電磁感應(yīng)規(guī)律的應(yīng)用

1、第五節(jié)電磁感應(yīng)規(guī)律的應(yīng)用學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識(shí) 脈 絡(luò)1.知道法拉第電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理(重點(diǎn))2理解電磁感應(yīng)現(xiàn)象中能量轉(zhuǎn)化與守恒，并能解答相關(guān)問題(難點(diǎn))3了解電磁感應(yīng)規(guī)律在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用，會(huì)運(yùn)用電磁感應(yīng)規(guī)律解決生活和生產(chǎn)中的有關(guān)問題.自 主 預(yù) 習(xí)·探 新 知知識(shí)梳理一、法拉第電機(jī)1原理放在兩極之間的銅盤可以看成是由無數(shù)根銅棒組成的，銅棒一端連在銅盤圓心，另一端連在圓盤邊緣當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤時(shí)，銅棒在兩磁極間 ，銅棒就相當(dāng)于 ，其中圓心為電源的一個(gè)極，銅盤的邊緣為電源的另一個(gè)極它可以通過導(dǎo)線對(duì)用電器供電，使之獲得持續(xù)的電流2轉(zhuǎn)動(dòng)切割電動(dòng)勢的大小圖1­5­1如圖1&#

2、173;5­1所示，電機(jī)工作時(shí)電動(dòng)勢的大小EBL2.或EBLv中BL·LBL2.3電勢高低的判斷產(chǎn)生電動(dòng)勢的導(dǎo)體相當(dāng)于 ，在電源內(nèi)部電動(dòng)勢的方向從 指向 4電磁感應(yīng)中的電路問題(1)內(nèi)電路和外電路切割磁感線運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化的線圈都相當(dāng)于 該部分導(dǎo)體的電阻或線圈的電阻相當(dāng)于電源的 ，其余部分是 (2)電源電動(dòng)勢和路端電壓電動(dòng)勢：En或E _ .路端電壓：U .(3)電流方向在電源內(nèi)部：電流由 極流向 極在電源外部：電流由 極經(jīng)用電器流向 極二、電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化1電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電能是通過 轉(zhuǎn)化而來的2克服安培力做了多少功，就有多少 產(chǎn)生，而這些電能又通過電流

3、做功而轉(zhuǎn)化為其他形式的能3反電動(dòng)勢(1)定義：直流電動(dòng)機(jī)模型通電后，線圈因受 而轉(zhuǎn)動(dòng)，切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(2)方向：與外加電壓的方向 (3)決定因素：電動(dòng)機(jī)線圈轉(zhuǎn)動(dòng) ，反電動(dòng)勢越大基礎(chǔ)自測1思考判斷(1)導(dǎo)體桿在磁場中切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢相當(dāng)于電源，其余部分相當(dāng)于外電路()(2)長為l的直導(dǎo)線在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中以速度v勻速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的最大感應(yīng)電動(dòng)勢為Blv.()(3)無論“磁生電”還是“電生磁”都必須遵循能量守恒定律()(4)在閉合線圈上方有一條形磁鐵自由下落直至穿過線圈過程中，磁鐵下落過程中機(jī)械能守恒(×)(5)在電源內(nèi)部電流從正極流向負(fù)極(×)(6)

4、反電動(dòng)勢的方向與外加電壓的方向相反()【提示】(4)此過程有安培力做功，機(jī)械能不守恒(5)在電源內(nèi)部電流從負(fù)極流向正極2.如圖1­5­2所示，MN、PQ是間距為L的平行金屬導(dǎo)軌，置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向垂直導(dǎo)軌所在平面向里的勻強(qiáng)磁場中，M、P間接有一阻值為R的電阻一根與導(dǎo)軌接觸良好、有效阻值為R的金屬導(dǎo)線ab垂直導(dǎo)軌放置，并在水平外力F的作用下以速度v向右勻速運(yùn)動(dòng)，則(不計(jì)導(dǎo)軌電阻)() 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：97752039】圖1­5­2A通過電阻R的電流方向?yàn)镻RMBa、b兩點(diǎn)間的電壓為BLvCa端電勢比b端高Da端電勢比b端低C由右手定則知感應(yīng)電流方向?yàn)閎aM

