q向向P P C C4 V4 V，由，由Q Q向向P P D D0.4 V0.4 V，由，由P P向向Q Q RPQv0Badbc練習練習2 2如圖所示，在磁感強度為如圖所示，在磁感強度為B B、方向垂、方向垂直

8、紙面向里的勻強磁場中，有一豎直放置的光直紙面向里的勻強磁場中，有一豎直放置的光滑導電軌道，軌道間接有電阻滑導電軌道，軌道間接有電阻R R套在軌道上套在軌道上的金屬桿的金屬桿abab，長為，長為l l、質量為、質量為m m、電阻為、電阻為r r現現用豎直向上的拉力，使用豎直向上的拉力，使abab桿沿軌道以速度桿沿軌道以速度v v勻勻速上滑（軌道電阻不計）速上滑（軌道電阻不計）BFvab求求: :（1 1）所用拉力）所用拉力F F的大的大小?。? 2）abab桿兩端電壓桿兩端電壓U Uabab的大小的大?。? 3）拉力）拉力F F的功率的功率（4 4）電阻）電阻R R消耗的電功率消耗的電功率（1

9、1）直導線）直導線ABAB段產生的感應電動勢，段產生的感應電動勢，并指明該段直導線中電流的方向并指明該段直導線中電流的方向（2 2）此時圓環上發熱損耗的電功率）此時圓環上發熱損耗的電功率 vABPQOB600練習練習3 3用電阻為用電阻為18 18 的均勻導線彎成圖中直的均勻導線彎成圖中直徑徑D D =0.80 m =0.80 m的封閉金屬圓環，環上的封閉金屬圓環，環上ABAB弧所對應弧所對應的圓心角為的圓心角為6060 ，將圓環垂直于磁感線方向固定，將圓環垂直于磁感線方向固定在磁感應強度在磁感應強度B B =0.50 T=0.50 T的勻強磁場中，磁場方的勻強磁場中，磁場方向垂直于紙面向里一

10、根每米電阻為向垂直于紙面向里一根每米電阻為1.25 1.25 的的直導線直導線PQPQ，沿圓環平面向左以，沿圓環平面向左以3.0 m/s3.0 m/s的速度勻的速度勻速滑行（速度方向與速滑行（速度方向與PQPQ垂直），滑行中直導線垂直），滑行中直導線與圓環緊密接觸（忽略接觸處的電阻），當它與圓環緊密接觸（忽略接觸處的電阻），當它通過環上通過環上A A、B B位置時，求：位置時，求：練習練習4.4.如圖所示如圖所示, ,在磁感應強度為在磁感應強度為B B的勻強磁場中的勻強磁場中有固定的金屬框架有固定的金屬框架ABC,ABC,已知已知 B=,B=,導體棒導體棒DEDE在在框架上從框架上從B B點開

11、始在外力作用下點開始在外力作用下, ,沿垂直沿垂直DEDE方向以方向以速度速度V V勻速向右平移勻速向右平移, ,使導體棒和框架構成等腰三使導體棒和框架構成等腰三角形回路角形回路. .設框架和導體棒材料相同設框架和導體棒材料相同, ,其單位長度其單位長度的電阻均為的電阻均為R,R,框架和導體棒均足夠長框架和導體棒均足夠長, ,不計摩擦不計摩擦. .關于回路中的電流關于回路中的電流I I和電功率和電功率P P隨時間變化的圖像隨時間變化的圖像中可能正確的是中可能正確的是( )( )ItooootttIpp(1)(2)(3)(4)A.13 B.14 C.23 D.24DCAEB例例1.1.如圖所示金

