高二物理 电磁感应的综合运用精华课件 精品
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第十二章 电磁感应
电磁感应的综合运用
第十二章 电磁感应
第三节 电磁感应的综合运用
电磁感应的综合运用通常可分解为以下四类基本问题：
１、电路分析问题 ２、力和运动的动态分析问题 ３、能量转化分析问题 ４、图像分析问题
电磁感应 综合运用
一、电路分析问题
1、电路问题的特点：
切割磁感线
导体运动 电磁感应
感应电动势E、I
电路综合 分析问题
感悟·渗透·应用
【例1】如图所示，光滑的平行导轨P、Q相距l=1m，处在
同一水平面中，导轨左端接有如图所示的电路，其中水
平放置的平行板电容器C两极板间距离d=10mm，定值电阻
R1=R3=8Ω，R2=2Ω，其它电阻均不计.磁感应强度
B=0.4T的匀强磁场竖直向下穿过导轨面.当金属棒ab沿 导轨向右匀速运动(开关S断开)时，电容器两极板
当S断开时
当S闭合时
步骤二、运用相关的电学和力学知识分析；
①S断开时，由微粒保持静止可得：mg
Eq
Uq d
金属棒ab电阻不计，则有： U Bvl
联立可得：v
mgd Blq
2.5m
s
②S闭合时，由带电粒子受力可得： mg U2q ma d
即：U 2
m(g a)d q
0.3V
由欧姆定律可得：
对其它电路供电
主要侧重于分析电路各部分的电流和电压等相关问题。
电磁感应 综合运用
一、电路分析问题
2、相关知识
法拉第电磁感应定律； 闭合回路欧姆定律，电阻的串、并联； 静电场与电容，电量，电热。
电磁感应 综合运用
一、电路分析问题
3、基本分析方法 ①画出等效电路图； ②利用电学相关知识求解相关问题。
E
I
运动V
F
a
V）
电磁感应E、I
安培力F
F和V关系： ①F和V之间具有瞬间对应的关系； ②F与主运动者的运动方向相反； ③“阻碍”的体现。
电磁感应 综合运用
二、力和运动结合的动态分析问题
2、分析电磁感应现象中力学问题的基本方法： ⑴选择研究对象。(即是哪一根导体棒或哪几根导体棒组成的系统；) ⑵(利用法拉第电磁感应定律和楞次定律)求感应电动势E的大小和方向； ⑶求(出回路中的)电流I大小； ⑷分析(所选定的研究对象的)受力F情况； ⑸(根据牛顿定律)分析加速度a和速度v的变化.(并求解相关问题)
电磁感应 综合运用
感悟·渗透·应用
【例2】如图所示，有两根和水平方向成a角的光滑平行的金属轨道， 上端接有电阻R，下端足够长，空间有垂直于轨道平面的匀强磁 场，磁感强度为B．一根质量为m的金属杆从轨道上由静止滑下， 金属棒内 阻不计；设金属棒长为L，试求： ⑴试分析金属棒在轨道上做怎样的运动？
⑵ 在金属棒加速下滑过程中，当其速度大小
⑴试分析金属棒在轨道上做怎样的运动？
⑵ 在金属棒加速下滑过程中，当其速度大小
为V时，求此时杆中的电流及其加速度的大小； ⑶求下滑过程中，杆可以达到的最大速度。
【解析】
N
1、对导体棒受力分析如图
3、电学： E BLv
I BLv R
力学：由牛顿定律可得
Biblioteka Baidu
F mg sin BIl ma
∵ F BIL B2L2v R
⑴试分析金属棒在轨道上做怎样的运动？
R
⑵ 在金属棒加速下滑过程中，当其速度大小
B
为V时，求此时杆中的电流及其加速度的大小；
⑶求下滑过程中，杆可以达到的最大速度。
【解析】 1、对导体棒受力分析如图
F α
2、导体棒的运动：
α
①当a>0，v增加，则导致a减小；做a减小的变加速直线运动；不稳定
②当a=0，v不变，则a保持为0，此时V最大；做匀速直线运动。稳定
R13
R1R3 R1 R3
4
联立可得： v 2.25m / s
I Bvl U2 0.15A R13 R2 R13 R2 R2
对棒可得： F外 BIl 0.06N 由功率定义可得： P F外v 0.135w
电磁感应 综合运用
二、力和运动结合的动态分析问题
1、各量之间关系：
（V
mg
mgR
即
v B 2 L2
则：先做变减速直线运动（稳定），后做匀速直线运动（稳定）。
电磁感应 综合运用
三、能量转化分析问题
1、不同形式能量之间转化关系：
机械能
电能
【解析】：进入磁场前做自由落体运动
1、当进入磁场时：
F安
mg
B 2 L2v R
即
则：一直做匀速直线运动（稳定）
v
mgR B 2 L2
2、当进入磁场时：F安
B 2 L2v R
mg
即
v
mgR B2 L2
则：先做a减小的变加速运动（不稳定），后作匀速直线运动（稳定）。
3、当进入磁场时：
F安
B 2 L2v R
∴ a g sin BIl g sin B2l2v
m
mR
当a=0 m s2 时，V达到最大值，即:
Vm
mgR sin B2 L2
电磁感应 综合运用
感悟·渗透·应用
【例3】如图所示，两根竖直平行放置的光滑金属导轨 M、N， 与一电阻R相连，导轨足够长，间距为L;有一 内阻不计的金属杆ab横放在M、N之间，ab杆的正下方 有一有界的匀强磁场，磁感应强度为B，方向垂直于纸 面向里现将ab由静止释放，试分析将ab由静止释放后做 怎样的运动？
P
之间质量m 11014 kg、带电量Q 11015 C的微粒恰好静止不动；取g=10 m s2，求：
(1)金属棒ab运动的速度多大?
