陕西省石泉县江南高级中学沪科版高中物理选修3-2课件：1.4 电磁感应的案例分析 (3份打包)

复习回顾 1、请写出感生电动势和动生电动势的大小？如何让判断感应电流的方向？ 2、请写出闭合电路欧姆定律的表达式 3、请写出通电导体在磁场中所受的安培力大小 F＝BIl 1.4 电磁感应的案例分析 ---综合应用 案例1、图中水平放置的平行金属导轨相距l＝0.50m，左端接一电阻R＝0.20Ω，磁感应强度B＝0.40T的匀强磁场方向垂直于导轨平面，导体棒ac垂直放在导轨上，并能无摩擦地沿导轨滑动，导轨和导体棒的电阻均忽略不计，当ac以v＝4.0m/s的速度水平向右匀速滑动时，求： (1)ac棒中感应电动势的大小； (2)回路中感应电流的大小； (3)维持ac棒做匀速运动的水平外力F的大小。 (3)由于ac棒受安培力 F＝BIl＝4.0×0.5×0.4N＝0.8N， 解：(1)根据法拉第电磁感应定律，ac棒中感应电动势为 E＝Blv＝0.40×0.50×4.0V＝0.80V。 (2)感应电流大小为 I＝E/R＝0.8/0.2A＝4.0A 且ac棒做水平匀速直线运动，故外力大小F外＝F＝0.8N。 案例2、如图所示，光滑金属直轨道MN和PQ固定在同一水平面内，MN、PQ平行且足够长，两轨道间的宽度L＝0.50 m，轨道左端接一阻值R＝0.50Ω的电阻，轨道处于磁感应强度大小B＝0.40 T、方向竖直向下的匀强磁场中。 质量m＝0.50 kg的导体棒ab垂直于轨道放置．在沿着轨道方向向右的力F作用下，导体棒由静止开始运动，导体棒与轨道始终接触良好并且相互垂直．不计轨道和导体棒的电阻，不计空气阻力．若力F的大小保持不变，且F＝1.0 N，求： (1)导体棒的速度v＝5.0 m/s时，导体棒的加速度大小a. (2)导体棒能达到最大速度大小vm； (1) 导体棒的速度v＝5.0 m/s时，感应电动势 E＝BLv＝1.0 V， 导体棒上通过的感应电流大小 I＝ ＝2.0 A， 导体棒受到的安培力 F安＝BIL＝0.4 N， 根据牛顿第二定律， 有 F－F安＝ma，带入数据 得a＝1.2 m/s2. 1、导体棒在水平运动过程中受到哪些力？ 思考 2、导体棒在运动过程中受到的安培力大小是多少？水平方向上安培力和拉力F平衡吗？ F -F安 = m a 当a=0，即F 与F安 平衡时，速度达到最大 导体棒做加速度越来越小的加速运动 F＝F安m ＝ vm＝12.5m/s 电磁感应与力学综合应用 电磁感应中产生的感应电流在磁场中将受到安培力作用，所以电磁感应问题往往与力学问题联系在一起，处理此类问题的基本方法是： 1．用法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势的大小和方向． 2．求回路中的电流强度的大小和方向． 3．分析研究导体受力情况(包括安培力)． 4．列动力学方程或平衡方程求解． 练习1. 光滑 M 形导轨， 竖直放置在垂直于纸面向里的匀强磁场中，已知导轨质量m为0.01kg，宽L=0.5m，磁感应强B=0.2T．有阻值为r=0.5Ω的导体棒AB紧挨导轨，沿着导轨由静止开始下落，如图所示，设串联在导轨中的电阻R阻值为0.5Ω，其他部分的电阻及接触电阻均不计．问： (1)导体棒AB在下落过程中，产生的感应电流的方向和AB棒受到的安培力的方向． (2)当导体棒AB的速度为5m/s(设并未达到最大速度)时，其感应电动势和感应电流的大小各是多少?此时导体棒的加速度是多少？ mg F安 如图所示，AB、CD是两根足够长的固定平行金属导轨，两导轨间的距离为L，导轨平面与水平面夹角为θ，在整个导轨平面内都有垂直于导轨平面斜向上方的匀强磁场，磁感应强度为B，在导轨的AC端连接有一个阻值为R的电阻．一根垂直于导轨放置的金属棒ab，质量为m，从静止开始沿导轨下滑，求ab棒的最大速度为多少．(已知ab与导轨间的动摩擦因数为μ，导轨与金属棒的电阻都不计) 能力提高 作业 1、课本第25页第4题 【解析】　金属棒ab下滑时的受力如上图所示．金属棒ab沿导轨下滑过程中受到重力mg、支持力FN、摩擦力F和安培力F安四个力作用． 金属棒下滑产生的感应电动势E＝BLv， 闭合回路中产生的感应电流为I＝eq \f(E,R)，安培力F安的方向沿斜面向上，其大小为： F安＝BIL＝Beq \f(E,R)L＝eq \f(B2L2v,R)， 根据牛顿第二定律得： mgsin θ－μmgcos θ－eq \f(B2L2v,R)＝ma. 金属棒由静止开始下滑后，做加速度逐渐减小的变加速运动，当加速度减到零时，速度就增至最大，以后金属棒将以这个最大速度匀速下滑．此时 mgsin θ－μmgcos θ－eq \f(B2L2vmax,R