第四章4．4 法拉第电磁感应定律-电磁感应的综合应用 课件（共16张PPT）
文档属性
| 名称 | 第四章4．4 法拉第电磁感应定律-电磁感应的综合应用 课件（共16张PPT） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 807.0KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-02-20 19:21:43 | ||
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文档简介
(共16张PPT)
电磁感应的综合应用
本节目标：
（1）应用电磁感应定律和动量定理求感应电荷量
（2）利用动量定理求运动位移和运动时间
一、感应电荷量求解方法分析
【例1】令在水平面上垂直切割磁感线的导体棒长L，质量为m，切割磁感线的始速度为V0,末速度为Vt，匀强磁场的磁感应强度为B，闭合回路总电阻为R,求在时间△t内通过导体棒电荷量q的大小。
1、利用法拉第电磁感应定律求解：（对动生、感生电动势均适用）
由法拉第电磁感应定律有：
由闭合电路欧姆定律有：
由电流的定义式有：
由①②③有 :
①
②
③
2、利用动量定理求解：
（对动生电动势适用）
例2.如图所示，两根平行金属导轨MN,PQ相距为d，导轨平面与水平面夹角为θ，导轨上端跨接一定值电阻R，导轨电阻不计，整个装置处于方向垂直导轨平面向上，磁感应强度大小为B的匀强磁场中，金属棒ab垂直于MN,PQ静止放置，且与导轨保持良好接触，其长度刚好也为d，质量为m，电阻为r，现给金属棒一沿斜面向上的始速度V0，金属棒沿导轨上滑距离s后再次静止，
已知金属棒与导轨间的
动摩擦因数为?，求金属
棒在导轨上运动的时间。
二、利用动量定理求运动位移和运动时间
解析：对金属棒进行受力分析由动量定理有
运动过程电流的平均值
金属棒切割磁感线产生的平均电动势
由②③有
由①④有
①
②
③
④
例2.如图所示，两根平行金属导轨MN,PQ相距为d，导轨平面与水平面夹角为θ，导轨上端跨接一定值电阻R，导轨电阻不计，整个装置处于方向垂直导轨平面向上，磁感应强度大小为B的匀强磁场中，金属棒ab垂直于MN,PQ静止放置，且与导轨保持良好接触，其长度刚好也为d，质量为m，电阻为r，现给金属棒一沿斜面向上的始速度V0，金属棒沿导轨上滑ts后再次静止，已知金属棒与导轨间的动摩擦因数为?，求金属棒在导轨上运动的时间。
解析：对金属棒进行受力分析由动量定理有
运动过程电流的平均值
金属棒切割磁感线产生的平均电动势
由①②③④有
①
②
③
④
专题巩固：
1、如图所示，足够长的光滑平行金属导轨水平放置，间距为L，两根完全相同的导体棒1、2垂直导轨放置并且紧挨在一起，整个装置处于竖直向下的磁感应强度为B的匀强磁场中，导体棒的电阻均为R，质量均为m,现给导体棒1水平向右的初速度v，则在以后的运动过程中，两导体棒之间的最大距离为（ ）
A、 B、 C 、 D、
C
2．如图所示，一矩形金属框架与水平面成角θ＝37°，宽L＝0.4m，上、下两端各有一个电阻R0＝2Ω，框架的其他部分电阻不计，框架足够长，垂直于金属框架平面的方向有一向上的匀强磁场，磁感应强度B＝1.0T．ab为金属杆，与框架良好接触，其质量m＝0.1kg，电阻r＝1.0Ω，杆与框架的动摩擦因数μ＝0.5．杆由静止开始下滑，在速度达到最大的过程中，上端电阻R0产生的热量Q0＝0.5J（取g＝10m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8）。求：
（1）流过ab杆的电流方向及最大电流Im；
（2）ab杆的最大速度vm；
（3）从开始到速度最大的过程中ab杆沿斜面下滑的距离s。
（4）在该过程中通过ab的电荷量。
（1）根据右手定则，电流方向：从b到a；
达到最大速度后，由平衡条件：BImL+μmgcos?θ=mgsin?θ，
解得：Im=0.5A；
（2）电路中的总电阻：R总＝r+R并＝2Ω，
电路中的最大电动势：Em=ImR总=1.0?V，
由法拉第电磁感应定律Em=Blvm，
解得：vm=2.5m/s；
（3）依题意，易知电路中产生的总焦耳热Q总=4Q0=2?J，
由能量守恒定律得：mgssinθ＝ mvm2 +Q总+μmgscosθ，
代入数据，解得：s=11.56m；
（4）根据
则
代入数据解得：q＝2.312 C。
3．如图所示，在水平面上有两条足够长的平行光滑金属导轨MN、PQ，导轨间距为d，匀强磁场垂直于导轨所在的平面向下，磁感应强度大小为B。两根金属杆间隔一定的距离摆放在导轨上，且与导轨垂直，已知两金属杆质量均为m，电阻均为R，两杆与导轨接触良好，导轨电阻不计，现将杆1以初速度v0向右滑向杆2，在运动过程中两杆始终不碰撞，则( )
A．杆1、杆2最终均以速度0.5v0做匀速运动
B．杆1、杆2在开始的一段时间内会产生交变电流
C．杆1上总共产生 的热量
D．杆1相对于杆2靠近的距离为
AD
对杆1、杆2系统受合外力为零，则动量守恒，则 ： ，解得最终速度v=0.5v0，选项A正确；杆1、杆2在开始的一段时间内，两杆间距逐渐减小，回路面积减小，故磁通量减小，将产生顺时针方向的电流，由于方向不变，所以不是交变电流，选项B错误；整个回路产生的热量 ，则杆1上总共产生热量为 ，选项C错误；根据动量定理 ； ；
联立解得 ，选项D正确；故选AD.
