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电磁感应综合问题

时间:2013-11-17 15:55:37 点击:

  核心提示:知识点总结本部分内容包含:电磁感应中的动力学问题、电磁感应中的能量问题、电磁感应中的图像问题,电磁感应的电路问题,在利用能的转化和守恒定律解决电磁感应的问题时,要注意分析安培力做功的情况,因为安培力做...

知识点总结

        本部分内容包含:电磁感应中的动力学问题、电磁感应中的能量问题、电磁感应中的图像问题,电磁感应的电路问题,在利用能的转化和守恒定律解决电磁感应的问题时,要注意分析安培力做功的情况,因为安培力做的功是电能和其他形式的能之间相互转化的“桥梁”。

考点1. 电磁感应中的动力学问题

1.电磁感应中产生的感应电流在磁场中将受到安培力的作用,因此,电磁感应问题往往跟力学问题联系在一起,解决这类电磁感应中的力学问题,不仅要应用电磁学中的有关规律,如楞次定律、法拉第电磁感应定律、左右手定则、安培力的计算公式等,还要应用力学中的有关规律,如牛顿运动定律、动量定理、动能定理、动量守恒定律、机械能守恒定律等。要将电磁学和力学的知识综合起来应用。

2.电磁感应与动力学、运动学结合的动态分析,思考方法是:电磁感应现象中感应电动势→感应电流→通电导线受安培力→合外力变化→加速度变化→速度变化→感应电动势变化→……周而复始地循环,循环结束时,加速度等于零,导体达到稳定状态.

考点2.带电粒子在复合场中的运动实例

1.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将产生感应电动势,该导体或回路就相当于电源,将它们接上电阻等用电器,便可对用电器供电,在回路中形成电流;将它们接上电容器,便可使电容器充电,因此电磁感应问题又往往跟电路问题联系在一起。解决这类问题,不仅要考虑电磁感应中的有关规律,如右手定则、楞次定律和法拉第电磁感应定律等,还要应用电路中的有关规律,如欧姆定律、串联、并联电路电路的性质等。

2. 解决电磁感应中的电路问题,必须按题意画出等效电路图,将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内电阻,求电动势要用电磁感应定律,其余问题为电路分析及闭合电路欧姆定律的应用。

3. 一般解此类问题的基本思路是:

①明确哪一部分电路产生感应电动势,则这部分电路就是等效电源

②正确分析电路的结构,画出等效电路图

③结合有关的电路规律建立方程求解.

考点3.电磁感应中的能量问题

1.  产生和维持感应电流的存在的过程就是其它形式的能量转化为感应电流电能的过程。

导体在达到稳定状态之前,外力移动导体所做的功,一部分消耗于克服安培力做功,转化为产生感应电流的电能或最后在转化为焦耳热,另一部分用于增加导体的动能,即

导体达到稳定状态(作匀速运动时),外力所做的功,完全消耗于克服安培力做功,并转化为感应电流的电能或最后在转化为焦耳热.

2.在电磁感应现象中,能量是守恒的。楞次定律与能量守恒定律是相符合的,认真分析电磁感应过程中的能量转化,熟练地应用能量转化与守恒定律是求解叫复杂的电磁感应问题常用的简便方法。

3.安培力做正功和克服安培力做功的区别:

电磁感应的过程,同时总伴随着能量的转化和守恒,当外力克服安培力做功时,就有其它形式的能转化为电能;当安培力做正功时,就有电能转化为其它形式的能。

4.在较复杂的电磁感应现象中,经常涉及求解耳热的问题。尤其是变化的安培力,不能直接由Q=I2Rt解,用能量守恒的方法就可以不必追究变力、变电流做功的具体细节,只需弄清能量的转化途径,注意分清有多少种形式的能在相互转化,用能量的转化与守恒定律就可求解,而用能量的转化与守恒观点,只需从全过程考虑,不涉及电流的产生过程,计算简便。这样用守恒定律求解的方法最大特点是省去许多细节,解题简捷、方便。

考点4.电磁感应中的图像问题

1.电磁感应中常涉及磁感应强度B、磁通量Φ、感应电动势E和感应电流I随时间t变化的图像,即B-t图像、Φ-t图像、E-t 图像和I-t图像等。对于切割磁感线产生感应电动势和感应电流的情况还常涉及感应电动势E和感应电流I随线圈位移x变化的图像,即E-x图像和I-x图像。

2. 这些图像问题大体上可分为两类:由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图像,或由给定的有关图像分析电磁感应过程,求解相应的物理量。

3. 不管是何种类型,电磁感应中的图像问题常需利用右手定则、楞次定律和法拉第电磁感应定律等规律分析解决。

 

常见考法

        每年全国各省常以大型计算题形式考查电磁感应与直流电路、牛顿运动定律、功能关系、图像的综合应用题,难度一般较大有时也做为压轴题的形式出现,电磁感应现象中的动态分析和能量守恒定律是常考的热点之一,而电路、力学知识很多时候通过图像来考查也是热点之一。

误区提醒

        从能量的观点着手,运用动能定理或能量守恒定律.基本方法是:受力分析→弄清哪些力做功,做正功还是负功→明确有哪些形式的能参与转化,哪些增哪些减→由动能定理或能量守恒定律列方程求解. 例如,如图所示,金属棒ab沿导轨由静止下滑时,重力势能减少,一部分用来克服安培力做功转化为感应电流的电能,最终在R上转化为焦耳热,另一部分转化为金属棒的动能.若导轨足够长,棒最终达到稳定状态匀速运动时,重力势能的减少则完全用来克服安培力做功转化为感应电流的电能.因此,从功和能的观点入手,分析清楚电磁感应过程中能量转化的关系,是解决电磁感应问题的重要途径之一.

例题2.如图所示,两根间距为L=1m的金属导轨MN和PQ,电阻不计,左端向上弯曲,其余水平,水平导轨左端有宽度为d=2m,方向竖直向上的匀强磁场i,右端有另一磁场ii,其宽度为d,但方向竖直向下,两者B均为1T,有两根质量均为m=1kg,电阻均为R=1Ω,的金属棒a与b与导轨垂直放置,b棒置于磁场ii中点C,D处,导轨除C,D外(对应距离极短)其余均为光滑,两处对棒可产生总的最大静摩擦力为自重的0.2倍,a棒从弯曲导轨某处由静止释放,当只有一根棒做切割磁感线运动时,它速度的减小量与它在磁场中通过的距离成正比,即Δv∝Δx    (1)若棒a从某一高度释放,则棒a进入磁场i时恰能使棒b运动,判断棒b运动方向并求出释放高度   (2)若将棒a从高度为0.2m的某处释放结果棒a以1m/s的速度从磁场i中穿出求两棒即将相碰时棒b所受的摩擦力    (3)若将棒a从高度1.8m某处释放经过一段时间后棒a从磁场i穿出的速度大小为4m/s,且已知棒a穿过磁场时间内两棒距离缩短2.4m,求棒a从磁场i穿出时棒b的速度大小及棒a穿过磁场i所需的时间(左为a,右为b)

 

作者:不详 来源:网络
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