5、P，a點(diǎn)電勢高于b點(diǎn)，通過R的電流方向?yàn)镸RP，故A、D錯(cuò)誤，C正確感應(yīng)電流為I，故R兩端電壓為IRBLv，故B不正確3. (多選)如圖1­5­3所示，兩根足夠長的光滑導(dǎo)軌豎直放置，間距為L，底端接阻值為R的電阻將質(zhì)量為m的金屬棒懸掛在一個(gè)固定的輕彈簧下端，金屬棒和導(dǎo)軌接觸良好，導(dǎo)軌所在平面與磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場垂直，除電阻R外其余電阻均不計(jì)現(xiàn)將金屬棒從彈簧原長位置由靜止釋放，則()圖1­5­3A釋放瞬間金屬棒的加速度等于重力加速度gB金屬棒向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，流過電阻R的電流方向?yàn)閍bC金屬棒的速度為v時(shí)，所受的安培力大小為FD電阻R上產(chǎn)生的總熱量等于金屬

6、棒重力勢能的減少AC金屬棒剛釋放時(shí)，彈簧處于原長，此時(shí)彈力為零，又因此時(shí)速度為零，因此也不受安培力作用，金屬棒只受重力作用，其加速度應(yīng)等于重力加速度，故選項(xiàng)A正確；金屬棒向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，由右手定則可知，在金屬棒上電流方向向右，電阻R等效為外電路，其電流方向?yàn)閎a，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤；金屬棒速度為v時(shí)，安培力大小為FBIL，IBLv/R，由以上兩式得F，故選項(xiàng)C正確；金屬棒下落過程中，由能量守恒定律知，金屬棒減少的重力勢能轉(zhuǎn)化為彈簧的彈性勢能、金屬棒的動(dòng)能以及電阻R上產(chǎn)生的內(nèi)能，因此選項(xiàng)D錯(cuò)誤合 作 探 究·攻 重 難電磁感應(yīng)中的電路問題電磁感應(yīng)問題常與電路知識(shí)綜合考查，解決此類問題的基本方法是

7、：(1)明確哪部分電路或?qū)w產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，該電路或?qū)w就相當(dāng)于電源，其他部分是外電路(2)畫等效電路圖，分清內(nèi)、外電路(3)用法拉第電磁感應(yīng)定律En或EBLv確定感應(yīng)電動(dòng)勢的大小，用楞次定律或右手定則確定感應(yīng)電流的方向在等效電源內(nèi)部，電流方向從負(fù)極指向正極(4)運(yùn)用閉合電路歐姆定律、串并聯(lián)電路特點(diǎn)、電功率、電熱等公式聯(lián)立求解固定在勻強(qiáng)磁場中的正方形導(dǎo)線框abcd邊長為L，其中ab是一段電阻為R的均勻電阻絲，其余三邊均為電阻可以忽略的銅線磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直紙面向里現(xiàn)有一段與ab段的材料、粗細(xì)、長度均相同的電阻絲PQ架在導(dǎo)線框上(如圖1­5­4所示)若PQ以恒定的速度v

8、從ad滑向bc，當(dāng)其滑過的距離時(shí)，通過aP段的電流是多大？方向如何？圖1­5­4思路點(diǎn)撥：PQ相當(dāng)于電源，由EBlv求出PQ的電動(dòng)勢電路結(jié)構(gòu)為RaP與RbP并聯(lián)再與RPQ串聯(lián)，由閉合電路歐姆定律求IaP.【解析】PQ在磁場中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，由于是閉合回路，故電路中有感應(yīng)電流，可將電阻絲PQ視為有內(nèi)阻的電源，電阻絲aP與bP并聯(lián)，且RaPR、RbPR，于是可畫出如圖所示的等效電路圖電源電動(dòng)勢為EBvL，外電阻為R外R.總電阻為R總R外rRR，即R總R.電路中的電流為：I.通過aP段的電流為：IaPI，方向由P到a.【答案】方向由P到a(1)“電源”的確定方法：

9、“切割”磁感線的導(dǎo)體(或磁通量發(fā)生變化的線圈)相當(dāng)于“電源”，該部分導(dǎo)體(或線圈)的電阻相當(dāng)于“內(nèi)電阻”.(2)電流的流向：在“電源”內(nèi)部電流從負(fù)極流向正極，在“電源”外部電流從正極流向負(fù)極.針對(duì)訓(xùn)練1如圖1­5­5甲所示，勻強(qiáng)磁場區(qū)域?qū)挒?L，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直紙面向外由均勻電阻絲做成的正方形線框abcd邊長為L，總電阻為R.在線框以垂直磁場邊界的速度v，勻速通過磁場區(qū)域的過程中，線框ab、cd兩邊始終與磁場邊界平行求：甲乙圖1­5­5(1)cd邊剛進(jìn)入磁場時(shí)，cd中流過的電流及其兩端的電壓大??；(2)在乙圖中，畫出線框在穿過磁場的過程中，cd中

