2016-2017学年高中物理 第1章 电磁感应 第5节 电磁感应规律的应用课件 粤教版选修3-2

第五 节 电 磁感 应规 律的 应 用 1如 图 所示， 闭 合开关 S，将条形磁 铁 插入 闭 合 线 圈，第一 次用 0.2 s，第二次用 0.4 s，并且两次的起始和 终 止位置相同 ， 则 ( ) 课 前 自主学 习 A第一次磁通量 变 化 较 大 B第一次 G的最大偏角 较 大 C第一次 经过 G的 总电 荷量 较 多 D若断开 S， G均不偏 转 ，故均无感 应电动势 【 答案 】 B 2一根直 导线长 0.1 m，在磁感 应 强 度 为 0.1 T的匀 强 磁 场 中 以 10 m/s的速度匀速运 动 ， 则导线 中 产 生的感 应电动势 不可 能的是 ( ) A 1 V B零 C 0.1 V D 0.01 V 【 答案 】 A 【 解析 】 在垂直于磁感 线 的平面上运 动 ， 产 生的感 应电动势 最大 ， 为 Emax Blv 0.1 T0.1 m10 m/s 0.1 V，即感 应电动 势 EEmax， 则 A不可能 一、法拉第电机 O 2法拉第 电 机： _在磁 场 中做 _磁感 线 运 动 ， 产 生感 应电动势 的 导 体相当于 电 源 运 动导 体 切割 如 图 所示是法拉第 电 机原理 图 ， 铜盘转 起来之后相当于 电 源 ， 圆 心 O和 圆盘边缘谁 是正极？ 【 答案 】 铜盘 可以看成是由无数根 导线组 成，它运 动时 切磁感 线 ，由右手定 则 可知 圆 心 O是正极 二、电磁感应的应用 1如下 图 所示， 导 体棒 ef沿着 导轨 面向右匀速运 动 ， 导轨 电 阻不 计 ， _相当于 电 源， _是其正极， _ 是 负 极， 电 源内部 电 流由 _流向 _， _ 和 导轨 构成外 电 路，外 电 路中 电 流由 电 源的 _流向 _ 导 体棒 f e 负 极 正极 电 阻 R 正极 负 极 如果 让 你 设计 一个 发电 机，你 设计 的 这 个 发电 机至少 应该 由哪些部分 组 成？ 【 答案 】 设计发电 机需要的部分有很多，最基本的 组 成部分有磁 体提供的磁 场 ， 让线 圈在磁 场 中运 动 以改 变 磁通量的大小从 而 产 生感 应电 流 三、电磁感应中的反电动势与能量转化 1 电 磁感 应 中的能量：在由 导 体切割磁感 线产 生的 电 磁感 应现 象中， 导 体克服 _做多少功，就有多少其他形式 的能 转 化 为电 能，即 电 能是通 过 _转 化得到 的 2反 电动势 (1)定 义 ：直流 电动 机模型通 电 后， 线 圈因受 _而 转 动 ，切割磁感 线产 生的感 应电动势 (2)方向：与外加 电压 的方向 _ (3)决定因素： 电动 机 线 圈 转动 _，反 电动势 越大 安培力 其他形式的能 安培力 相反 越快 1用 E BLv求解 用 E BLv求解感 应电动势时 ，要求 导 体上各点的切割速度相 同或能求其等效切割速度 . 课 堂 优 化整合 可 设 想，在前面 图 中有一个 “柔 软 、形状可 变 ”的回路在 0时 刻 与棒叠在一起，当棒 转动 后，原有部分不 动 ，而外端将把 导 线 拉伸，且假 设导 体棒外端所到之 处导线 即 贴 在那里， 则 t 时间 后拉开的 电 路形状如 图 中虚 线 和 实线 所示 例 1 解析： 圆盘转动时 ，相当于无数条相同的、并 联 的 长 度 为圆盘 半径 R的 导 体棒在 转动 只要求得一条 导 体棒 转动 的感 应电 动势 ，即 为 整个 圆盘 的 电动势 如下 图 所示， 设圆盘 的半 径 为 R， 处 于磁感 应 强 度 为 B的匀 强 磁 场 中，磁 场 方向与 圆 盘 平面垂直，其一条半径以角速度 匀速 转动 答案： 见解析 1.