高中物理 第一章 電磁感應(yīng) 第五節(jié) 法拉第電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用素材 粵教版選修3-2（通用）

1、第五節(jié) 法拉第電磁感應(yīng)定律應(yīng)用（一） 【思維激活】觀察法拉第電機(jī)原理圖，分析產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的原理。提示：導(dǎo)體棒在磁場(chǎng)中切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流【自主整理】1.法拉第電機(jī)是應(yīng)用導(dǎo)體棒在磁場(chǎng)中切割磁感線而產(chǎn)生感應(yīng)電流的原理，產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的導(dǎo)體相當(dāng)于電源，此電源于其他部分的導(dǎo)體或線框構(gòu)成了閉合電路，遵從閉合電路歐姆定律。2.在法拉第電機(jī)中，產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的那部分導(dǎo)體相當(dāng)于電源如果它用電器連接就組成 了閉合電路，在電源內(nèi)部，感應(yīng)電流方向是從電源的負(fù)極流向正極：在外電路中，電流從電源的正極經(jīng)用電器流向負(fù)極?！靖呤止P記】法拉第電磁感應(yīng)定律是本節(jié)課的重點(diǎn)，也是易錯(cuò)點(diǎn)，特別是當(dāng)導(dǎo)體在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中傾斜切割磁感線時(shí)，所產(chǎn)生

2、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E的大小究竟是BLsin還是BLcos的判定。（1）導(dǎo)體切割磁感線時(shí)，所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不能死記教材中的E=BLsin而是要記住處理問(wèn)題的方法和普遍適用的公式E=BL 。（2）導(dǎo)體小于運(yùn)動(dòng)時(shí)，其速度與磁感線方向平行導(dǎo)體切割磁感線，此時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=0。（3）倒替傾斜切割磁感線時(shí)，應(yīng)把速度沿平行磁感線方向和垂直磁感線方向分解。（4）導(dǎo)體棒的端點(diǎn)為軸，在垂直于磁感線的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=BL2W（平均速度取中點(diǎn)位置線速度LW）。【名師解惑】如何理解感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)剖析：有電流產(chǎn)生，電路中就一定有點(diǎn)動(dòng)勢(shì)，閉合電路中有感應(yīng)電流產(chǎn)生就一定有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，要理解感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，則必須

3、先考慮電動(dòng)勢(shì)的 產(chǎn)生條件。如圖1-5-1所示，矩形線框向右做切割磁感線運(yùn)動(dòng)，閉合路中無(wú)感應(yīng)電路，但線框上下邊間有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，既ab兩點(diǎn)有電勢(shì)差，雖然穿過(guò)閉合電路的磁通量沒(méi)有變化，但線框在切割磁感線。圖1-5-1可見(jiàn)，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的條件，無(wú)論電路是否閉合，只要穿過(guò)電路的磁通量發(fā)生變化或?qū)w切割磁感線，就會(huì)有感應(yīng)電動(dòng)產(chǎn)生，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的那部分導(dǎo)體相當(dāng)于電源，電路中有感應(yīng)電流則電路中一定有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，若電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，不一定有感應(yīng)電流?！局v練互動(dòng)】例1.如圖1-5-2所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.4T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中放一半徑r0=50cm的圓形導(dǎo)軌，上面有四根導(dǎo)體棒，一起以角速度=103rad/s，沿

4、逆時(shí)針?lè)较騽蛩龠\(yùn)動(dòng)，圓導(dǎo)軌邊緣與圓心處通過(guò)電刷與外電路連接，若每根導(dǎo)體棒的有效電阻R0=0.4，外接電阻R=3.9，求：圖1-5-2（1）每根導(dǎo)體棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。（2）當(dāng)開(kāi)關(guān)S接通和斷開(kāi)時(shí)兩電表的讀數(shù)。（Rv，RA0）解析：（1）每根導(dǎo)體棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（2）四根導(dǎo)體棒一起轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，每根棒中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)都相同，相當(dāng)于四個(gè)相同的電源并聯(lián)，其總電動(dòng)勢(shì)為E=E1=50V，總內(nèi)阻為當(dāng)S斷開(kāi)時(shí)，外電路開(kāi)路，電流表的讀數(shù)為零，電壓表的讀數(shù)等于電源的電動(dòng)勢(shì)為50V。當(dāng)S接通時(shí)，電路總電阻，電流，即電流表示數(shù)為12.5A。此時(shí)電壓表示數(shù)為R兩端電壓，U=IR=12.53.9V=48.75V.答案：（1

