第6點(diǎn) 電磁感應(yīng)中的電路問(wèn)題
1.對(duì)電源的理解
在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中,產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的那部分導(dǎo)體就是電源.如:切割磁感線的導(dǎo)體棒、內(nèi)有磁通量變化的線圈等.這種電源將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能.
判斷感應(yīng)電流和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向,都是利用“相當(dāng)于電源”的部分根據(jù)右手定則或楞次定律判定的.實(shí)際問(wèn)題中應(yīng)注意外電路電流由高電勢(shì)流向低電勢(shì),而內(nèi)電路則相反.
2.對(duì)電路的理解
內(nèi)電路是切割磁感線的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化的線圈,外電路由電阻、電容器等電學(xué)元件組成.
在閉合電路中,“相當(dāng)于電源”的導(dǎo)體兩端的電壓與真實(shí)的電源兩端的電壓一樣,等于路端電壓,而不等于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).
3.解決電磁感應(yīng)中的電路問(wèn)題三步曲
(1)確定電源.切割磁感線的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化的回路將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),該導(dǎo)體或回路就相當(dāng)于電源,利用E=n或E=BLv求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小,利用右手定則或楞次定律判斷感應(yīng)電流方向.
(2)分析電路結(jié)構(gòu)(內(nèi)、外電路及外電路的串、并聯(lián)關(guān)系),畫(huà)出等效電路圖.
(3)利用電路規(guī)律求解.主要應(yīng)用閉合電路歐姆定律及串、并聯(lián)電路的基本性質(zhì)等列方程求解.
對(duì)點(diǎn)例題 半徑為a的圓形區(qū)域內(nèi)有勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B=0.2T,磁場(chǎng)方向垂直紙面向里,半徑為b的金屬圓環(huán)與磁場(chǎng)同心地放置,磁場(chǎng)與環(huán)面垂直,其中a=0.4m,b=0.6m,金屬環(huán)上分別接有燈L1、L2,兩燈的電阻均為R=2Ω,一金屬棒MN與金屬環(huán)接觸良好,棒與環(huán)的電阻均忽略不計(jì).
圖1
(1)若棒以v=5m/s的速率在環(huán)上向右勻速滑動(dòng),求棒滑過(guò)圓環(huán)直徑OO′的瞬時(shí)(如圖1所示),MN中的電動(dòng)勢(shì)和流過(guò)燈L1的電流.
(2)撤去中間的金屬棒MN,將右面的半圓環(huán)OL2O′以OO′為軸向上翻轉(zhuǎn)90°,若此時(shí)磁場(chǎng)隨時(shí)間均勻變化,其變化率為=T/s,求L1的功率.
解題指導(dǎo) 審題時(shí)注意分析:棒滑過(guò)圓環(huán)直徑OO′的瞬時(shí),導(dǎo)體棒的有效切割長(zhǎng)度是多大?感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)如何計(jì)算?電路結(jié)構(gòu)是怎樣的?將右面的半圓環(huán)翻轉(zhuǎn)90°后,產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效面積是多大?感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)如何計(jì)算?電路結(jié)構(gòu)是怎樣的?
(1)棒滑過(guò)圓環(huán)直徑OO′的瞬時(shí),MN中的電動(dòng)勢(shì)E1=2Bav=0.8 V
等效電路如圖甲所示,
流過(guò)燈L1的電流
I1==0.4 A.
(2)撤去中間的金屬棒MN,將右面的半圓環(huán)OL2O′以OO′為軸向上翻轉(zhuǎn)90°,半圓環(huán)OL1O′中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),相當(dāng)于電源,燈L2為外電路,等效電路如圖乙所示,
感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)
E2==·=0.32 V
L1的功率P1=()2=1.28×10-2 W.
答案 (1)0.8V 0.4A (2)1.28×10-2W
如圖2甲所示,兩根足夠長(zhǎng)的平行光滑金屬導(dǎo)軌MN、PQ被固定在水平面上,導(dǎo)軌間距l=0.6m,兩導(dǎo)軌的左端用導(dǎo)線連接電阻R1及理想電壓表V,電阻為r=2Ω的金屬棒垂直于導(dǎo)軌靜止在AB處;右端用導(dǎo)線連接電阻R2,已知R1=2Ω,R2=1Ω,導(dǎo)軌及導(dǎo)線電阻均不計(jì).在矩形區(qū)域CDFE內(nèi)有豎直向上的磁場(chǎng),CE=0.2m,磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖乙所示.開(kāi)始時(shí)電壓表有示數(shù),當(dāng)電壓表示數(shù)變?yōu)榱愫,?duì)金屬棒施加一水平向右的恒力F,使金屬棒剛進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)電壓表的示數(shù)又變?yōu)樵瓉?lái)的值,金屬棒在磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中電壓表的示數(shù)始終保持不變.求: