高中物理《电磁感应与电路知识的综合》课件
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欢迎进入物理课堂 电磁感应和电路规律的综合应用 电磁感应和电路规律的综合应用复习精要P160 例1P162 练习2P161 例2P171 例3例1例2例3练习1例4练习2练习3例5例604年春季理综252002年广东15上海03年2201年全国2000年上海232005年辽宁综合卷34 复习精要 1 产生感应电动势的导体相当于一个电源 感应电动势等效于电源电动势 产生感应电动势的导体的电阻等效于电源的内阻 2 电源内部电流的方向是从负极流向正极 即从低电势流向高电势 3 产生感应电动势的导体跟用电器连接 可以对用电器供电 由闭合电路欧姆定律求解各种问题 4 产生感应电动势的导体跟电容器连接 可对电容器充电 稳定后 电容器相当于断路 其所带电量可用公式Q CU来计算 5 解决电磁感应中的电路问题 必须按题意画出等效电路 其余问题为电路分析和闭合电路欧姆定律的应用 Z x x k 解 设金属的电阻率为 导线截面为S 圆环电阻为R 画出等效电路如图示 则R1 R 3R2 2R 3 R并 2R 9 2 9 2 r S 电动势E Brv内阻r1 r S P162 练习2 如图所示 匀强磁场B 0 1T 金属棒AB长0 4m 与框架宽度相同 R 1 3 框架电阻不计 电阻R1 2 R2 1 当金属棒以5m s的速度匀速向右运动时 求 1 流过金属棒的感应电流多大 2 若图中电容器C为0 3 F 则充电量多少 解 画出等效电路如图示 E BLv 0 1 0 4 5 0 2V R并 2 3 I E R并 R 0 2A UR2 IR并 0 2 2 3 4 30V Q CUR2 0 3 10 6 4 30 4 10 8C P161 例2 如图示 两个电阻的阻值分别为R和2R 其余电阻不计 电容器的电容量为C 匀强磁场的磁感应强度为B 方向垂直纸面向里 金属棒ab cd的长度均为l 当棒ab以速度v向左切割磁感应线运动时 当棒cd以速度2v向右切割磁感应线运动时 电容C的电量为多大 哪一个极板带正电 解 画出等效电路如图示 E1 BlvE2 2Blv 电容器C充电后断路 Uef Blv 3 Ucd E2 2Blv UC Uce 7Blv 3 Q CUC 7CBlv 3 右板带正电 P171 例3如图所示 竖直放置的光滑平行金属导轨 相距l 导轨一端接有一个电容器 电容量为C 匀强磁场垂直纸面向里 磁感应强度为B 质量为m的金属棒ab可紧贴导轨自由滑动 现让ab由静止下滑 不考虑空气阻力 也不考虑任何部分的电阻和自感作用 问金属棒的做什么运动 棒落地时的速度为多大 解 ab在mg作用下加速运动 经时间t 速度增加为v a v t 产生感应电动势E Blv 电容器带电量Q CE CBlv 感应电流I Q t CBLv t CBla 产生安培力F BIl CB2l2a 由牛顿运动定律mg F ma ma mg CB2l2a a mg m CB2l2 ab做初速为零的匀加直线运动 加速度a mg m CB2l2 落地速度为 例1 如图所示 金属圆环的半径为r 电阻的值为2R 金属杆oa一端可绕环的圆心O旋转 另一端a搁在环上 电阻值为R 另一金属杆ob一端固定在O点 另一端b固定在环上 电阻值也是R 加一个垂直圆环的磁感强度为B的匀强磁场 并使oa杆以角速度 匀速旋转 如果所有触点接触良好 ob不影响oa的转动 求流过oa的电流的范围 解 Oa旋转时产生感生电动势 E 1 2 B r2 当Oa到最高点时 等效电路如图甲示 Imin E 2 5R