高中物理电磁感应处理方法举例.doc

教学随笔
电磁感应处理方法举例
在电磁感应现象中，可将电动势的产生分为两类：一类是感生电动势，即是由于闭合线圈中的磁通量发生变化所引起的，也就是我们所讲的S不变，B变化的情况；另一类是动生电动势，即由导体棒在磁场中切割磁感线，导体棒的电荷由于受到洛沦兹力的作用而发生定向移动，从而在导体棒的两端产生电势差。围绕着这两种产生的原因，在高中阶段的具体的问题分为下面三类：
B变化，S不变
1．如图所示，一个50匝的线圈的两端跟R=99Ω的电阻相连接，置于竖直向下的匀强磁场中．线圈的横截面积是20cm2，电阻为1Ω，磁感应强度以100T／s的变化率均匀减小．在这一过程中通过电阻R的电流为多大?
解析：线圈中的磁感应强度B发生变化，从而引起线圈中的磁通量发生变化，因而线圈相当于一个电源。根据题意，
I==1\*GB3①
E=N=N=2\*GB3②
由=1\*GB3①=2\*GB3②两式，将具体数据代入，可得：I=1.1A.
B不变，S变化
2．如图所示，在竖直向下的磁感应强度为B的匀强磁场中，有两根水平放置相距L且足够长的平行金属导轨AB、CD，在导体的AC端连接一阻值为R的电阻，一根垂直于导轨放置的金属棒ab，质量为m，导轨和金属棒的电阻及它们间的摩擦不计，若用恒力F沿水平向右拉棒运动，求金属棒的最大速度．
解析：此题为一根导体棒在磁场中切割磁感线产生动生电动势的情况。导体棒ab在切割磁感线的过程，产生了感应电动势，同时，电阻R和导体棒构成一个闭合回路，当有电流流过导体棒ab时，棒ab又受到安培力F安的作用。导体棒在两个力的作用下做加速运动，当棒ab的加速度a=0时，棒ab的速度达到最大。
E=BLv=1\*GB3①I==2\*GB3②
F安=BLI=3\*GB3③a==4\*GB3④
由=1\*GB3①=2\*GB3②=3\*GB3③=4\*GB3④可得a=-
当a=0时，Vmax=
3、如图所示，在水平面上有两条平行导轨MN，PQ，导轨间距离为l,匀强磁场垂直于导轨所在的平面(纸面)向里，磁感应强度的大小为B。两根金属杆1、2摆在导轨上，与导轨垂直，它们的质量和电阻分别
为m1，m2和R1、R2，两杆与导轨接触良好，与导轨间的动摩擦因数皆为μ，已知杆1被外力拖动，以恒定的速度v0，沿导轨运动，达到稳定状态时，杆2也以恒定速度沿导轨运动，导轨间的电阻可忽略，求此时杆2的速度的大小。
解析：此题中杆1、2(两杆的长度相同)都在切割磁感线，因此导体棒1、2各自都产生动生电动势。由题意可知，杆2如果要以恒定速度沿导轨运动，则杆2所受到的摩擦力与安培力平衡，而杆2要受到安培力的作用，可得杆2和杆1的速度肯定不相等。设杆2的速度为v
E=Bl（v0-v）=1\*GB3①
I==2\*GB3②
BlI=3\*GB3③
当杆2匀速运动时，μm2g=4\*GB3④
由=1\*GB3①=2\*GB3②=3\*GB3③=4\*GB3④可得v=v0-
4.图中a1b1c1d1和a2b2c2d2为在同一竖直面内的金属导轨，处在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直导轨所在的平面(纸面)向里。导轨的a1b1与a2b2段是竖直的，距离为l1;c1d1与c2d2段也是竖直的，距离为l2。x1y1与x2y2两根用不可伸长的绝缘轻线相连的金属细杆，质量分别为m1和m2，它们都垂直于导轨并与导轨保持光滑接触。两杆与导轨构成的回路的总电阻为R。F为作用于金属杆x1y1上的竖直向上的恒力。已知两杆运动到图示位置时，已匀速向上运动，求此时作用于两杆的重力的功率的大小。
解析:此题亦是两根细杆在切割磁感线，与上题不同的是两金属杆x1y1和x2y2在切割磁感线的过程中速度相等，但杆x1y1和x2y2的长度不相等。x1y1和x2y2在切割磁感线的过程中,都产生感应电动
势,其等效的感应电动势为E=Bl(l2-l1)=1\*GB3①
等效电流:I==2\*GB3②
以x1y1和x2y2做为整体进行受力分析可知:F=(m1+m2)g+F安=3\*GB3③
F安=BI(l2-l1)=4\*GB3④
由=1\*GB3①=2\*GB3②=3\*GB3③=4\*GB3④可得v=
进而可求得重力的功率P=Gv
三．B变，S亦变
5．如图所示，两根平行金属导轨固定往水平桌面上，每根导轨每米的电阻为r0=0.10Ω/m,导轨的端点P、Q用电阻可忽略的导线相连，两导轨间的距离l=0.20m，有随时间变化的匀强磁场垂直于桌面，已知磁感应强度B与时间t的关系为B=kt,比例系数k=0.020T／s，一电阻不计的金属杆可在导轨上无摩擦