电磁感应规律的综合应用

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1、学科：物理教学内容：电磁感应规律的综合应用 【基础知识归纳】与本章知识有关的综合题主要表现在以下几方面：1．电磁感应问题与电路问题的综合．电磁感应提供电路中的电源，解决这类电磁感应中的电路问题，一方面要考虑电磁学中的有关规律如右手定则、法拉第电磁感应定律等；另一方面还要考虑电路中的有关规律，如欧姆定律、串并联电路的性质等，有时可能还会用到力学的知识．2．电磁感应中切割磁感线的导体要运动，感应电流又要受到安培力的作用，因此，电磁感应问题又往往和力学问题联系在一起，解决电磁感应中的力学问题，一方面要考虑电磁学中

2、的有关规律；另一方面还要考虑力学中的有关规律，要将电磁学和力学的知识综合起来应用． 【方法解析】1．电磁感应中的电路分析．在电磁感应中，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，则该导体或回路就相当于电源．将它们接上电容器可以使电容器充电；将它们接上电阻或用电器可以对用电器供电．在回路中形成电流．2．电磁感应中的动力学分析和能量分析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、能量及其变化等问题；所以电

3、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． 【典型例题精讲】［例1］如图12—3—1所示，光滑导轨倾斜放置，其下端连接一个灯泡，匀强磁场垂直于导轨所在平面，当ab棒下滑到稳定状态时，小灯泡获得的功率为P0，除灯泡外，其他电阻不计，要使稳定状态灯泡的功率变为2P0，下列措施正确的是A．换一个电阻为原来一半的灯泡B．把

4、磁感应强度B增为原来的2倍C．换一根质量为原来的倍的金属棒D．把导轨间的距离增大为原来的倍【解析】解答这类问题的基本思路是：先求出灯泡功率P与其他量的关系式，然后再讨论各选项是否正确．金属棒在导轨上下滑的过程中，受重力mg、支持力FN和安培力F＝IlB三个力的作用．其中安培力F是磁场对棒ab切割磁感线所产生的感应电流的作用力，它的大小与棒的速度有关．当导体棒下滑到稳定状态时（匀速运动）所受合外力为零，则有mgsinθ＝IlB．此过程小灯泡获得稳定的功率P＝I2R．由上两式可得P＝m2g2Rsin2θ／B2l

5、2．要使灯泡的功率由P0变为2P0，根据上式讨论可得，题目所给的四个选项只有C是正确的．【思考】（1）试分析在棒下滑的整个过程中，不同形式的能量是如何转化的?（2）此题的答案与磁场的方向是否有关?【思考提示】（1）棒加速下滑时，它减小的重力势能一部分转化为电能，电能又转化为内能，另一部分转化为棒的动能．棒匀速下滑时，减小的重力势能全部转化为电能，电能又转化为内能．（2）答案与磁场方向无关（只要导线下滑时切割磁感线即可）．【设计意图】通过本例说明电磁感应过程中能量的转化关系，并说明利用能量转化观点分析电磁

6、感应过程的方法．［例2］水平放置的金属框架abcd，宽度为0.5m，匀强磁场与框架平面成30°角，如图12—3—2所示，磁感应强度为0.5T，框架电阻不计，金属杆MN置于框架上可以无摩擦地滑动，MN的质量0.05kg，电阻0.2Ω，试求当MN水平匀速运动的速度为多大时，它对框架的压力恰为零，此时水平拉力应为多大？（g取10m/s2）【解析】当金属杆对框架无压力时受力如图12—3—3所示，根据平衡条件得此时水平拉力为F＝mgtan30°＝0.05×10×N＝0.29N安培力大小为F安＝①MN中产生的感应电

7、动势为E＝BLvsin30°②闭合电路中的感应电流为I＝③安培力为F安＝BIL④由①②③④解得金属杆匀速运动的速度为v＝＝m/s＝3.7m/s【说明】受力分析时要特别注意安培力总跟磁场方向垂直．本题中金属杆运动的方向与磁场方向成30°角，求电动势时要用公式E＝BLvsinθ，但是金属杆却是和磁场方向垂直的，安培力为F安＝BIL，而不是F安＝BILsinθ．【设计意图】通过本例说明导体的运动方向与磁场方向不垂直时，感应电动势的计算及电磁感应问题与力学综合问题的分析方法．［例3］如图12—3—4所示，

8、一个半径为r的铜圆盘可以绕垂直于其盘面的中心轴转动，圆盘所在区域内有方向垂直于盘面的磁感应强度为B的匀强磁场，盘的边缘缠绕着一根细长线，线的一端挂着质量为m的物体A．电阻R的一端与盘的中心相连接，另一端通过滑片与盘的边缘保持良好接触，不计铜盘的电阻，不计摩擦，现由静止释放物体A，铜盘也由静止开始转动，试求铜盘转动时角速度所能达到的最大值．图12—3—4【解析】解答本题的