5、）50V（2）S接通時(shí)，IA=12.5A，Uv=48.75V；S斷開(kāi)時(shí)， IA=0，Uv=50V.2.如圖1-5-3所示，處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的兩根足夠長(zhǎng)，電阻不計(jì)的平行金屬導(dǎo)軌相距1m，導(dǎo)軌平面與水平面成=37角，下端連接阻值為R的電阻。勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向與導(dǎo)軌平面垂直。質(zhì)量為0.2kg、電阻不計(jì)的金屬棒放在兩導(dǎo)軌上，棒與導(dǎo)軌垂直并保持良好接觸，它們之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.25，求：圖1-5-3（1）求金屬棒沿導(dǎo)軌由靜止開(kāi)始下滑時(shí)的加速度大?。唬?）當(dāng)金屬棒下滑速度達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，電阻R消耗的功率為8W，求該速度的大?。唬?）在上問(wèn)中，若R=2，金屬棒中的電流方向由a到b，求磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小與方向。（g取m/

6、s2，sin37=0.6，cos37=0.8）解析：（1）金屬棒開(kāi)始下滑的初速度為零，根據(jù)牛頓第二定律：mgsinmgcos=ma 由式解得a=10（0.6-0.250.8）m/s2=4m/s2 （2）設(shè)金屬棒運(yùn)動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，速度為，所受安培力為F，棒在沿導(dǎo)軌方向受力平衡mgsinmgcos=0 此時(shí)金屬棒克服安培力做功的功率等于電路中電阻R消耗的電功率，即F=P 由兩式解得 （3）設(shè)電路中電流為I，兩導(dǎo)軌間金屬棒的長(zhǎng)為l，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B， P=I2R 由兩式解得 根據(jù)右手定則，磁場(chǎng)方向垂直導(dǎo)軌平面向上?！揪G色通道】導(dǎo)體棒在磁場(chǎng)中發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象，然后在安培力的作用下的運(yùn)動(dòng)情況分析是高考

7、中每年必考題型，需要認(rèn)真把握?！咀兪接?xùn)練】1.如圖1-5-4所示，長(zhǎng)為L(zhǎng)的金屬桿OA繞過(guò)O點(diǎn)垂直紙面的固定軸順時(shí)針?lè)絼蛩傩D(zhuǎn)，角速度為。一勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直紙面向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，磁場(chǎng)范圍大，則O、A兩點(diǎn)間的電勢(shì)差是（ ）圖1-5-4A.BLLB.BLLC.D.答案：D【體驗(yàn)探究】【問(wèn)題】怎樣求導(dǎo)體切割磁感線時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)？【導(dǎo)思】導(dǎo)體切割磁感線時(shí)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小與導(dǎo)體切割磁感線的有效長(zhǎng)度及垂直于磁感線方向的速度有關(guān)?！咎骄俊壳樾?.如圖1-5-5（a），導(dǎo)體棒長(zhǎng)為L(zhǎng)，沿水平方向向右做切割磁感線的運(yùn)動(dòng)，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不是E=BL，而是E=BLsin，其中Lsin為導(dǎo)體切割磁感線的有效長(zhǎng)度。有時(shí)公式中的速度應(yīng)理解為有效速度，即垂直于磁感線方向上的分速度。 （a） （b）圖1-5-5情形2.如圖1-5-5（b），速度與磁場(chǎng)方向成角，可將速度正交分解如圖，1為垂直于磁場(chǎng)方向的分速度，垂直切割磁感線；2為平行于磁感線方向的分速度，不切割磁