10、電流I隨線框運(yùn)動(dòng)位移x的變化圖象，并在橫縱坐標(biāo)中標(biāo)出相應(yīng)的值取線框剛進(jìn)入磁場時(shí)x0，電流在線框中順時(shí)針流動(dòng)方向?yàn)檎窘馕觥?1)cd邊切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢EBLv，流過cd邊的電流Icd兩端的電壓Uc d EIrc dBLvIBLv.(2)cd中的電流I隨x變化的圖線如圖所示【答案】(1)BLv(2) 見解析電磁感應(yīng)中的能量問題1電磁感應(yīng)中能量的轉(zhuǎn)化電磁感應(yīng)過程實(shí)質(zhì)是不同形式的能量相互轉(zhuǎn)化的過程，其能量轉(zhuǎn)化方式為：2求解電磁感應(yīng)現(xiàn)象中能量問題的一般思路(1)確定回路，分清電源和外電路(2)分析清楚有哪些力做功，明確有哪些形式的能量發(fā)生了轉(zhuǎn)化如：有滑動(dòng)摩擦力做功，必有內(nèi)能產(chǎn)生；有重力做功，

11、重力勢能必然發(fā)生變化；克服安培力做功，必然有其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，并且克服安培力做多少功，就產(chǎn)生多少電能；如果安培力做正功，就是電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能(3)列有關(guān)能量的關(guān)系式如圖1­5­6所示，豎直固定的光滑U形金屬導(dǎo)軌MNOP每米長度的電阻為r，MN平行于OP，且相距為l，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場與導(dǎo)軌所在平面垂直有一質(zhì)量為m、電阻不計(jì)的水平金屬桿ab可在導(dǎo)軌上自由滑動(dòng)，滑動(dòng)過程中與導(dǎo)軌接觸良好且保持垂直將ab從某一位置由靜止開始釋放后，下滑h高度時(shí)速度達(dá)到最大，在此過程中，電路中產(chǎn)生的熱量為Q，以后設(shè)法讓桿ab保持這個(gè)速度勻速下滑，直到離開導(dǎo)軌為止 .求：圖1

12、3;5­6(1)金屬桿勻速下滑時(shí)的速度；(2)勻速下滑過程中通過金屬桿的電流I與時(shí)間t的關(guān)系思路點(diǎn)撥：由能量守恒求出下滑速度由受力平衡和總電阻與時(shí)間t的關(guān)系可求電流I與時(shí)間t的關(guān)系【解析】(1)金屬桿ab由靜止釋放到剛好達(dá)最大速度vm的過程中，由能量守恒定律可得mghQmv解得vm.(2)設(shè)金屬桿剛達(dá)到最大速度時(shí)，電路總電阻為R0.ab桿達(dá)最大速度時(shí)有mgBIlEBlvmI由得mg，再經(jīng)時(shí)間t，電路總電阻RR02rvmt，則I聯(lián)立以上各式解得I.【答案】(1)(2)I電能的三種求解思路(1)利用克服安培力做功求解：電磁感應(yīng)中產(chǎn)生的電能等于克服安培力所做的功(2)利用能量守恒求解：相應(yīng)

13、的其他能量的減少量等于產(chǎn)生的電能(3)利用電路特征求解：通過電路中所消耗的電能來計(jì)算針對(duì)訓(xùn)練2(多選)如圖1­5­7所示，一粗糙的平行金屬軌道平面與水平面成角，兩軌道上端用一電阻R相連，該裝置處于勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直軌道平面向上，質(zhì)量為m的金屬桿ab以初速度v0從軌道底端向上滑行，滑行到某高度h后又返回到底端若運(yùn)動(dòng)過程中金屬桿始終保持與導(dǎo)軌垂直且接觸良好，軌道與金屬桿的電阻均忽略不計(jì)則下列說法正確的是() 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：97752040】圖1­5­7A金屬桿ab上滑過程與下滑過程通過電阻R的電荷量一樣多B金屬桿ab上滑過程中克服重力、安培力與摩擦力所做功

