高中物理 第一章 電磁感應(yīng) 第五節(jié) 電磁感應(yīng)規(guī)律的應(yīng)用課件 粵教版選修3-2

1、第一章電磁感應(yīng)第五節(jié)電磁感應(yīng)規(guī)律的應(yīng)用學(xué)習(xí)目標(biāo)1.理解什么是法拉第電機(jī).2.掌握電磁感應(yīng)現(xiàn)象中電路問(wèn)題的分析方法和解題基本思路.3.能解決電磁感應(yīng)中的能量問(wèn)題內(nèi)容索引知識(shí)探究題型探究達(dá)標(biāo)檢測(cè)知識(shí)探究1一、法拉第電機(jī)一、法拉第電機(jī)導(dǎo)學(xué)探究導(dǎo)學(xué)探究(1)參考課本法拉第圓盤發(fā)電機(jī)的構(gòu)造圖，簡(jiǎn)單說(shuō)明法拉第圓盤發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電流的原因法拉第電機(jī)的圓盤是由無(wú)數(shù)根輻條組成的，每根輻條做切割磁感線運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，電路閉合時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流 答案(2)如圖1所示，當(dāng)將導(dǎo)體棒和電阻組成閉合電路時(shí)，電路的哪部分相當(dāng)于電源？電源的正極和負(fù)極在電路的哪個(gè)位置？電源內(nèi)部電流方向如何？ab導(dǎo)體棒相當(dāng)于電源，a是電源正極，b是

2、電源負(fù)極，電源內(nèi)部電流由負(fù)極流向正極 答案圖1知識(shí)梳理知識(shí)梳理1.轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁感線產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)導(dǎo)體棒的一端為軸轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁感線：由v 可知各點(diǎn)線速度隨半徑按線性規(guī)律變化，切割速度用 的線速度替代，即v 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E_.r中點(diǎn)2.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向圖1中導(dǎo)體棒ab在轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁感線時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，相當(dāng)于 ，如果它與用電器連接構(gòu)成閉合電路，則產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向由 (右手定則)，而電源內(nèi)部電流方向是由負(fù)極流向正極，所以a為電動(dòng)勢(shì)的_，b為電動(dòng)勢(shì)的 . 電源b向a正極負(fù)極即學(xué)即用即學(xué)即用一直升機(jī)停在南半球的地磁極上空.該處地磁場(chǎng)的方向豎直向上，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.直升機(jī)螺旋槳葉片的長(zhǎng)度為l，螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率為f

3、，順著地磁場(chǎng)的方向看螺旋槳，螺旋槳按順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，螺旋槳葉片的近軸端為a，遠(yuǎn)軸端為b，如圖2所示，如果忽略a到轉(zhuǎn)軸中心線的距離，每個(gè)葉片中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E_，且a點(diǎn)電勢(shì)_b點(diǎn)電勢(shì)(填“高于”或“低于”).圖2fl2B低于 答案二、電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化二、電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化導(dǎo)學(xué)探究導(dǎo)學(xué)探究(1)如圖3所示，兩根足夠長(zhǎng)的直金屬導(dǎo)軌MN、PQ平行放置在傾角為的絕緣斜面上，兩導(dǎo)軌間距為L(zhǎng)，M、P兩點(diǎn)間接有阻值為R的電阻，一根質(zhì)量為m的均勻直金屬桿ab放在兩導(dǎo)軌上，并與導(dǎo)軌垂直，整套裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于斜面向下，導(dǎo)軌和金屬桿的電阻可忽略不計(jì)，讓ab桿沿導(dǎo)軌由靜止開(kāi)始下滑，

4、導(dǎo)軌和金屬桿接觸良好，不計(jì)它們之間的摩擦.試在同一圖中畫(huà)出該電路的側(cè)視圖和金屬桿ab的受力分析圖. 答案圖3如圖所示 (2)電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的“阻礙”就是能量守恒的具體體現(xiàn)，在這種“阻礙”的過(guò)程中，其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能.分析上圖金屬桿下滑過(guò)程中的何種形式的能轉(zhuǎn)化為電能？還可能有哪幾種形式的能量轉(zhuǎn)化？金屬桿在下滑過(guò)程中金屬桿的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能，如果金屬桿的速度增大，金屬桿的重力勢(shì)能還有一部分轉(zhuǎn)化為金屬桿的動(dòng)能. 答案圖3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)體相當(dāng)于 .如果電路閉合，電路中會(huì)產(chǎn)生 ，而導(dǎo)體又處在磁場(chǎng)中，因此導(dǎo)體將受到 的作用，如圖4所示.導(dǎo)體ab向右運(yùn)動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生由 流向 的

5、感應(yīng)電流，在磁場(chǎng)中，通電導(dǎo)體ab要受到 的安培力作用.電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電能是通過(guò)克服_做功轉(zhuǎn)化而來(lái)的.克服_做了多少功，就有多少 產(chǎn)生，而這些 又通過(guò)電流做功而轉(zhuǎn)化為其他形式的能.因此，電磁感應(yīng)現(xiàn)象符合能量守恒定律.知識(shí)梳理知識(shí)梳理圖4電源感應(yīng)電流安培力ba向左安培力安培力電能電能即學(xué)即用即學(xué)即用如圖5所示，勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向豎直向下，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.正方形金屬框abcd可繞光滑軸OO轉(zhuǎn)動(dòng)，邊長(zhǎng)為L(zhǎng)，總電阻為R，ab邊質(zhì)量為m，其他三邊質(zhì)量不計(jì)，現(xiàn)將abcd拉至水平位置，并由靜止釋放，經(jīng)一定時(shí)間到達(dá)豎直位置，ab邊的速度大小為v，則在金屬框內(nèi)產(chǎn)生的熱量大小等于_.圖5答案2題型探究一、電磁感應(yīng)中

6、的電路問(wèn)題電磁感應(yīng)問(wèn)題常與電路知識(shí)綜合考查，解決此類問(wèn)題的基本方法是：(1)明確哪部分電路或?qū)w產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，該電路或?qū)w就相當(dāng)于電源，其他部分是外電路.(2)畫(huà)等效電路圖，分清內(nèi)、外電路.(3)用法拉第電磁感應(yīng)定律E 或EBLv確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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.例例1固定在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的正方形導(dǎo)線框abcd邊長(zhǎng)為L(zhǎng)，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(zhǎng)度均相

7、同的電阻絲PQ架在導(dǎo)線框上(如圖6所示).若PQ以恒定的速度v從ad滑向bc，當(dāng)其滑過(guò) 的距離時(shí)，通過(guò)aP段的電流是多大？方向如何？圖6答案解析PQ在磁場(chǎng)中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，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)，技巧點(diǎn)撥技巧點(diǎn)撥1.“電源”的確定方法：“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)練針對(duì)訓(xùn)練1用均勻?qū)Ь€做成的正方形線框邊長(zhǎng)為0.2 m，正方形的一半放在垂直紙面向里的

8、勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，如圖7所示.當(dāng)磁場(chǎng)以10 T/s的變化率增強(qiáng)時(shí)，線框上a、b兩點(diǎn)間的電勢(shì)差是A.Uab0.1 VB.Uab0.1 VC.Uab0.2 VD.Uab0.2 V圖7答案解析穿過(guò)正方形線框左半部分的磁通量變化而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，從而在線框中產(chǎn)生感應(yīng)電流，把左半部分線框看成電源，設(shè)其電動(dòng)勢(shì)為E，正方形線框的總電阻為r，則內(nèi)電阻為 畫(huà)出等效電路如圖所示.則a、b兩點(diǎn)間的電勢(shì)差即為電源的路端電壓，設(shè)l是邊長(zhǎng)，且依題意知由于a點(diǎn)電勢(shì)低于b點(diǎn)電勢(shì)，故Uab0.1 V，即B選項(xiàng)正確.二、電磁感應(yīng)中的能量問(wèn)題1.電磁感應(yīng)中能量的轉(zhuǎn)化電磁感應(yīng)過(guò)程實(shí)質(zhì)是不同形式的能量相互轉(zhuǎn)化的過(guò)程，其能量轉(zhuǎn)化方式為：2.求

9、解電磁感應(yīng)現(xiàn)象中能量問(wèn)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，重力勢(shì)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.例例2如圖8所示，足夠長(zhǎng)的平行光滑U形導(dǎo)軌傾斜放置，所在平面的傾角37，導(dǎo)軌間的距離L1.0 m，下端連接R1.6 的電阻，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，所在空間存在垂直于導(dǎo)軌平面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B1.0 T.質(zhì)量m0.5 kg、電阻r0.4 的金