B r2 5R 当Oa与Ob重合时 环的电阻为0 等效电路如图乙示 Imax E 2R B r2 4R B r2 5R I B r2 4R z xx k 又解 Oa旋转时产生感生电动势 E 1 2 B r2 当Oa到某点时 ab间小弧电阻为x 等效电路如图丙示 R总 2R x x 2R 2R 2Rx x2 4R2 2R x R 2 5R2 2R I E R总 B r2R x R 2 5R2 当x 0Imax B r2 4R 当x RImin B r2 5R 例2 如图示 在一磁感应强度B 0 5T的匀强磁场中 垂直于磁场方向水平放置着两根相距为h 0 1m的平行金属导轨MN与PQ 导轨的电阻忽略不计 在两根导轨的端点N Q之间连接有一阻值R 0 3 的电阻导轨上跨放着一根长l 0 2m 每米长电阻为r 2 的金属棒ab 与导轨正交放置 交点为c d 当金属棒以速度v 4m s向左作匀速运动时 试求 1 电阻R中的电流大小和方向2 金属棒ab两端的电势差 解 画出等效电路如图示 E 1 4 Blv 0 1V r1 rh 2 0 1 0 2 I 2E R r1 0 4A 方向N Q Ucd IR 0 12V Uab Ucd 2E 0 32V z xx k 例3 固定在匀强磁场中的正方形导线框abcd 各边长l 其中ab是一段电阻为R的均匀电阻丝 其余三边均为电阻可忽略的铜线 磁场的磁感应强度为B 方向垂直纸面向里 现有一与ab段所用材料 粗细 长度都相同的电阻丝PQ架在导线框上 如图所示 以恒定速度v从ad滑向bc 当PQ滑过l 3的距离时 通时aP段电阻丝的电流是多大 方向如何 解 PQ滑动时产生感应电动势E Blv 画出等效电路如图示 R外 2R 9r R I总 E R外 r 9Blv 11R IaP 2I总 3 6Blv 11R 电流方向由P a 练习1 如图所示 PQNM是由粗裸导线连接两个定值电阻组合成的闭合矩形导体框 水平放置 金属棒ab与PQ MN垂直 并接触良好 整个装置放在竖直向下的匀强磁场中 磁感强度B 0 4T 已知ab长l 0 5m 电阻R1 2 R2 4 其余电阻均忽略不计 若使ab以v 5m s的速度向右匀速运动 作用于ab的外力大小为 N R1上消耗的电热功率为 W 不计摩擦 解 E Blv 0 4 0 5 5 1V R并 4 3 I总 3 4AI1 1 2A F BI总l 0 4 0 75 0 5 0 15N P1 I12R1 1 4 2 0 5W 0 15 0 5 z xx k C 练习2 倾角为30 的斜面上 有一导体框架 宽为1m 不计电阻 垂直斜面的匀强磁场磁感应强度为0 2T 置于框架上的金属杆ab 质量0 2kg 电阻0 1 如图所示 不计摩擦 当金属杆ab由静止下滑时 求 1 当杆的速度达到2m s时 ab两端的电压 2 回路中的最大电流和功率 解 1 画出等效电路如图示 不计框架电阻 外电阻为0 Uab 0 2 ab匀速运动时速度最大 感应电流和功率最大 mgsin30 BImL Im mgsin30 BL 5A P Im2r 2 5W z xx k A U BLv0F B2L2v0 RB U BLv0F 0C U 0F 0D U q CF B2L2v0 R 练习3 如图所示 U型线框abcd处于匀强磁场中 磁场的磁感强度为B 方向垂直于纸面向内 长度为L的直导线MN中间串有一个电压表跨接在ab与cd上且与ab垂直 它们之间的接触是完全光滑的 R为电阻 C为电容器 现令MN以速度v0向右匀速运动 用U表示电压表的读数 q表示电容器所带电量 C表示电容器电容 F表示对MN的力 设电压表体积很小 其中线圈切割磁感线对MN间的电压的影响可以忽略不计 