(2)S闭合后，欲使微粒以加速度a=7 m s2,
Q
向下做匀加速运动，则使金属棒ab做匀速运动的外力
的功率多大?
电路综合 分析问题
感悟·渗透·应用
【剖析】步骤一、判断感应电动势的正负极，画出该装置的等效电路图；
（此题中，安培力的方向与金属棒运动方向相反）
电磁感应 综合运用
感悟·渗透·应用
【例2】如图所示，有两根和水平方向成a角的光滑平行的金属轨道，上端 接有电阻R，下端足够长，空间有垂直于轨道平面的匀强磁场，磁感强度为 B．一根质量为m的金属杆从轨道上由静止滑下， 金属棒内阻不计；设金属 棒长为L，试求：
为V时，求此时杆中的电流及其加速度的大小； ⑶求下滑过程中，杆可以达到的最大速度。
电磁感应 综合运用
感悟·渗透·应用
【例2】如图所示，有两根和水平方向成a角的光滑平行的金属轨道，
上端接有电阻R，下端足够长，空间有垂直于轨道平面的匀强磁
场，磁感强度为B．一根质量为m的金属杆从轨道上由静止滑下，
金属棒内 阻不计；设金属棒长为L，试求：
电磁感应的综合运用
第十二章 电磁感应
第三节 电磁感应的综合运用
电磁感应的综合运用通常可分解为以下四类基本问题：
１、电路分析问题 ２、力和运动的动态分析问题 ３、能量转化分析问题 ４、图像分析问题
电磁感应 综合运用
一、电路分析问题
1、电路问题的特点：
切割磁感线
导体运动 电磁感应
感应电动势E、I
电路综合 分析问题
感悟·渗透·应用
【例1】如图所示，光滑的平行导轨P、Q相距l=1m，处在
同一水平面中，导轨左端接有如图所示的电路，其中水
平放置的平行板电容器C两极板间距离d=10mm，定值电阻
R1=R3=8Ω，R2=2Ω，其它电阻均不计.磁感应强度
B=0.4T的匀强磁场竖直向下穿过导轨面.当金属棒ab沿 导轨向右匀速运动(开关S断开)时，电容器两极板
当S断开时
当S闭合时
步骤二、运用相关的电学和力学知识分析；
①S断开时，由微粒保持静止可得：mg
Eq
Uq d
金属棒ab电阻不计，则有： U Bvl
联立可得：v
mgd Blq
2.5m
s
②S闭合时，由带电粒子受力可得： mg U2q ma d
即：U 2
m(g a)d q
0.3V
由欧姆定律可得：
对其它电路供电
主要侧重于分析电路各部分的电流和电压等相关问题。
电磁感应 综合运用
一、电路分析问题
2、相关知识
法拉第电磁感应定律； 闭合回路欧姆定律，电阻的串、并联； 静电场与电容，电量，电热。
电磁感应 综合运用
一、电路分析问题
3、基本分析方法 ①画出等效电路图； ②利用电学相关知识求解相关问题。
E
I
运动V
F
a
V）
电磁感应E、I
安培力F
F和V关系： ①F和V之间具有瞬间对应的关系； ②F与主运动者的运动方向相反； ③“阻碍”的体现。
电磁感应 综合运用
二、力和运动结合的动态分析问题
2、分析电磁感应现象中力学问题的基本方法： ⑴选择研究对象。(即是哪一根导体棒或哪几根导体棒组成的系统；) ⑵(利用法拉第电磁感应定律和楞次定律)求感应电动势E的大小和方向； ⑶求(出回路中的)电流I大小； ⑷分析(所选定的研究对象的)受力F情况； ⑸(根据牛顿定律)分析加速度a和速度v的变化.(并求解相关问题)
电磁感应 综合运用
感悟·渗透·应用
【例2】如图所示，有两根和水平方向成a角的光滑平行的金属轨道， 上端接有电阻R，下端足够长，空间有垂直于轨道平面的匀强磁 场，磁感强度为B．一根质量为m的金属杆从轨道上由静止滑下， 金属棒内 阻不计；设金属棒长为L，试求： ⑴试分析金属棒在轨道上做怎样的运动？
⑵ 在金属棒加速下滑过程中，当其速度大小