10、屬棒ab垂直置于導(dǎo)軌上，現(xiàn)用沿導(dǎo)軌平面且垂直于金屬棒、大小為F5.0 N的恒力使金屬棒ab從靜止開(kāi)始沿導(dǎo)軌向上滑行，當(dāng)金屬棒滑行s2.8 m后速度保持不變.求：(sin 370.6，cos 370.8，g10 m/s2)(1)金屬棒勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度大小v；答案解析圖84 m/s金屬棒勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電流為由平衡條件有Fmgsin BIL代入數(shù)據(jù)解得v4 m/s.(2)金屬棒從靜止到剛開(kāi)始勻速運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，電阻R上產(chǎn)生的熱量QR.圖8答案解析1.28 J設(shè)整個(gè)電路中產(chǎn)生的熱量為Q，由能量守恒定律有 針對(duì)訓(xùn)練針對(duì)訓(xùn)練2水平放置的光滑平行導(dǎo)軌上放置一根長(zhǎng)為L(zhǎng)、質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒ab，ab處在磁感應(yīng)

11、強(qiáng)度大小為B、方向如圖9所示的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，導(dǎo)軌的一端接一阻值為R的電阻，導(dǎo)軌及導(dǎo)體棒電阻不計(jì).現(xiàn)使ab在水平恒力F作用下由靜止沿垂直于磁場(chǎng)的方向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)通過(guò)的位移為s時(shí)，ab達(dá)到最大速度vm.此時(shí)撤去外力，最后ab靜止在導(dǎo)軌上.在ab運(yùn)動(dòng)的整個(gè)過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是A.撤去外力后，ab做勻減速運(yùn)動(dòng)B.合力對(duì)ab做的功為FsC.R上釋放的熱量為FsD.R上釋放的熱量為Fs圖9答案解析撤去外力后，導(dǎo)體棒水平方向只受安培力作用，而F安 F安隨v的變化而變化，故導(dǎo)體棒做加速度變化的變速運(yùn)動(dòng)，A錯(cuò)；對(duì)整個(gè)過(guò)程由動(dòng)能定理得W合Ek0，B錯(cuò)；由能量守恒定律知，恒力F做的功等于整個(gè)回路產(chǎn)生的電能，電能又轉(zhuǎn)化

12、為R上釋放的熱量，即QFs，C錯(cuò)，D正確.達(dá)標(biāo)檢測(cè)31.如圖10所示，由均勻?qū)Ь€制成的半徑為R的圓環(huán)，以速度v勻速進(jìn)入一磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng).當(dāng)圓環(huán)運(yùn)動(dòng)到圖示位置(aOb90)時(shí)，a、b兩點(diǎn)的電勢(shì)差為答案解析圖10123412342.如圖11所示，豎直平面內(nèi)有一金屬圓環(huán)，半徑為a，總電阻為R(指拉直時(shí)兩端的電阻)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直穿過(guò)環(huán)平面，與環(huán)的最高點(diǎn)A用鉸鏈連接長(zhǎng)度為2a、電阻為 的導(dǎo)體棒AB，AB由水平位置緊貼環(huán)面擺下，當(dāng)擺到豎直位置時(shí)，B點(diǎn)的線速度為v，則這時(shí)AB兩端的電壓大小為答案解析圖111234擺到豎直位置時(shí)，AB切割磁感線的瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)12343.如圖12所示，豎直放置的兩根平行金屬導(dǎo)軌之間接有定值電阻R，質(zhì)量不能忽略的金屬棒與兩導(dǎo)軌始終保持垂直并良好接觸且無(wú)摩擦，棒與導(dǎo)軌的電阻均不計(jì)，整個(gè)裝置放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向與導(dǎo)軌平面垂直，棒在豎直向上的恒力F作用下加速上升的一段時(shí)間內(nèi)，力F做的功與安培力做的功的代數(shù)和等于A.棒的機(jī)械能增加量B.棒的動(dòng)能增加量C.棒的重力勢(shì)能增加量D.電阻R上產(chǎn)生的熱量答案解析圖12棒加速上升時(shí)受到重力、拉力F及安培力.根據(jù)功能關(guān)系可知，力F與安培力做的功的代數(shù)和等于棒的機(jī)