如 图 所示，金属棒 ab长为 L，以角速度 绕 ab棒延 长线 上 一点 O逆 时针转动 ， Oa间 距 为 r，金属棒 转动 方向与磁感 应 强 度 为 B的匀 强 磁 场 方向垂直 (磁 场 方向垂直 纸 面向里 ) 则 a 、 b两点 间电势 差大小 为 ( ) 【 答案 】 D 1确定所研究的回路，明确回路中相当于 电 源的部分和相当 于外 电 路的部分，画出等效 电 路 图 2由楞次定律或右手定 则 判断感 应电动势 的方向，由法拉第 电 磁感 应 定律或 导 体切割磁感 线 公式写出感 应电动势 表达式 3运用 闭 合 电 路欧姆定律，部分 电 路欧姆定律，串并 联电 路 的 电压 、 电 流、 电 阻特点， 电 功率公式等 进 行 计 算求解 例 2 题后反思 这 是 电 磁感 应 与 电 路 结 合的 综 合 题 ，切割磁感 线产 生感 应电 动势 的 导 体相当于 电 源，画出等效 电 路 图应 用欧姆定律就可 求解 2.如 图 所示，在方向 竖 直向上的磁感 应 强 度 为 B的匀 强 磁 场 中 ，有两条足 够长 的平行金属 导轨 ，其 电 阻不 计 ， 间 距 为 L， 导轨 平面与磁 场 方向垂直 ab、 cd为 两根垂直 导轨 放置、 电 阻都 为 R、 质 量都 为 m的金属棒棒 cd与 导轨间 的最大静摩 擦力 为 f且被能承受最大拉力 为 T0的水平 细线 拉住，棒 ab与 导 轨间 的摩擦不 计 ，在水平拉力 F的作用下以加速度 a由静止开 始向右做匀加速直 线 运 动 ，求： 1 电 磁感 应 的本 质 能量 转 化 电 磁感 应 的 过 程， 实质 上是一个能量 转 化与守恒的 过 程可 以 说 它是能量 转 化与守恒定律在 电 磁 现 象中的一个特例通 过 克服安培力做功，将其他能量 (非 电 能 )转 化 为电 能，克服安 培力做多少功，就有多少其他能 转 化 为 相 应 量的 电 能；当 产 生的 电 流通 过 用 电 器后，同 时 将 转 化来的 电 能 进 一步 转 化成 其他非 电 能因此， 电 磁感 应过 程 总 伴随着能量 转 化 2克服安培力做功与 产 生 电 能关系的特例 论证 如下 图 所示，矩形 闭 合金属 线 框 abcd电 阻 为 R，置于有界的 匀 强 磁 场 B中， 现 在拉力 F的作用下，以速度 v匀速拉出磁 场 ， 设 ad、 bc边 的 长 度 为 L， 则线 框被匀速拉出的 过 程中： 结论： 在 电 磁感 应现 象中，克服安培力做多少功，就有多少 电 能 产 生本例中， 这 些 电 能又通 过电 流做功使 电 阻 发热转变 成了内能 3 关于 电 磁感 应 的能量 问题 ，要注意以下分析程序： (1)准确 应 用 电 磁感 应 定律确定感 应电动势 的大小；准确 应 用 楞次定律或右手定 则 ，判定感 应电动势 的方向 (2)画出等效 电 路，求解 电 路中各相关参量 (3)研究 导 体机械能的 变 化，利用能量 转 化与守恒关系，列出 机械运 动 功率 变 化与 电 路中 电 功率 变 化的守恒关系式 如下 图 所示，一 对 光滑的平行金属 导轨 固定在 同一水平面内， 导轨间 距 l 0.5 m，左端接有阻 值 R 0.3 的 电 阻一 质 量 m 0.1 kg， 电 阻 r 0.1 的金属棒 MN放置 在 导轨 上，整个装置置于 竖 直向上的匀 强 磁 场 中，磁 场 的磁 感 应 强 度 B 0.4 T棒在水平向右的外力作用下，由静止开始 以 a 2 m/s2的加速度做匀加速运 动 ，当棒的位移 x 9 m时 撤 去外力，棒 继续 运 动 一段距离后停下来，已知撤去外力前后 回路中 产 生的焦耳 热 之比 Q1Q2 21.导轨 足 够长 且 电 阻不 计 ，棒在运 动过 程中与 导轨 垂直且两端与 导轨 保持良好接触 求： 例 3 (1)棒在匀加速运 动过 程中，通 过电 阻 R的 电 荷量 q； (2)撤去外力后回路中 产 生的焦耳 热 Q2； (3)外力做的功 WF. 