4．如图所示，相距d=3.15 m的两条水平虚线之间是方向水平向里的匀强磁场，磁感应强度为B=0.05 T，正方形线圈ABCD边长为L=2 m，质量为m=0.1 kg，电阻为R=11 Ω，共有n=10匝，将线圈在磁场上方高h=5 m处静止释放，AB边刚进入磁场时线圈的加速度为零，AB边刚离开磁场时线圈的加速度也为零。在整个运动过程中线圈一直在竖直平面内，重力加速度g=10 m/s2，求
（1）线圈进入磁场的过程中，
通过线圈横截面的电荷量；
（2）线圈穿过磁场的过程中
产生的焦耳热；
（3）线圈进入磁场的时间t1
和线圈离开磁场的时间t2。
（1）线圈进入磁场的过程中:
由闭合电路的欧姆定律：
线圈进入磁场过程中通过线圈截面的电量为
联立解得
（2）AB边刚离开磁场时线圈的加速度为零，此时安培力等于重力：nBIL=mg
E=nBLv
I=E/R
由能量关系可知线圈穿过磁场过程产生的热量:
解得v=11m/s Q=4.2J
（3）线圈进入磁场的初速度：
末速度v=11m/s；
安培力的冲量：
由动量定理：
解得
(4)线圈离开磁场初速度：
末速度v=11m/s；
安培力的冲量：
由动量定理：
解得
电磁感应的综合应用
本节目标：
（1）应用电磁感应定律和动量定理求感应电荷量
（2）利用动量定理求运动位移和运动时间
一、感应电荷量求解方法分析
【例1】令在水平面上垂直切割磁感线的导体棒长L，质量为m，切割磁感线的始速度为V0,末速度为Vt，匀强磁场的磁感应强度为B，闭合回路总电阻为R,求在时间△t内通过导体棒电荷量q的大小。
1、利用法拉第电磁感应定律求解：（对动生、感生电动势均适用）
由法拉第电磁感应定律有：
由闭合电路欧姆定律有：
由电流的定义式有：
由①②③有 :
①
②
③
2、利用动量定理求解：
（对动生电动势适用）
例2.如图所示，两根平行金属导轨MN,PQ相距为d，导轨平面与水平面夹角为θ，导轨上端跨接一定值电阻R，导轨电阻不计，整个装置处于方向垂直导轨平面向上，磁感应强度大小为B的匀强磁场中，金属棒ab垂直于MN,PQ静止放置，且与导轨保持良好接触，其长度刚好也为d，质量为m，电阻为r，现给金属棒一沿斜面向上的始速度V0，金属棒沿导轨上滑距离s后再次静止，
已知金属棒与导轨间的
动摩擦因数为?，求金属
棒在导轨上运动的时间。
二、利用动量定理求运动位移和运动时间
解析：对金属棒进行受力分析由动量定理有
运动过程电流的平均值
金属棒切割磁感线产生的平均电动势
由②③有
由①④有
①
②
③
④
例2.如图所示，两根平行金属导轨MN,PQ相距为d，导轨平面与水平面夹角为θ，导轨上端跨接一定值电阻R，导轨电阻不计，整个装置处于方向垂直导轨平面向上，磁感应强度大小为B的匀强磁场中，金属棒ab垂直于MN,PQ静止放置，且与导轨保持良好接触，其长度刚好也为d，质量为m，电阻为r，现给金属棒一沿斜面向上的始速度V0，金属棒沿导轨上滑ts后再次静止，已知金属棒与导轨间的动摩擦因数为?，求金属棒在导轨上运动的时间。
解析：对金属棒进行受力分析由动量定理有
运动过程电流的平均值
金属棒切割磁感线产生的平均电动势
由①②③④有
①
②
③
④
专题巩固：
1、如图所示，足够长的光滑平行金属导轨水平放置，间距为L，两根完全相同的导体棒1、2垂直导轨放置并且紧挨在一起，整个装置处于竖直向下的磁感应强度为B的匀强磁场中，导体棒的电阻均为R，质量均为m,现给导体棒1水平向右的初速度v，则在以后的运动过程中，两导体棒之间的最大距离为（ ）
A、 B、 C 、 D、
C
