1、電磁感應中的兩類電路問題
(1)以部分電路歐姆定律為中心,包括六個基本物理量(電壓、電流、電阻、電功、電功率、電熱),三條定律(部分電路歐姆定律、電阻定律和焦耳定律)以及若幹基本規律(串、并聯電路特點等).
(2)以閉合電路歐姆定律為中心,讨論電動勢的概念、閉合電路中的電流、路端電壓以及閉合電路中能量的轉化.
2.解決電磁感應中的電路問題的“三部曲”
(1)确定電源
切割磁感線的導體或磁通量發生變化的回路産生感應電動勢,該導體或回路就相當于電源,利用E=n△φ/△t或
E=Blv求感應電動勢的大小,利用右手定則或楞次定律判定電流方向、如果在一個電路中切割磁感線的有幾個部分但又相互聯系,可視為等效電源的串、并聯.
(2)識别電路結構、畫出等效電路
分析電路結構,即分清等效電源和外電路及外電路的串并聯關系、判斷等效電源的正負極或電勢的高低等.
(3)利用電路規律求解
一般是綜合應用歐姆定律、串并聯電路特點、電容器充電及放電特點、電功和電功率的知識、法拉第電磁感應定律等列方程求解.
3.與電學問題相關的規律
(1)電源電動勢:E=n△φ/△t或E=Blv.
(2)①閉合電路歐姆定律:I=E/R+r.
②部分電路歐姆定律:I=U/R
③電源的内電壓:U内=Ir
④電源的路端電壓:U外=IR=E-lr
(3)消耗功率:P外=IU,P總=IE,P熱=I²r或P熱=I²R
(4)通過導體的電荷量:q=I△t=n△/φ/(R+r)
(5)電路中的焦耳熱:Q=I²(R+r)t或Q=△E
例:如圖所示,
MN和PQ為豎直方向的兩平行長直金屬導軌,間距l=0.40m,電阻不計.導軌所在平面與磁感應強度B=0.50T的勻強磁場垂直.質量m=6.0×10⁻³kg、電阻r=1.0Ω的金屬杆ab始終垂直于導軌,并與其保持光滑接觸.導軌兩端分别接有滑動變阻器和阻值為3.0Ω的電阻R₁.當杆ab達到穩定狀态時以速率v勻速下滑,整個電路消耗的電功率P為0.27W,重力加速度g取10m/s²,求:
(1)杆ab達到穩定狀态時的速率v;
(2)滑動變阻器接入電路部分的阻值R₂.
【方法總結】(1)“電源”的确定方法:切割磁感線的導體(或磁通量發生變化的閉合線圈)相當于“電源”,該部分導體(或線圈)的電阻相當于電源的“内阻”.
(2)電流的流向:在“電源”内部電流從負極流向正極,在“電源”外部電流從正極流向負極.
例:如圖所示,
由均勻導線制成的半徑為R的圓環,以速度v勻速進入一磁感應強度大小為B的有直線邊界(圖中豎直虛線)的勻強磁場中.當圓環運動到圖示位置(∠aOb=90°)時,a、b兩點間的電勢差為(D)
A.√2BRv
B.√2BRv/2
C.√2BRv/4
D.3√2BRv/4
【方法總結】解決電磁感應現象中的電路問題的步驟
(1)“源”的分析:用法拉第電磁感應定律算出感應電動勢E的大小,用楞次定律或右手定則确定感應電流的方向,确定電源的正負極,明确内阻r.
(2)“路”的分析:根據“等效電源”和電路中其他元件的連接方式畫出等效電路圖.
(3)“式”的建立:根據法拉第電磁感應定律并結合閉合電路歐姆定律、串并聯電路知識和電功率、焦耳定律等關系式求解.
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