高三物理磁与电的转化知识精讲 北师大版

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1、高三物理磁与电的转化知识精讲北师大版一.本周教学内容：磁与电的转化二.重点、难点1.平移切割––––滑轨问题平移切割磁感线最常见的模型是在匀强磁场中的滑轨问题。下图是常见的四种轨道示意图。计算滑轨类题目的感应电动势时，一般使用公式ε＝Blv。公式中的v必须同时垂直于l和B。v可以是瞬时速度，也可以是平均速度。v为瞬时速度时，ε也是瞬时值；v为平均值时，ε也为平均值。该类问题的动力学特征关系可以表示为：若导线足够长，反复作用的结果，可使导体最终以一定的速度匀速运动。2.旋转切割–––法拉第圆盘下图中的四个图形均是常见的旋转切割模型。匀速旋转切割磁感线的导体中各部分线速度不同，但角

2、速度相同，从圆心到边缘各点的线速度随半径作线性变化，平均速度属棒（盘）上有感应电流通过时，将受到阻碍其转动的安培力矩作用，为使棒匀速转动必须提供外力矩。在计算安培力的力矩时，必须注意安培力的作用点在棒的中心。3.线圈转动切割––––交流发电机闭合线圈在匀强磁场中匀速转动时，只要转轴与磁感线垂直。线圈中就产生正弦交流电，其最大值Em＝NBSω，与线圈的形状和轴的位置无关。计算电动势时，用必须注意瞬时值、平均值、有效值、最大值等量之间的区别和联系。这类问题的动力学特征与“2”中讨论的问题类似。4.楞次定律的灵活应用在电和磁的转化中，利用楞次定律进行定性的分析判断的问题最为普遍。对楞

3、次定律的理解关键是“阻碍”二字，千万不要把“阻碍”错误地理解为“相反”。“阻碍”不是“阻止”它不仅有“反抗”的含义，还有“补偿”的意思。进一步推广还可以具体简化为以下三种情况：①阻碍原磁通的变化；②阻碍导体间的相对运动；③阻碍原电流的变化。（二）电和磁相互转化中的能量问题从能量的角度分析，电和磁的转化过程就是不同形式的能的转化过程。要解决这部分内容中的综合题，除需要进行动力学分析、电路分析之外，更重要的是做好能量的分析。切割磁感线的导体作为一个电磁学研究对象有感应电动势、感应电流、两端电压、电流做功、电阻发热等问题；作为一个力学对象有受力、加速度、动能、动量及其变化等问题；所以

4、电磁感应和力学知识发生联系是必然的。由于这类问题中物理过程比较复杂，状态变化过程中变量比较多，关键是能抓住状态变化过程中变量“变”的特点和规律，从而确定状态变化过程中的临界点，求解时注意从动量、能量的观点出发，运用相应的规律进行分析和解答。【典型例题】例1.如图甲，水平放置的两平行导轨左侧连接电阻，其他电阻不计，导体杆MN放在导轨上，在水平恒力F的作用下，沿导轨向右运动，并将穿过方向竖直向下的有界匀强磁场，磁场边界PQ与MN平行，从MN进入磁场开始计时，通过MN的感应电流i随时间t的变化可能是图乙中的解析：棒在进入磁场之前所受的合外力为F，它从静止开始做匀加速直线运动。假设棒到

5、达PQ时的速度为v，则刚进入磁场时棒产生的感应电动势为E＝Blv。所以回路中的感应电流大小为：讨论：（1）若刚进入磁场时F＝F’，则加速度a＝0，则棒之后运动时F不变，F’也不变，棒做匀速直线运动，感应电流保持不变。选项A正确。（2）若刚进入磁场时FF’，则a>0，棒将做加速运动。在运动的过程中，随着v的增大，加速度也将减小，但F’增大，最后F＝F’，棒做匀速直线运动，所以速度和电流的图像

6、均如D选项所示。说明：为了分析清楚电流随时间的变化规律，本题的分析过程比较详细。但在具体解答该题时，仅做定性分析即可。例2.如图甲所示，截面积为0.2m2的100匝圆形线圈A处在变化磁场中，磁场方向垂直线圈截面，其磁感强度B随时间t的变化规律如图乙所示。设向外为B的正方向，线圈A上的箭头为感应电流I的正方向，R1＝4Ω，R2＝6Ω，C＝30μF，线圈内阻不计。求电容器充电时的电压和2s后电容器放电的电量。解析：由题给B－t图像可知，在0～1s内，B为负值，表示其方向向里，B在逐渐减小，由楞次定律可知线圈中将产生顺时针方向的感应电流；在1～2s内，B为正值，表示其方向向外，B在逐

7、渐增大，同样由楞次定律可知线圈中仍将产生顺时针方向的感应流。在0～2s内，线圈A与电阻R1、R2组成闭合回路，回路中有感应电流，此时，电容器C处于充电状态。由题给B－t图像，可知磁感应强度的变化率为：线圈A中的感应电动势为：通过R2的电流强度为：电容器C上的电压即为R2两端的电压，所以UC＝IR2＝0.24V2s后磁场消失（B＝0），电容器通过电阻和线圈放电；放电的电量即为充电后电容器上的带电量，所以例3.如图所示，位于同一水平面内的两根平行导轨间的距离为l，导线的左端连接一个耐压足够大的电