2．如图所示，一矩形金属框架与水平面成角θ＝37°，宽L＝0.4m，上、下两端各有一个电阻R0＝2Ω，框架的其他部分电阻不计，框架足够长，垂直于金属框架平面的方向有一向上的匀强磁场，磁感应强度B＝1.0T．ab为金属杆，与框架良好接触，其质量m＝0.1kg，电阻r＝1.0Ω，杆与框架的动摩擦因数μ＝0.5．杆由静止开始下滑，在速度达到最大的过程中，上端电阻R0产生的热量Q0＝0.5J（取g＝10m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8）。求：
（1）流过ab杆的电流方向及最大电流Im；
（2）ab杆的最大速度vm；
（3）从开始到速度最大的过程中ab杆沿斜面下滑的距离s。
（4）在该过程中通过ab的电荷量。
（1）根据右手定则，电流方向：从b到a；
达到最大速度后，由平衡条件：BImL+μmgcos?θ=mgsin?θ，
解得：Im=0.5A；
（2）电路中的总电阻：R总＝r+R并＝2Ω，
电路中的最大电动势：Em=ImR总=1.0?V，
由法拉第电磁感应定律Em=Blvm，
解得：vm=2.5m/s；
（3）依题意，易知电路中产生的总焦耳热Q总=4Q0=2?J，
由能量守恒定律得：mgssinθ＝ mvm2 +Q总+μmgscosθ，
代入数据，解得：s=11.56m；
（4）根据
则
代入数据解得：q＝2.312 C。
3．如图所示，在水平面上有两条足够长的平行光滑金属导轨MN、PQ，导轨间距为d，匀强磁场垂直于导轨所在的平面向下，磁感应强度大小为B。两根金属杆间隔一定的距离摆放在导轨上，且与导轨垂直，已知两金属杆质量均为m，电阻均为R，两杆与导轨接触良好，导轨电阻不计，现将杆1以初速度v0向右滑向杆2，在运动过程中两杆始终不碰撞，则( )
A．杆1、杆2最终均以速度0.5v0做匀速运动
B．杆1、杆2在开始的一段时间内会产生交变电流
C．杆1上总共产生 的热量
D．杆1相对于杆2靠近的距离为
AD
对杆1、杆2系统受合外力为零，则动量守恒，则 ： ，解得最终速度v=0.5v0，选项A正确；杆1、杆2在开始的一段时间内，两杆间距逐渐减小，回路面积减小，故磁通量减小，将产生顺时针方向的电流，由于方向不变，所以不是交变电流，选项B错误；整个回路产生的热量 ，则杆1上总共产生热量为 ，选项C错误；根据动量定理 ； ；
联立解得 ，选项D正确；故选AD.
4．如图所示，相距d=3.15 m的两条水平虚线之间是方向水平向里的匀强磁场，磁感应强度为B=0.05 T，正方形线圈ABCD边长为L=2 m，质量为m=0.1 kg，电阻为R=11 Ω，共有n=10匝，将线圈在磁场上方高h=5 m处静止释放，AB边刚进入磁场时线圈的加速度为零，AB边刚离开磁场时线圈的加速度也为零。在整个运动过程中线圈一直在竖直平面内，重力加速度g=10 m/s2，求
（1）线圈进入磁场的过程中，
通过线圈横截面的电荷量；
（2）线圈穿过磁场的过程中
产生的焦耳热；
（3）线圈进入磁场的时间t1
和线圈离开磁场的时间t2。
（1）线圈进入磁场的过程中:
由闭合电路的欧姆定律：
线圈进入磁场过程中通过线圈截面的电量为
联立解得
（2）AB边刚离开磁场时线圈的加速度为零，此时安培力等于重力：nBIL=mg
E=nBLv
I=E/R
由能量关系可知线圈穿过磁场过程产生的热量:
解得v=11m/s Q=4.2J
（3）线圈进入磁场的初速度：
末速度v=11m/s；
安培力的冲量：
由动量定理：
解得
(4)线圈离开磁场初速度：
末速度v=11m/s；
安培力的冲量：
由动量定理：
解得