2021學(xué)年5 電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況教學(xué)演示ppt課件

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1．電磁感應(yīng)中常涉及磁感應(yīng)強(qiáng)度B、磁通量Φ、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E和感應(yīng)電流I隨時(shí)間t變化的圖象，即B－t圖象、Φ－t圖象、E－t圖象、I－t圖象及E－x圖象、I－x圖象．對(duì)于切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流的情況，還常涉及磁場(chǎng)對(duì)導(dǎo)體的作用力F隨時(shí)間t的變化圖，
即F－t圖象．這些電磁感應(yīng)的過(guò)程大體上可分為兩類：由給定的電磁感應(yīng)過(guò)程選出或畫(huà)出正確的圖象，或由給定的有關(guān)圖象分析電磁感應(yīng)過(guò)程，求出相應(yīng)的物理量，不管是何種類型，電磁感應(yīng)中的圖象問(wèn)題常需右手定則、楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律等規(guī)律分析解決．
2．解決此類問(wèn)題的一般步驟(1)明確圖象的種類．(2)分析電磁感應(yīng)的具體過(guò)程．(3)利用右手定則、楞次定律確定E、I的方向．(4)結(jié)合法拉第電磁感應(yīng)定律、歐姆定律、牛頓運(yùn)動(dòng)定律等規(guī)律寫(xiě)出函數(shù)方程．(5)根據(jù)函數(shù)方程，進(jìn)行數(shù)學(xué)分析，如分析斜率的變化、截距等．(6)畫(huà)圖象或判斷圖象．
如圖16－1，一有界區(qū)域內(nèi)，存在著磁感應(yīng)強(qiáng)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(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)寬度均為L(zhǎng).邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形線框abcd的bc邊緊靠磁場(chǎng)邊緣置于桌面上．
使線框從靜止開(kāi)始沿x軸正方向勻加速通過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域，若以逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)殡娏鞯恼较颍芊从尘€框中感應(yīng)電流變化規(guī)律的是圖16－2中的 (　　)圖16－2
1．在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的那部分導(dǎo)體相當(dāng)于電源，可對(duì)回路中的用電器供電．通過(guò)感應(yīng)電流的導(dǎo)體在磁場(chǎng)中又會(huì)受到安培力作用，因此電磁感應(yīng)與電路問(wèn)題、力學(xué)問(wèn)題往往聯(lián)系在一起．
2．解決此類問(wèn)題的基本方法是：(1)首先找到產(chǎn)生電磁感應(yīng)的那部分電路，看成等效電源，畫(huà)出等效電路，依據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律求得感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，再依據(jù)電路知識(shí)求得感應(yīng)電流的大小．(2)分析導(dǎo)體的受力情況(安培力方向由左手定則判定)，應(yīng)用牛頓定律及動(dòng)力學(xué)方程求解物體的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題．
圖16－3如圖16－3所示，兩根足夠長(zhǎng)的光滑平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ間距為L(zhǎng)＝0.5 m，其電阻不計(jì)，兩導(dǎo)軌及其構(gòu)成的平面均與水平面成30°角．
完全相同的兩金屬棒ab、cd分別垂直導(dǎo)軌放置，每棒兩端都與導(dǎo)軌始終有良好接觸，已知兩棒質(zhì)量為m＝0.02 kg，電阻均為R＝0.1 Ω，整個(gè)裝置處在垂直于導(dǎo)軌平面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.2 T，棒ab在平行于導(dǎo)軌向上的力F作用下，沿導(dǎo)軌向上勻速運(yùn)動(dòng)，而棒cd恰好能夠保持靜止．取g＝10 m/s2，問(wèn)：(1)通過(guò)棒cd的電流I是多少，方向如何？(2)棒ab受到的力F多大？(3)棒cd每產(chǎn)生Q＝0.1 J的熱量，力F做的功W是多少？
圖16－5(2)棒ab與cd所受的安培力大小相等，對(duì)ab棒，受力分析如圖16－5所示，由共點(diǎn)力平衡條件知F＝mgsinθ＋BIL代入數(shù)據(jù)解得F＝0.2 N.(3)設(shè)在時(shí)間t內(nèi)棒cd產(chǎn)生Q＝0.1 J的熱量，由焦耳定律知Q＝I2Rt設(shè)ab棒勻速運(yùn)動(dòng)的速度是v，其產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝BLv
【答案】　(1)1 A　方向由d到c　(2)0.2 N　(3)0.4 J
1．電磁感應(yīng)的過(guò)程，機(jī)械能或其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受安培力作用或電流通過(guò)電阻發(fā)熱，又將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或電阻的內(nèi)能．常見(jiàn)到的是導(dǎo)體的穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)，即勻速運(yùn)動(dòng)或勻變速運(yùn)動(dòng)．
2．解決的方法是：(1)利用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律確定電路中的電動(dòng)勢(shì)大小、方向．(2)畫(huà)出等效電路圖，注意識(shí)別電路中的內(nèi)、外電阻，根據(jù)定義寫(xiě)出消耗電功率的表達(dá)式．(3)分析導(dǎo)體機(jī)械能的變化，利用能的轉(zhuǎn)化和守恒定律確定機(jī)械功率的改變與回路中電功率的改變所滿足的關(guān)系．
注意：(1)研究分析電磁感應(yīng)過(guò)程中的能量轉(zhuǎn)化時(shí)，抓住了有哪些力做功，就可以確定有哪些形式的能量參與了轉(zhuǎn)化．例如：摩擦力做負(fù)功時(shí)，必然有內(nèi)能出現(xiàn)；重力做功時(shí)，一般會(huì)有機(jī)械能參與轉(zhuǎn)化；安培力做負(fù)功時(shí)其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能；安培力做正功時(shí)，電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能等．(2)在計(jì)算感應(yīng)電流的焦耳熱時(shí)，如果是恒定電流，可用Q＝I2Rt求解，如果不是恒定電流，就只能用能的轉(zhuǎn)化和守恒定律求解了．
在豎直向下的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有兩根水平放置相距L且足夠長(zhǎng)的平行金屬導(dǎo)軌AB、CD，在導(dǎo)軌的AC端連接一阻值為R的電阻．一根垂直于導(dǎo)軌放置的金屬棒ab，其質(zhì)量為m.現(xiàn)用水平細(xì)繩跨過(guò)定滑輪連接一質(zhì)量為M的重物拉動(dòng)金屬桿ab，如圖16－6所示，若重物從靜止開(kāi)始下落，且導(dǎo)軌和金屬棒的電阻、定滑輪的質(zhì)量及一切摩擦均不計(jì)，求：
(1)金屬棒的最大速度；(2)若重物從靜止開(kāi)始至勻速運(yùn)動(dòng)的某一時(shí)刻，下落的高度為h，求這一過(guò)程中電阻R上產(chǎn)生的熱量 .【解析】　(1)重物M拉動(dòng)金屬桿運(yùn)動(dòng)，切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流，ab桿將受到水平向左的安培力的作用，桿的速度將逐漸增大，在物體的重力和安培力相等時(shí)，金屬棒達(dá)到最大速度．設(shè)最大速度為vm，