高中物理 第一章 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.ppt

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第一章電磁感應(yīng)第五節(jié)電磁感應(yīng)規(guī)律的應(yīng)用 知識(shí)點(diǎn)一法拉第電機(jī) 法拉第最早設(shè)計(jì)的 銅盤發(fā)電機(jī) 如右圖所示 因?yàn)檎麄€(gè)圓盤可看成是由許許多多輻條合并起來(lái)的 銅盤在垂直盤面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)內(nèi)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 與其中一條半徑做切割磁感線運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小 方向相同 但內(nèi)阻很小 因此 嘗試應(yīng)用1 如圖所示 長(zhǎng)L 10cm的金屬棒ab在磁感應(yīng)強(qiáng)度B 2T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中以a端為軸 在垂直磁場(chǎng)方向的平面內(nèi)以角速度 10rad s做順時(shí)針?lè)较虻膭蛩俎D(zhuǎn)動(dòng) ab兩端的電勢(shì)差是 V a b兩端 端電勢(shì)高 端電勢(shì)低 知識(shí)點(diǎn)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)生感應(yīng)電流的過(guò)程 實(shí)質(zhì)上是能量的轉(zhuǎn)化過(guò)程 2 電磁感應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的感應(yīng)電流在磁場(chǎng)中必定受到安培力的作用 因此 要維持感應(yīng)電流的存在 必須有 外力 克服安培力做功 此過(guò)程中 其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能 外力 克服安培力做了多少功 就有多少其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能 3 當(dāng)感應(yīng)電流通過(guò)用電器時(shí) 電能又轉(zhuǎn)化為其他形式的能 安培力做功的過(guò)程 是電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的過(guò)程 安培力做了多少功 就有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能 嘗試應(yīng)用2 把一個(gè)矩形線圈從有理想邊界的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速拉出 如下圖 第一次速度為v1 第二次速度為v2 且v2 2v1 則兩種情況下拉力的做功之比W1 W2 拉力的功率之比P1 P2 線圈中產(chǎn)生的焦耳熱之比Q1 Q2 由上面得出的W P Q的表達(dá)式可知 兩種情況拉力的功 功率 線圈中的焦耳熱之比分別為1 2 1 4 1 2 答案 1 21 41 2 題型一導(dǎo)體棒在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算 例1長(zhǎng)為L(zhǎng)的金屬棒ab 繞b端在垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的平面內(nèi)以角速度 勻速轉(zhuǎn)動(dòng) 磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 如圖所示 求ab兩端的電勢(shì)差 變式訓(xùn)練1 如圖所示 在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 設(shè)導(dǎo)體棒Oa可以以點(diǎn)O為中心轉(zhuǎn)動(dòng) 而另一端a剛好搭在光滑的半圓形金屬導(dǎo)軌上 Oa長(zhǎng)為l且以角速度 勻速轉(zhuǎn)動(dòng) 在Ob間接入一阻值為R的電阻 不計(jì)其他電阻 試求 題型二電磁感應(yīng)中的電路問(wèn)題 2 對(duì)電磁感應(yīng)電路的理解 1 在電磁感應(yīng)電路中 相當(dāng)于電源的部分把其他形式的能通過(guò)電流做功轉(zhuǎn)化為電能 2 電源 兩端的電壓為路端電壓 而不是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 3 路端電壓 U IR E Ir 3 內(nèi)電路和外電路 1 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)于電源 2 該部分導(dǎo)體的電阻或線圈的電阻相當(dāng)于電源的內(nèi)阻 其余部分是外電路 例2如右圖所示 在絕緣光滑水平面上 有一個(gè)邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的單匝正方形線框abcd 在外力的作用下以恒定的速率v向右運(yùn)動(dòng)進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域 線框被全部拉入磁場(chǎng)的過(guò)程中線框平面保持與磁場(chǎng)方向垂直 線框的ab邊始終平行于磁場(chǎng)的邊界 已知線框的四個(gè)邊的電阻值相等 均為R 求 1 