则 C A逐渐增大B 先减小后增大C 先增大后减小D 增大 减小 再增大 再减小 例5 如图示 abcd是粗细均匀的电阻丝制成的长方形线框 另一种材料制成的导体棒MN有电阻 可与保持良好接触并做无摩擦滑动 线框处在垂直纸面向里的匀强磁场B中 当导体棒MN在外力作用下从导线框的左端开始做切割磁感应线的匀速运动 一直滑到右端的过程中 导线框上消耗的电功率的变化情况可能为 解 MN的电阻为r MN在中间位置时导线框总电阻最大为R 画出P R图线如图示 若R r 选C 若R r且在两端时的电阻等于r 则选B 若R r且在两端时的电阻小于r 则选D BCD 例6 如图所示 匀强磁场方向垂直纸面向里 磁感应强度B 0 20T OCA金属导轨与OA金属直导轨分别在O点和A点接一阻值为R1 3 0 和R2 6 0 体积可忽略的定值电阻 导轨OCA的曲线方程为y 1 0sin 3 x m 金属棒ab平行于y轴 长为1 5m 以速度v 5 0m s水平向右匀速运动 b点始终在Ox轴上 设金属棒与导轨接触良好 摩擦不计 电路中除了电阻R1和R2外 其余电阻均不计 求 1 金属棒在导轨上运动时R1的最大功率 2 金属棒在导轨上从x 0到x 3m的运动过程中 外力必须做的功 z xx k 解 1 ab棒运动时产生感应电动势E Byv 画出等效电路如图示 不计电源内阻 I1 E R1 1 3 Byv P1 I12R1 1 9 B2y2v2R1 P1m 1 9 B2ym2v2R1 1 9 0 04 1 25 3 1 3W 2 E Byv y所以E按正弦规律变化 Em Bymv 0 2 1 0 5 1V E有 0 707V t x v 3 5 0 6s R并 3 6 9 2 W Q E有2 R并 t 0 5 2 0 6 0 15J 04年春季理综25 25 18分 如图 直角三角形导线框abc固定在匀强磁场中 ab是一段长为l 电阻为R的均匀导线 ac和bc的电阻可不计 ac长度为l 2 磁场的磁感强度为B 方向垂直于纸面向里 现有一段长度为l 2 电阻为R 2的均匀导体杆MN架在导线框上 开始时紧靠ac 然后沿ac方向以恒定速度v向b端滑动 滑动中始终与ac平行并与导线框保持良好接触 当MN滑过的距离为l 3时 导线ac中的电流是多大 方向如何 解 MN滑过的距离为l 3时 它与bc的接触点为P 如图a示 由几何关系可知MP长度为l 3 电阻r R 3 MP中的感应电动势为E Blv 3 等效电路如图b示 MacP和MbP两电路的并联电阻为 r并 2R 9 由欧姆定律 PM中的电流 ac中的电流Iac 2I 3 即 根据右手定则 MP中的感应电流的方向由P流向M 所以Iac电流的方向由a流向c 如图所示 半径为R 单位长度电阻为 的均匀导电圆环固定在水平面上 圆环中心为O 匀强磁场垂直水平方向向下 磁感强度为B 平行于直径MON的导体杆 沿垂直于杆的方向向右运动 杆的电阻可以忽略不计 杆与圆环接触良好 某时刻 杆的位置如图 aOb 2 速度为v 求此时刻作用在杆上的安培力的大小 2002年广东15 解 E Bvlab Bv 2Rsin 等效电路如图示 此时弧acb和弧adb的电阻分别为2 R 和2R 它们的并联电阻为R并 2R I E R并 Bv sin F BI 2Rsin F 如图所示 OACO为置于水平面内的光滑闭合金属导轨 O C处分别接有短电阻丝 图中用粗线表示 R1 4 R2 8 导轨其它部分电阻不计 导轨OAC的形状满足方程y 2sin 3 x 单位 m 磁感应强度B 0 2T的匀强磁场方向垂直于导轨平面 一足够长的金属棒在水平外力F作用下 以恒定的速率v 