⑴试分析金属棒在轨道上做怎样的运动？
⑵ 在金属棒加速下滑过程中，当其速度大小
为V时，求此时杆中的电流及其加速度的大小； ⑶求下滑过程中，杆可以达到的最大速度。
【解析】
N
1、对导体棒受力分析如图
3、电学： E BLv
I BLv R
力学：由牛顿定律可得
Biblioteka Baidu
F mg sin BIl ma
∵ F BIL B2L2v R
⑴试分析金属棒在轨道上做怎样的运动？
R
⑵ 在金属棒加速下滑过程中，当其速度大小
B
为V时，求此时杆中的电流及其加速度的大小；
⑶求下滑过程中，杆可以达到的最大速度。
【解析】 1、对导体棒受力分析如图
F α
2、导体棒的运动：
α
①当a>0，v增加，则导致a减小；做a减小的变加速直线运动；不稳定
②当a=0，v不变，则a保持为0，此时V最大；做匀速直线运动。稳定
R13
R1R3 R1 R3
4
联立可得： v 2.25m / s
I Bvl U2 0.15A R13 R2 R13 R2 R2
对棒可得： F外 BIl 0.06N 由功率定义可得： P F外v 0.135w
电磁感应 综合运用
二、力和运动结合的动态分析问题
1、各量之间关系：
（V
mg
mgR
即
v B 2 L2
则：先做变减速直线运动（稳定），后做匀速直线运动（稳定）。
电磁感应 综合运用
三、能量转化分析问题
1、不同形式能量之间转化关系：
机械能
电能
【解析】：进入磁场前做自由落体运动
1、当进入磁场时：
F安
mg
B 2 L2v R
即
则：一直做匀速直线运动（稳定）
v
mgR B 2 L2
2、当进入磁场时：F安
B 2 L2v R
mg
即
v
mgR B2 L2
则：先做a减小的变加速运动（不稳定），后作匀速直线运动（稳定）。
3、当进入磁场时：
F安
B 2 L2v R
∴ a g sin BIl g sin B2l2v
m
mR
当a=0 m s2 时，V达到最大值，即:
Vm
mgR sin B2 L2
电磁感应 综合运用
感悟·渗透·应用
【例3】如图所示，两根竖直平行放置的光滑金属导轨 M、N， 与一电阻R相连，导轨足够长，间距为L;有一 内阻不计的金属杆ab横放在M、N之间，ab杆的正下方 有一有界的匀强磁场，磁感应强度为B，方向垂直于纸 面向里现将ab由静止释放，试分析将ab由静止释放后做 怎样的运动？
P
之间质量m 11014 kg、带电量Q 11015 C的微粒恰好静止不动；取g=10 m s2，求：
(1)金属棒ab运动的速度多大?
(2)S闭合后，欲使微粒以加速度a=7 m s2,
Q
向下做匀加速运动，则使金属棒ab做匀速运动的外力
的功率多大?
电路综合 分析问题
感悟·渗透·应用
【剖析】步骤一、判断感应电动势的正负极，画出该装置的等效电路图；
（此题中，安培力的方向与金属棒运动方向相反）
电磁感应 综合运用
感悟·渗透·应用
【例2】如图所示，有两根和水平方向成a角的光滑平行的金属轨道，上端 接有电阻R，下端足够长，空间有垂直于轨道平面的匀强磁场，磁感强度为 B．一根质量为m的金属杆从轨道上由静止滑下， 金属棒内阻不计；设金属 棒长为L，试求：
为V时，求此时杆中的电流及其加速度的大小； ⑶求下滑过程中，杆可以达到的最大速度。
电磁感应 综合运用
感悟·渗透·应用
【例2】如图所示，有两根和水平方向成a角的光滑平行的金属轨道，
上端接有电阻R，下端足够长，空间有垂直于轨道平面的匀强磁
场，磁感强度为B．一根质量为m的金属杆从轨道上由静止滑下，
金属棒内 阻不计；设金属棒长为L，试求：