电磁感应中的能量图像问题课件
33页1、4. 如图所示,水平导轨间距为L,左端接有阻值为R的定值电阻。在距左端x0处放置一根质量为m、电阻为r的导体棒,导体棒与导轨间无摩擦且始终保持良好接触,导轨的电阻可忽略,整个装置处在竖直向上的匀强磁场中,问:在下列各种情况下,作用在导体棒上的水平拉力F的大小应如何? (1)磁感应强度为B=B0 保持恒定,导体棒以速度v向右做匀速直线运动; (2)磁感应强度为B=B0+kt 随时间 t均匀增强,导体棒保持静止; (3)磁感应强度为B=B0保持恒定, 导体棒由静止始以加速度 a 向右做 匀加速直线运动;,(1)电动势为:E=BLv,电流为: I=,匀速运动时,外力与安培力平衡:F=B0IL=,(2) 由法拉第电磁感应定律得:,静止时水平外力与安培力平衡:,(3)任意时刻 t 导体棒的速度为:v=a t,由牛顿第二定律得: F-BIL=ma,解答,于是水平力为:,3.电磁感应中的图象问题,一、线圈在均匀磁场中运动时的i-t图象,二、线圈在均匀磁场中运动时的i-x图象,三、线圈在非均匀磁场中运动时的i-t图象,四、图象的应用,思考:你能作出ad间电压与时间的关系图象吗?,例1.如图所示,一宽4
2、0cm的匀强磁场区域,磁场方向垂直纸面向里一边长为20cm的正方形导线框位于纸面内,以垂直于磁场边界的恒定速度v20cm/s通过磁场区域,在运动过程中,线框有一边始终与磁场区域的边界平行取它刚进入磁场的时刻t0. 在下列图线中,正确反映感应电流随时间变化规律的是, c ,例2、如图所示,边长为L正方形导线圈,其电阻为R,现使线圈以恒定速度v沿x轴正方向运动,并穿过匀强磁场区域B,如果以x轴的正方向作为力的正方向,线圈从图示位置开始运动,则 (1)穿过线圈的磁通量随x变化的图线为哪个图? (2)线圈中产生的感应电流随x变化的图线为哪个图? (3)磁场对线圈的作用力F随x变化的图线为哪个图?,A,B,C,D, 1 , 2 , 3 ,例4、一金属圆环位于纸面内,磁场垂直纸面,规定向里为正,如图所示。现今磁场B随时间变化是先按oa图线变化,又按图线bc和cd变化,令E1、E2、E3分别表示这三段变化过程中感应电动势的大小,I1、I2、I3分别表示对应的感应电流,则E1、E2、E3的大小关系是_;电流I1的方向是_;I2的方向是_;I3的方向是_.,顺时针,E2=E3E1,逆时针方向,顺时针方向
3、,顺时针方向,例5、如图所示竖直放置的螺线管和导线abcd构成回路,螺线管下方水平桌面上有一导体环。当导线abcd所围区域内的磁场按下列哪一图示方式变化时,导体环将受到向上的磁场力作用?,B, A ,4.电磁感应中能量转化问题:,1、用法拉第电磁感应定律和愣次定律确定感应电 动势的大小和方向。,2、画出等效电路,求出回路中电阻消耗的电功率 表达式。,3、分析导体机械能的变化,用能量守恒关系得到 机械功率的改变与回路中电功率的改变所满足的方 程。,例. 在磁感应强度为B的水平均强磁场中,竖直放置一个冂形金属框ABCD,框面垂直于磁场,宽度BCL ,质量m的金属杆PQ用光滑金属套连接在框架AB和CD上如图.金属杆PQ电阻为R,当杆自静止开始沿框架下滑时: (1)开始下滑的加速度为 多少? (2)框内感应电流的方向怎样? (3)金属杆下滑的最大速度是多少? (4)从开始下滑到达到最大速度过程中重力势能转化为什么能量,解:,开始PQ受力为mg,所以 a=g,PQ向下加速运动,产生感应电流,方向顺时针, 受到向上的磁场力F作用。,达最大速度时, F=BIL=B2 L2 vm /R =mg,vm=
4、mgR / B2 L2,由能量守恒定律,重力做功减小的重力势能转化为使PQ加速增大的动能和热能,例题1、如图甲所示,足够长的金属导轨竖直放在水平方向的匀强磁场中,导体棒MN可以在导轨上无摩擦的滑动。已知匀强磁场的磁感应强度B0.4T,导轨间距为L0.1m,导体棒MN的质量为m=6g且电阻r=0.1,电阻R0.3,其它电阻不计,(g取10m/s2)求: (1)导体棒MN下滑的最大速度多大? (2)导体棒MN下滑达到最大速度后,棒克服安培力做功的功率,电阻R消耗的功率和电阻r消耗的功率为多大?,分析与解答:,等效电路如图乙所示,棒由静止开始 下滑,最后达到匀速运动。当匀速运 动时,由平衡条件得:,(2)匀速时,克服安培力做功的功率为:,电阻R消耗的功率:,电阻r消耗的功率:,例3. 竖直放置冂形金属框架,宽1m,足够长,一根质量是0.1kg,电阻0.1的金属杆可沿框架无摩擦地滑动.框架下部有一垂直框架平面的匀强磁场,磁感应强度是0.1T,金属杆MN自磁场边界上方0.8m处由静止释放(如图).求: (1)金属杆刚进入磁场时的感应电动势; (2)金属杆刚进入磁场时的加速度; (3)金属杆运动的
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