解析： (1)设 棒匀加速运 动 的 时间为 t，回路的磁通量 变 化量 为 ，回路中的平均感 应电动势为 ，由法拉第 电 磁感 应 定律 得 联 立 式，代入数据得 Q2 1.8 J CD、 EF为 两足 够长 的 导轨 ， CE l，匀 强 磁 场 方向与 导轨 平面垂直，磁感 应 强 度 为 B， 导 体 CE连 接一 电 阻 R， 导 体 ab质 量 为 m，框架与 导 体 电 阻不 计 ，如 图 所示框 架平面与水平面成 角，框架与 导 体 ab间 的 动 摩擦因数 为 ， 求： 例 4 (1)导 体 ab下滑的最大速度； (2)设 ab从静止开始达到最大速度 时 下降的高度 为 h，利用能 量 观 点求 这 一 变 速 过 程中共在 R上 产 生的 热 量 解析： (1)由能的 转 化和守恒定律知，当 导 体 ab以最大速度 vm匀 速运 动 以后， 导 体 ab下滑 过 程中，减少的重力 势 能 (机械能 ) 等于克服摩擦力所做的功和 电 阻 R产 生的 热 量，并 设 以最大速 度运 动 的 时间为 t， 则 mgsin (vmt) mgcos (vmt) I2Rt， 题后反思 求最大速度 问题 ，一般是从受力分析入手，由牛 顿 第二定律 列式，再 经过 分析得出：当 a 0时 ，速度最大 这 种思路是 解 题 的一种方法，本 题 也可以通 过该 方法求解利用力学 观 点 处 理 问题 的方法往往繁 琐 ，不如用能量 观 点 处 理方便像 本例 题 求最大速度 问题 ，尽管达最大速度前运 动为变 速运 动 ，感 应电 流 (电动势 )都在 变 化，但达最大速度之后，感 应电 流及安培力均恒定， 计 算 热 量可用 Q I2Rt， 这样 ， 对 不少 题 目通 过 抓住速度最大之后速度不 变这 一关 键 条件出 发 ，运用 能量 观 点 处 理，运算 过 程得以 简 捷 3如 图 所示，足 够长 平行金属 导轨倾 斜放置， 倾 角 为 37， 宽 度 为 0.5 m， 电 阻忽略不 计 ，其上端接一小灯泡， 电 阻 为 1 .一 导 体棒 MN垂直于 导轨 旋 转 ， 质 量 为 0.2 kg，接入 电 路的 电 阻 为 1 ，两端与 导轨 接触良好，与 导轨间 的 动 摩擦因数 为 0.5.在 导轨间 存在着垂直于 导轨 平面的匀 强 磁 场 ，磁感 应 强 度 为 0.8 T将 导 体棒 MN由静止 释 放，运 动 一段 时间 后， 小灯泡 稳 定 发 光，此后 导 体棒 MN的运 动 速度 稳 定，小灯泡 稳 定 发 光此后 导 体 MN的运 动 速度以及小灯泡消耗的 电 功率分 别为 (重力加速度 g取 10 m/s2， sin 37 0.6)( ) A 2.5 m/s 1 W B 5 m/s 1 W C 7.5 m/s 9 W D 15 m/s 9 W 【 答案 】 B 4如 图 所示， bacd为 静止于水平面上 宽 度 为 L，而 长 度足 够 长 的 U形金属滑 轨 ， ac边 接有 电 阻 R，其他部分 电 阻不 计 ef 为 一可在滑 轨 平面上滑 动 ， 质 量 为 m的均匀 导 体棒整个滑 轨 面 处 在 竖 直向上的匀 强 磁 场 中，磁感 应 强 度 为 B，忽略所 有摩擦 【 解析 】 (1)解法一 导 体棒受到恒力 F后的运 动 情况，可用如下式 子表示： 感生电动势和动生电动势的区别与联系 改改 电动势 感生 电动势 动 生 电动势 产 生原因 磁 场 的 变 化 导 体做切割磁感 线 运 动 移 动电 荷的 非静 电 力 感生 电场对 自由 电 荷的 电场 力 导 体中自由 电 荷所受洛 伦 兹 力沿 导 体方向的分力 回路中相当于 电 源的部 分 处 于 变 化磁 场 中 的 线 圈部分 做切割磁感 线 运 动 的 导 体 电动势 感生 电动势 动 生 电动势 方向判 断方 法 由楞次定律判断 通常由右手定 则 判断，也可由楞次定律判断 大小 计 算方 法 动 生 电 动势 和感 生 电 动势 的相 对 性 动 生 电动势 和感生 电动势 的划分，在某些情况下只 有相 对 意 义 将条形磁 铁 插入 线 圈中，如果在相 对 于磁 铁 静止的参考系内 观 察，磁 铁 不 动 ，空 间 中各点的磁 场 也没有 发 生 变 化，而 线 圈在运 动 ， 线 圈中 产 生的是 动 生 电动势 如果在相 对线 圈静 止的参考系内 观 察， 则 看到磁 铁 在运 动 ，引起空 间 磁 场发 生 变 化因而， 线 圈中 产 生的是感生 电 动势 把 电动势 看作 动 生 电动势还 是感生 电动 势 ，决定于 观 察者所在的参考系 如 图 所示， 导轨 OM和 ON都在 纸 面内， 导 体 AB 可在 导轨 上无摩擦滑 动 ，若 AB以 5 m/s的速度从 O点开始沿 导 轨 匀速右滑， 导 体与 导轨 都足