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(共24张PPT)
第二章 电磁感应
电磁感应电路、动力学、图象、能量、动量专题
新教材人教版 物理（选择性必修第二册）
温故知新
关于电磁感应我们已经学习了哪些知识？
1、产生感应电流的条件
（1）闭合电路 （2）磁通量变化
2、产生感应电流的方向
楞次定律和右手定则（切割）
3、感应电动势的大小
平均感应电动势
瞬时感应电动势（切割）
电磁感应的电路问题
典例讲解
（教材P46—6）如图所示，电阻Rab为0.1Ω的导体棒ab沿光滑导线框向右做匀速运动，线框中接有电阻R为0.4Ω。线框放在磁感应强度B为0.1T的匀强磁场中，磁场方向垂直于线框平面。导体棒ab的长度l为0.4m，运动的速度v为5m/s。线框的电阻不计。
（1）电路abcd中哪部分相当于电源？哪个位置相当于电源的正极？哪一部分相当于闭合电路中的外电路？
（2）电动势多大？内阻多大？感应电流多大？ab间的电压多大？
电磁感应的电路问题
典例讲解
（教材P46—6）如图所示，电阻Rab为0.1Ω的导体棒ab沿光滑导线框向右做匀速运动，线框中接有电阻R为0.4Ω。线框放在磁感应强度B为0.1T的匀强磁场中，磁场方向垂直于线框平面。导体棒ab的长度l为0.4m，运动的速度v为5m/s。线框的电阻不计。
（3）ab棒向右运动时所受的安培力有多大？
（4）ab棒所受安培力的功率有多大？电阻R的发热功率有多大？电阻Rab发热功率有多大？从能的转化和守恒角度说一说这三个功率关系的含义。
电磁感应的电路问题
典例讲解
电磁感应中电路问题分析思路：
1.明确哪部分电路或导体产生感应电动势，该部分电路或导体就相当于电源，其他部分是外电路；
2.画等效电路图，分清内、外电路；
3.用法拉第电磁感应定律或E=Blv确定感应电动势的大小，用楞次定律或右手定则确定感应电流的方向。注意在等效电源内部，电流方向从负极流向正极；
4.运用闭合电路欧姆定律、串并联电路特点、电功率等公式联立求解。
电磁感应的电路问题
跟踪训练
如图所示，水平放置的两平行金属导轨相距l=0.50m，左端接一电阻R=0.2Ω，磁感应强度B=0.40T的匀强磁场方向垂直于导轨平面向下，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可忽略不计。当棒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的大小。
电磁感应的电路问题
变式训练
如图1所示，一个圆形的单匝线圈，线圈面积S=0.2m2，线圈的电阻r=1Ω，线圈外接一个阻值的电阻R=4Ω，把线圈放入一方向垂直线圈平面向里的匀强磁场中，磁感应强度随时间的变化规律如图2所示，求：
（1）t=0.2s时流过电阻R的电流大小和方向；
（2）在t=0.5s时ab两点的电势差Uab是多少？
（3）0~0.6s整个电路中产生的热量。
（4）前0.6s内的平均感应电动势是多少
电磁感应的电路问题
拔高训练
（教材P46—3）如图2—9所示，固定在匀强磁场中的正方形导线框abcd边长为l，其中ab边是电阻为R的均匀电阻丝，其余三边是电阻可忽略的铜导线，匀强磁场的磁感应强度为B，方向垂直于纸面向里。现有一段长短、粗细、材料均与ab边相同的电阻丝PQ架在线框上，并以恒定速度v从ad边滑向bc边。PQ在滑动过程中与导线框的接触良好。当PQ滑过l/3的距离时，通过aP段电阻丝的电流是多大？
温故知新
关于动力学我们已经学习了哪些知识？
匀变速直线运动的运动规律
牛顿第二定律
电磁感应的动力学问题
典例讲解
如图所示，两根足够长的光滑导轨竖直放置，间距为L=0.2m，顶端接阻值为R=2Ω的电阻，质量为m=1kg、电阻为r=0.5Ω的金属棒在距磁场上边界h=5m处由静止释放，金属棒和导轨始终接触良好，导轨所在平面与磁感应强度为B=5T的匀强磁场垂直，不计导轨的电阻，重力加速度为g=10m/s2。
（1）金属棒刚进入磁场时受到的安培力；
（2）金属棒运动的最大速度。
电磁感应的动力学问题
典例讲解
电磁感应问题中电学对象与力学对象的相互制约关系：
如图所示，在竖直平行光滑导电导轨上端接一阻值为R的电阻，导轨间距为l，电阻不计，导轨上套有一根金属棒ab，其电阻为R/2，质量为m，空间有匀强磁场，方向垂直纸面向里，磁感应强度为B，求：
（1）ab棒下落的最大速度；
（2）此时ab两端的电压。
电磁感应的动力学问题
跟踪训练
如图所示，两个光滑金属导轨MN和PQ平行，间距L=1m，与水平面之间的夹角α=37°，匀强磁场磁感应强度B=2T，方向垂直于导轨平面向上，MP间接有阻值的R=1.6Ω电阻，质量m=1kg、电阻r=0.4Ω的金属杆ab垂直导轨放置，导轨足够长，sin37°=0.6，g=10m/s2。把金属杆由静止释放，求：金属杆的最大速度vm
电磁感应的动力学问题
