第46课时电磁感应定律的综合应用.docVIP

第46课时　电磁感应定律的综合应用 掌握电磁感应中的电路问题、图象问题、力学问题和能量转换问1. 电磁感应中的电路问题 电磁感应问题往往与电路问题联系在一起，在电磁感应现象中，切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路相当于___电源_____．解决电磁感应与电路综合问题的基本思路是： (1)明确哪部分相当于___电源_____，且在电源内部电动势的方向为从___负极_____指向____正极____． (2)画出等效电路图． (3)运用闭合电路欧姆定律，串、并联电路的性质，电功率等公式求解未知物理量． 2. 电磁感应中的能量转化问题 能量转化：电磁感应过程实质是不同形式的能量相互转化的过程，电磁感应过程中产生的感应电流在磁场中必定受到安培力作用．因此要维持安培力存在，必须有“外力”克服安培力做功．此过程中，其他形式的能转化为_____电能_________．“外力”克服安培力做多少功，就有多少其他形式的能转化为___电能_____．当感应电流通过用电器时，电能又转化为其他形式的能． 同理，安培力做功的过程，是__电能______转化为其他形式的能的过程，安培力做多少功就有多少___电能_____转化为其他形式的能.题型一：电磁感应中的电路问题 【例1】5．如图所示，一个圆形线圈的匝数n＝1000，线圈面积S＝200cm2，线圈的电阻为r＝1(，在线圈外接一个阻值R＝4(的电阻，把线圈放人一个方向垂直线圈平面向里的匀强磁场中，磁感强度随时间变化规律如图线B—t所示．求： (1) 从计时起在t＝3s、t＝5s时穿过线圈的磁通量是多少? (2)在t＝3s、t＝5s时，a、b两点的电势差分别是多少 【变式训练1】　如图(a)，面积S＝0.2 m2的线圈，匝数n＝630 匝，总电阻r＝1.0 Ω，线圈处在变化的磁场中，磁感应强度B随时间t按图(b)所示规律变化，方向垂直线圈平面．图(a)中传感器可看成一个纯电阻R，并标有“3 V、0.9 W”，滑动变阻器R0上标有“10 Ω、1 A”，试回答下列问题： (1)设磁场垂直纸面向外为正方向，试判断通过电流表的电流方向； (2)为了保证电路的安全，求电路中允许通过的最大电流； (3)若滑动变阻器触头置于最左端，为了保证电路的安全，图(b)中的t0最小值是多少？ 解：(1)通过电流表的电流方向向右． (2)对传感器R：IR＝＝＝0.3 A＜1 A， ∴ 回路中允许的最大电流为0.3 A. (3) Em＝Im(R＋R0＋r)＝0.3(10＋1＋10)＝6.3 V. 又Em＝n＝n， ∴ t0＝40 s. 【变式训练】B的匀强磁场中，有一弯成45°角的金属导轨，且导轨平面垂直磁场方向．一导线MN以速度v从导轨的o点处开始无摩擦地匀速滑动，速率v的方向与ax方向平行，导线单位长度的电阻为r． ㈠写出感应电动势的表达式． ㈡感应电流的大小如何？ ㈢写出作用在导线MN上的外力瞬时功率的表达式． 题型二：电磁感应中的力学问题 【例2】　(2011·重庆理综)有人设计了一种可测速的跑步机，测速原理如图所示．该机底面固定有间距为L、长度为d的平行金属电极．电极间充满磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场，且接有电压表和电阻R，绝缘橡胶带上镀有间距为d的平行细金属条，磁场中始终仅有一根金属条，且与电极接触良好，不计金属电阻，若橡胶带匀速运动时，电压表读数为U，求：(1)橡胶带匀速运动的速率； (2)电阻R消耗的电功率； (3)一根金属条每次经过磁场区域克服安培力做的功． [例2]　解：(1) 设此时产生的感应电动势为ε，橡胶带运动的速率为v. 由ε＝BLv，ε＝U，可知v＝. (2) 设R消耗的电功率为P，则P＝. (3) 设电流强度为I，安培力为F，克服安培力做的功为W. 由I＝，F＝BIL，W＝Fd，得W＝. 【变式训练2】　(2011·淮安四模)(多选)如图甲所示，MN左侧有一垂直纸面向里的匀强磁场．现将一边长为l、质量为m、电阻为R的正方形金属线框置于该磁场中，使线框平面与磁场方向垂直，且bc边与磁场边界MN重合．当t＝0时，对线框施加一水平拉力F，使线框由静止开始向右做匀加速直线运动；当t＝t0时，线框的ad边与磁场边界MN重合．图乙为拉力F随时间t变化的图线．由以上条件可知，磁场的磁感应强度B的大小及t0时刻线框的速率v为(　　)A. B＝ B. B＝ C. v＝ D. v＝ 解析：对线框受力分析，由牛顿第二定律F－F安＝ma，F安＝，v＝at，三式联立得F＝t＋ma，根据图象斜率和截距的物理意义知＝，a＝，联立得B、C项正确． 题型三：电磁感应中的能量问题 【例3】　如图所示PQ、MN为足够长的两平行金属导轨,它们之间连