5 0m s水平向右在导轨上从O点滑动到C点 棒与导轨接触良好且始终保持与OC导轨垂直 不计棒的电阻 求 1 外力F的最大值 2 金属棒在导轨上运动时电阻丝R1上消耗的的最大功率 3 在滑动过程中通过金属棒的电流I与时间t的关系 上海03年22 解 1 金属棒匀速运动时产生感应电动势 E BLv 画出等效电路如图示 不计电源内阻 I E R总 F外 F安 BIL B2L2v R总 Lm 2sin 2 2m R总 R1R2 R1 R2 8 3 Fmax B2Lm2v R总 0 22 22 5 0 3 8 0 3N 2 P1m E2 R1 B2Lm2v2 R1 0 22 22 5 02 4 1W 3 金属棒与导轨接触点间的长度随时间变化 L 2sin 3 x m x vt E BLv I E R总 Bv R总 2sin 3 vt 3 4 sin 5 t 3 安 01年全国20 20 13分 如图1所示 一对平行光滑轨道放置在水平面上 两轨道间距 0 20m 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 整个装置处于磁感强度B 0 50T的匀强磁场中 磁场方向垂直轨道面向下 现用一外力F沿轨道方向拉杆 做之做匀加速运动 测得力F与时间t的关系如图2所示 求杆的质量m和加速度a 解 导体杆在轨道上做匀加速直线运动 用v表示其速度 t表示时间 则有v at 杆切割磁力线 将产生感应电动势 E Blv 闭合回路中产生电流I E R 杆受到的安培力为f BIl B2l2at R 由牛顿第二定律 F f ma 联立以上各式 得 F ma B2l2at R ma 0 01at 在图线上取两点代入 式 t 0 F 1N 1 ma t 20 F 3N 3 ma 0 2a 可解得a 10m s2 m 0 1kg 13分 如图所示 固定于水平桌面上的金属框架cdef 处在竖直向下的匀强磁场中 金属棒ab搁在框架上 可无摩擦滑动 此时adeb构成一个边长为l的正方形 棒的电阻为r 其余部分电阻不计 开始时磁感强度为B0 1 若从t 0时刻起 磁感强度均匀增加 每秒增量为k 同时保持棒静止 求棒中的感应电流 在图上标出感应电流的方向 2 在上述 1 情况中 始终保持棒静止 当t t1秒末时需加的垂直于棒的水平拉力为多大 3 若从t 0时刻起 磁感强度逐渐减小 当棒以恒定速度v向右作匀速运动时 可使棒中不产生感应电流 则磁感强度应怎样随时间变化 写出B与t关系式 00年上海23 解 1 感应电动势 感应电流I E r kl2 r 方向 逆时针 见右图 2 t t1秒时 B B0 kt1 F BIl 3 总磁通量不变 备注 E1为动生电动势 E2为感生电动势 2005年辽宁综合卷34 34 如图所示 两根相距为l的平行直导轨ab cd b d间连有一固定电阻R 导轨电阻可忽略不计 MN为放在ab和cd上的一导体杆 与ab垂直 其电阻也为R 整个装置处于匀强磁场中 磁感应强度的大小为B 磁场方向垂直于导轨所在平面 指向图中纸面内 现对MN施力使它沿导轨方向以速度v 如图 做匀速运动 令U表示MN两端电压的大小 则 A U vBl 2流过固定电阻R的感应电流由b到dB U vBl 2流过固定电阻R的感应电流由d到bC U vBl流过固定电阻R的感应电流由b到dD U vBl流过固定电阻R的感应电流由d到b A 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全- 配套讲稿:
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