12、屬框架與水平面成如圖所示金屬框架與水平面成30300 0角角, ,置于置于B=0.2TB=0.2T的勻強磁場中的勻強磁場中, ,磁場方向垂磁場方向垂直框架平面向上直框架平面向上. .導線導線ABAB長長1m1m，質量為，質量為0.2Kg0.2Kg，電阻為，電阻為0.10.1，由靜止開始無摩由靜止開始無摩擦滑下擦滑下. .求導線下滑時的最大速度及在求導線下滑時的最大速度及在最大速度時的電功率最大速度時的電功率. .30300 0例例2.2.如圖所示如圖所示,MN,MN、PQPQ是兩條水平放置彼此平行的是兩條水平放置彼此平行的金屬導軌，勻強磁場的磁感線垂直導軌平面，導軌金屬導軌，勻強磁場的磁感線垂

13、直導軌平面，導軌左端接電阻左端接電阻R=1.5R=1.5. .電阻兩端并聯一電壓表電阻兩端并聯一電壓表, ,垂直垂直導軌跨接一金屬桿導軌跨接一金屬桿ab,abab,ab的質量的質量m=0.1Kg,m=0.1Kg,電阻電阻r=0.5r=0.5.ab.ab與導軌間動摩擦因數與導軌間動摩擦因數=0.5=0.5，導軌電阻，導軌電阻不計不計. .現用現用F=0.7NF=0.7N的恒力水平向右拉的恒力水平向右拉abab，使之從靜，使之從靜止開始運動，經時間止開始運動，經時間t=2st=2s后，后，abab開始做勻速直線運開始做勻速直線運動，此時電壓表示數動，此時電壓表示數U=0.3VU=0.3V，取，取g

14、=10m/sg=10m/s2 2. .求：求：abab勻速運動時外力勻速運動時外力F F的功率；的功率； abab桿加速運動過程中通過電阻桿加速運動過程中通過電阻R R的電量；的電量； abab桿加速運動的距離桿加速運動的距離. .例例2.2.如圖所示如圖所示,MN,MN、PQPQ是兩條水平放置彼此平行的金屬導軌，勻強磁場的是兩條水平放置彼此平行的金屬導軌，勻強磁場的磁感線垂直導軌平面，導軌左端接電阻磁感線垂直導軌平面，導軌左端接電阻R=1.5.R=1.5.電阻兩端并聯一電壓表電阻兩端并聯一電壓表, ,垂直導軌跨接一金屬桿垂直導軌跨接一金屬桿ab,abab,ab的質量的質量m=0.1Kg,m=

15、0.1Kg,電阻電阻r=0.5.abr=0.5.ab與導軌間動與導軌間動摩擦因數摩擦因數=0.5=0.5，導軌電阻不計，導軌電阻不計. .現用現用F=0.7NF=0.7N的恒力水平向右拉的恒力水平向右拉abab，使之，使之從靜止開始運動，經時間從靜止開始運動，經時間t=2st=2s后，后，abab開始做勻速直線運動，此時電壓表開始做勻速直線運動，此時電壓表示數示數U=0.3VU=0.3V，取，取g=10m/sg=10m/s2 2. .求：求：abab桿勻速運動時外力桿勻速運動時外力F F的功率；的功率； abab桿加速運動過程中通過電阻桿加速運動過程中通過電阻R R的電量；的電量； abab桿

16、加速運動的距離桿加速運動的距離. .PvRabMNQF例例3.如圖所示如圖所示,質量為質量為m1的金屬棒的金屬棒P在離地在離地h高處由高處由靜止開始沿弧形金屬平行導軌靜止開始沿弧形金屬平行導軌AB,CD下滑下滑.水平軌水平軌道所在的空間有豎直向上的勻強磁場道所在的空間有豎直向上的勻強磁場,磁感應強度磁感應強度位位B.水平軌道上原來放有質量為水平軌道上原來放有質量為m2的金屬桿的金屬桿Q.已已知兩桿質量之比為知兩桿質量之比為3:4,導軌足夠長導軌足夠長,不計摩擦不計摩擦. 求求:1.兩金屬桿的最大速度分別為多少兩金屬桿的最大速度分別為多少? 2.在兩桿運動的過程中釋放的最大電能是多少在兩桿運動的過程中釋放的最大電能是多少