第五節(jié)電磁感應(yīng)規(guī)律的應(yīng)用-資料下載頁
2024-11-18 09:30本頁面
【導(dǎo)讀】第五節(jié)電磁感應(yīng)規(guī)律的應(yīng)用。知識點(diǎn)一法拉第電機(jī)。法拉第最早設(shè)計(jì)的“銅盤發(fā)電機(jī)”。如右圖所示，因?yàn)檎麄€(gè)圓盤可看。成是由許許多多輻條合并起來的，與其中一條半徑做切割磁感線運(yùn)。動(dòng)所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢大小、方。向相同，但內(nèi)阻很小，因此，通過與盤心的兩電刷即可向外電路供電，在法拉第電機(jī)中，產(chǎn)生。感應(yīng)電動(dòng)勢的那部分導(dǎo)體相當(dāng)于電源，如果它與用電器連。接就組成了閉合電路，在電源內(nèi)部，感應(yīng)電流的方向是從電源的負(fù)極。經(jīng)用電器流向電源的正極；在外電路，電流從電源的正極經(jīng)用電器流。直導(dǎo)線繞其一端在垂直勻強(qiáng)磁場的平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電。動(dòng)勢，計(jì)算公式E＝BLv. 是導(dǎo)體上各點(diǎn)切割速度的平均值，1．如圖所示，長L＝10cm的金屬棒。面內(nèi)以角速度ω＝10rad/s做順時(shí)針。是________V，a、b兩端________端。應(yīng)電流由b端流出，ab作為電源，b端電勢高，a端的電。流的存在，必須有“外力”克服安培力做。的電阻為R，把a(bǔ)b邊拉出磁場時(shí)，cd邊以速度v勻速。為了維持線圈勻速運(yùn)動(dòng)，所需外力大小為：
【正文】 先電后力 ” ， 即：先作 “ 源 ” 的分析 —— 分離出電路中由電磁感應(yīng)所產(chǎn)生的電源 ， 求出電源參數(shù) E和 r； (2)再進(jìn)行 “ 路 ” 的分析 —— 分析電路結(jié)構(gòu) ， 弄清串 、并聯(lián)關(guān)系 ， 求出相關(guān)部分的電流大小 ， 以便求解安培力； (3)然后是 “ 力 ” 的分析 —— 分析研究對象 (常是金屬桿 、導(dǎo)體線圈等 )的受力情況 ， 尤其注意其所受的安培力； (4)接著進(jìn)行 “ 運(yùn)動(dòng) ” 狀態(tài)的分析 —— 根據(jù)力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系 ， 判斷出正確的運(yùn)動(dòng)模型 ． 3． 在電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問題中有兩類常見的模型 . 例 5 如下圖 (a)所示 ， 兩根足夠長的直金屬導(dǎo)軌MN、 PQ平行放置在傾角為 θ的絕緣斜面上 ， 兩導(dǎo)軌間距為 、 P兩點(diǎn)間接有阻值為 R的電阻 ． 一根質(zhì)量為 m的均勻金屬桿 ab放在兩導(dǎo)軌上 ，并與導(dǎo)軌垂直 ． 整個(gè)裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B的勻強(qiáng)磁場中 ， 磁場方向垂直斜面向下 ． 導(dǎo)軌和金屬桿接觸良好 ， 不計(jì)它們之間的摩擦 ． (1)由 b向 a方向看到的裝置如上圖 (b)所示 ， 請?jiān)诖藞D中畫出 ab桿在下滑過程中某時(shí)刻的受力示意圖； (2)在加速下滑過程中 ， 當(dāng) ab桿的速度大小為 v時(shí) ， 求此時(shí) ab桿中的電流及其加速度的大??； (3)求在下滑的過程中 ， ab桿可以達(dá)到的速度最大值 ． 解析： (1)ab桿在下滑過程中受到三個(gè)力作用：重力 mg，豎直向下；支持力 N， 垂直斜面向上；安培力 F， 沿斜面向上 ． 受力分析如圖所示 ． (2 ) 當(dāng) ab 桿速度為 v 時(shí) ， 感應(yīng)電動(dòng)勢 E ＝ BL v . 此時(shí)電路 中的電流 I ＝ER＝BL vR， ab 桿受到的安培力 F ＝ B I L ＝B2L2vR， 設(shè)桿的加速度為 a ， 由牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律有： mg s i n θ －B2L2vR＝ ma ， 得 a ＝ g s i n θ －B2L2vmR. (3 ) 當(dāng)B2L2vR＝ mg s i n θ 時(shí) ， ab 桿達(dá)到最大速度 vm， vm＝m g R s i n θB2L2 . 答案： (1 ) 見解 析圖 ( 2 )BL vR g s i n θ －B2L2vmR (3 )m g R s i n θB2L2 ?變式訓(xùn)練 5． 水平面上兩根足夠長的光滑金屬導(dǎo)軌平行固定放置 ， 間距為 L， 一端通過導(dǎo)線與阻值為 R的電阻連接；導(dǎo)軌上放一質(zhì)量為 m的金屬桿 (如右圖所示 )， 金屬桿與導(dǎo)軌的電阻忽略不計(jì) ． 均勻磁場豎直向下 ， 用與導(dǎo)軌平行的恒定拉力 F作用在金屬桿上 ， 桿最終將做勻速運(yùn)動(dòng) ． 當(dāng)改變拉力的大小時(shí) ， 相對應(yīng)的勻速運(yùn)動(dòng)速度 v也會(huì)變化 ， v和 F的關(guān)系如圖所示 ． (取重力加速度 g＝ 10 m/s2) (1)金屬桿在勻速運(yùn)動(dòng)之前做什么運(yùn)動(dòng) ？ (2)若 m＝ kg， L＝ m， R＝ Ω， 則磁感應(yīng)強(qiáng)度B為多大 ？ 解析： (1)金屬桿在運(yùn)動(dòng)過程中受到拉力 、 安培力 (阻力 )作用 ， 拉力恒定 ， 安培力隨著速度的增大而逐漸增大 ，因此 ， 金屬桿的加速度越來越小 ， 即金屬桿做加速度越來越小的變加速運(yùn)動(dòng) ， 桿最終將做勻速運(yùn)動(dòng) ． (2 ) 金屬桿的感應(yīng)電動(dòng)勢 E ＝ BL v ， 感應(yīng)電流 I ＝ER， 所以 ， 金屬桿受到的安培力 F ＝ B I L ＝B2L2vR. 當(dāng)金屬桿受到的拉力等于安培力 ， 即合力為零時(shí) ， 桿做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，即： F ＝B2L2vR 解得： B ＝RFv L2 . 當(dāng) F ＝ 1 0 N 時(shí) ， v ＝ 16 m / s 解得： B ＝52 T. 答案： (1 ) 見解析 ( 2 )52 T
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