变式训练
电磁感应的电路问题
拔高训练
（教材P45—B组第4题）如图所示，MN和PQ是两根互相平行、竖直放置的光滑金属导轨，已知导轨足够长，且电阻不计。ab是一根与导轨垂直而且始终与导轨接触良好的金属杆，金属杆具有一定质量和电阻。开始时，将开关S断开，让杆ab由静止开始自由下落，过段时间后，再将S闭合。若从S闭合开始计时，请画出金属杆的速度随时间变化的可能图像，并结合图像对金属杆的受力和运动变化情况作出解释。
温故知新
关于能量我们已经学习了哪些知识？
重力做功
动能定理
安培力做功
电磁感应的能量问题
典例讲解
如图所示，处于匀强磁场中的两根足够长、电阻不计的光滑平行金属导轨相距L=1m，导轨平面与水平面成θ=37°角，下端连接阻值为的电阻R=7.5Ω。磁场方向垂直导轨平面向上，B=1T。质量为0.2kg、电阻r=2.5Ω的金属棒ab放在两导轨上，棒与导轨垂直并保持良好接触，棒从静止到速度稳定下滑的距离为15m。不计空气阻力，g=10m/s2。
（1）求金属棒下滑速度达到稳定时的速度大小；
（2）求此过程中，通过R的电荷量；
（3）求此过程R产生的热量。
电磁感应的能量问题
跟踪训练
如图所示，光滑平行足够长的金属导轨MN、PQ间距为d=1m，与水平地面成θ=37°角放置，Q端接地，阻值为R=18Ω的电阻接在M、P间，导轨电阻忽略不计，匀强磁场垂直导轨平面向下，磁感应强度为B=0.5T，质量为m=0.2kg，电阻为r=2Ω的导轨棒垂直于轨道，由静止释放，下滑距离s=3m，速度为v=4m/s，重力加速度g=10m/s2，求
（1）导体棒速度为v时，PM点的电势差。
（2）从释放到导体棒速度为v的过程中，电阻R中产生的热量Q。
电磁感应的能量问题
变式训练
如图所示，两根足够长的平行光滑金属导轨MN、PQ间距L＝0.5m，导轨平面与水平面夹角θ＝30°，N、Q两端和M、P两端分别接R＝4Ω的相同定值电阻。一根金属棒ab垂直导轨放置，棒ab的两端与导轨始终接触良好，整个装置处于垂直导轨平面向上、磁感应强度大小为B＝4T的匀强磁场中，金属棒ab在平行于导轨向上、大小为F＝4N的拉力作用下，由静止沿导轨开始向上运动x＝0.6m时达到最大速度。已知金属棒ab的质量m＝0.4kg，电阻r＝2Ω，重力加速度g取10m/s2，其他电阻不计，求：
（1）金属棒ab的最大速度；
（2）此过程中，流过M、P间定值电阻的电荷量；
（3）此过程中，金属棒ab产生的焦耳热。
延伸：此过程中，M、P间定值电阻产生的焦耳热
电磁感应的能量问题
拔高训练
如图所示，两平行光滑导轨间距为L=0.5m，两端分别接电阻R1=6Ω，R2=3Ω，导轨的水平部分足够长，处在竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度大小B=1.2T，导体棒与导轨垂直，从距水平部分高h=1.25m处无初速释放，导体棒质量m=0.12kg，电阻r=1Ω，其余电阻不计，重力加速度g取10m/s2。求：
（1）导体棒刚进入磁场时的加速度大小；
（2）电阻R1两端的最大电压；
（3）整个过程电阻R1产生的热量。
温故知新
我们接触过哪些图像问题？
v—t图象
U—I图象
图线均与公式（函数表达式）相符合
电磁感应的图象问题
典例讲解
（教材P44—7）在竖直方向的匀强磁场中，水平放置一圆形导体环。规定导体环中电流的正方向如图甲所示，磁场向上为正。当磁感应强度B随时间t按乙图变化时，请画出导体环中感应电流随时间变化的图像。
电磁感应的图象问题
典例讲解
光滑绝缘水平桌面上的正方形区域内，存在竖直向下的匀强磁场，一粗细均匀的直角三角形金属线框置于桌面上，如图所示。现用一水平外力F将线框匀速拉出磁场区域，此过程中，线框中的电流I随时间t变化的关系图像正确的是（ ）
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电磁感应的图象问题
变式训练
如图所示，直角边长为2d的等腰直角三角形EFG区域内存在垂直纸面向外的匀强磁场，左侧有边长为d的正方形金属线框ABCD以恒定速度v水平穿过磁场区域，设逆时针方向为电流正方向，则线框通过磁场过程中，感应电施i随时间t变化的图象是（ ）
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电磁感应的图象问题
拔高训练
如图是一边长为L的正方形金属框放在光滑水平面上的俯视图，虚
线右侧存在竖直向上的匀强磁场。金属框电阻为R，t=0时刻，金
属框在水平拉力F作用下从图示位置由静止开始，以垂直于磁场边
界的恒定加速度进入磁场，t1时刻线框全部进入磁场。则0~t1时间
内金属框中电流i、电量q、运动速度v和拉力F随位移x或时间t变化关系可能正确的是（ ）
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