14、之和大于mvC金屬桿ab上滑過程與下滑過程因摩擦而產(chǎn)生的內(nèi)能一定相等D金屬桿ab在整個(gè)過程中損失的機(jī)械能等于裝置產(chǎn)生的焦耳熱AC金屬桿在軌道上滑行時(shí)平均電動(dòng)勢E，通過的電荷量QItt，故上滑和下滑時(shí)通過電阻R的電荷量相同；根據(jù)能量守恒定律，金屬桿ab上滑過程中克服重力、安培力與摩擦力所做功之和等于減少的動(dòng)能mv0 2，金屬桿ab上滑過程與下滑過程中所受摩擦力大小相等，移動(dòng)的位移大小相等，故因摩擦而產(chǎn)生的內(nèi)能一定相等，根據(jù)能量守恒定律可知整個(gè)過程中損失的機(jī)械能等于裝置產(chǎn)生的焦耳熱和摩擦產(chǎn)生的內(nèi)量之和故A、C正確，B、D錯(cuò)誤當(dāng) 堂 達(dá) 標(biāo)·固 雙 基1如圖1­5­8所

15、示，一個(gè)繞圓心軸MN勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的金屬圓盤，勻強(qiáng)磁場垂直于圓盤平面，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，圓盤中心和圓盤邊緣通過電刷與螺線管相連，圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)方向如圖所示，則下述結(jié)論中正確的是() 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：97752041】圖1­5­8A圓盤上的電流由圓心流向邊緣B圓盤上的電流由邊緣流向圓心C金屬圓盤上各處電勢相等D螺線管產(chǎn)生的磁場，F(xiàn)端為N極A當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)方向如題圖所示時(shí)，根據(jù)右手定則可判斷出圓盤上的感應(yīng)電流方向是從圓心流向邊緣的，故A正確，B錯(cuò)誤；由于圓盤上存在感應(yīng)電流，故其上各處的電勢并不相等，C錯(cuò)誤；由螺線管中的電流方向和安培定則可判斷出E端為N極，故D是錯(cuò)誤的2.如圖1­5­

16、;9所示，豎直放置的金屬框架處于水平勻強(qiáng)磁場中，有一直金屬棒ab可以沿金屬框無摩擦地上下滑動(dòng)，當(dāng)ab由靜止開始自由下滑一段時(shí)間后，合上開關(guān)S，則ab將做()圖1­5­9A勻速運(yùn)動(dòng)B加速運(yùn)動(dòng)C減速運(yùn)動(dòng)D無法確定D開關(guān)閉合前棒ab切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢但無感應(yīng)電流，ab做自由落體運(yùn)動(dòng)，開關(guān)閉合后有感應(yīng)電流且I，安培力F(向上)若Fmg，ab做減速運(yùn)動(dòng)；若Fmg，ab做勻速運(yùn)動(dòng)；若Fmg，ab做加速運(yùn)動(dòng)，由于閉合開關(guān)時(shí)ab的速度v大小不確定，因此ab的運(yùn)動(dòng)也不確定，故D正確3. (多選)如圖1­5­10所示，有兩根和水平方向成角的光滑平行的金屬軌道，上端接有

17、可變電阻R，下端足夠長，空間有垂直于軌道平面的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B一根質(zhì)量為m的金屬桿從軌道上由靜止滑下，經(jīng)過足夠長的時(shí)間后，金屬桿的速度會(huì)趨近于一個(gè)最大速度vm，則()圖1­5­10A如果B增大，vm將變大B如果變大，vm將變大C如果R變大，vm將變大D如果m變小，vm將變大BC金屬桿做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)加速度為零時(shí)速度達(dá)到最大，此時(shí)mgsin F安BL，所以vm.由此可知B、C正確，A、D錯(cuò)誤4.可繞固定軸OO轉(zhuǎn)動(dòng)的正方形線框的邊長L0.5 m，僅ab邊有質(zhì)量且m0.1 kg.線框的總電阻R1 ，不計(jì)摩擦和空氣阻力，線框從水平位置由靜止釋放，到達(dá)豎直位置歷時(shí)0.1 s，設(shè)線框始終處在方向豎直向下、磁感應(yīng)強(qiáng)度B4×102 T的勻強(qiáng)磁場中，如圖1­5­11所示，g取10 m/s2.試求：(1)這個(gè)