在ab邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域時(shí) 線框內(nèi)的電流大小 2 在ab邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域時(shí) ab邊兩端的電壓 3 在ab邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域時(shí) cd邊兩端的電壓 變式訓(xùn)練2 如圖所示 MN PQ是間距為L(zhǎng)的平行金屬導(dǎo)軌 置于磁感強(qiáng)度為B 方向垂直導(dǎo)軌所在平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 M P間接有一阻值為R的電阻 一根與導(dǎo)軌接觸良好 有效阻值也為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 C A 通過(guò)電阻R的電流方向?yàn)镻 R MB a b兩點(diǎn)間的電壓為BLvC a端電勢(shì)比b端高D 外力F做的功等于電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱解析 根據(jù)右手定則 或楞次定律 可知回路中的電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針的 故A錯(cuò)誤 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為 E BLv 電阻R兩端的電壓為路 題型三電磁感應(yīng)中的圖象問(wèn)題 1 題型特點(diǎn) 一般可把圖象問(wèn)題分為三類 1 由給定的電磁感應(yīng)過(guò)程選出或畫出正確的圖象 2 由給定的有關(guān)圖象分析電磁感應(yīng)過(guò)程 求解相應(yīng)的物理量 3 根據(jù)圖象定量計(jì)算 2 解題關(guān)鍵 弄清初始條件 正負(fù)方向的對(duì)應(yīng) 明確斜率的含義 變化范圍 所研究物理量的函數(shù)表達(dá)式 進(jìn) 出磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)是解決問(wèn)題的關(guān)鍵 三個(gè)相似關(guān)系及其各自的物理意義 3 解決圖象問(wèn)題的一般步驟 1 明確圖象的種類 即是Bt圖象還是 t圖象 或者是Et圖象 It圖象等 2 分析電磁感應(yīng)的具體過(guò)程 3 用右手定則或楞次定律確定方向?qū)?yīng)關(guān)系 4 結(jié)合法拉第電磁感應(yīng)定律 歐姆定律 牛頓運(yùn)動(dòng)定律等規(guī)律寫出函數(shù)關(guān)系式 5 根據(jù)函數(shù)關(guān)系式 進(jìn)行數(shù)學(xué)分析 如分析斜率的變化 截距等 6 畫出圖象或判斷圖象 例3一矩形線圈位于一隨時(shí)間t變化的勻強(qiáng)磁場(chǎng)內(nèi) 磁場(chǎng)方向垂直線圈所在的平面 紙面 向里 如下圖所示 以I表示線圈中的感應(yīng)電流 以圖中的線圈上所示方向的電流為正 則下圖中的It圖象正確的是 變式訓(xùn)練3 如右圖 一載流長(zhǎng)直導(dǎo)線和一矩形線框固定在同一平面內(nèi) 線框在長(zhǎng)直導(dǎo)線右側(cè) 且其長(zhǎng)邊與長(zhǎng)直導(dǎo)線平行 已知在t 0到t t1的時(shí)間間隔內(nèi) 直導(dǎo)線中電流i發(fā)生某種變化 而線框中的感應(yīng)電流總是沿順時(shí)針?lè)较?線框受到的安培力的合力先水平向左 后水平向右 設(shè)電流i正方向與圖中箭頭所示方向相同 則i隨時(shí)間t變化的圖線可能是 A 解析 要求框中感應(yīng)電流順時(shí)針 根據(jù)楞次定律 可知框內(nèi)磁場(chǎng)要么向里減弱 載流直導(dǎo)線中電流正向減小 要么向外增強(qiáng) 載流直導(dǎo)線中電流負(fù)向增大 線框受安培力向左時(shí) 載流直導(dǎo)線電流一定在減小 線框受安培力向右時(shí) 載流直導(dǎo)線中電流一定在增大 故答案選A 題型四電磁感應(yīng)中的能量分析 1 過(guò)程分析 1 電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生感應(yīng)電流的過(guò)程 實(shí)質(zhì)上是能量的轉(zhuǎn)化過(guò)程 2 電磁感應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的感應(yīng)電流在磁場(chǎng)中必定受到安培力的作用 因此 要維持感應(yīng)電流的存在 必須有 外力 克服安培力做功 此過(guò)程中 其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能 外力 克服安培力做了多少功 就有多少其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能 3 當(dāng)感應(yīng)電流通過(guò)用電器時(shí) 電能又轉(zhuǎn)化為其他形式的能 安培力做功的過(guò)程 是電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的過(guò)程 安培力做了多少功 就有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能 2 求解思路 1 若回路中電流恒定 可以利用電路結(jié)構(gòu)及W UIt或Q I2Rt直接進(jìn)行計(jì)算 2 若電流變化 則 利用安培力做的功求解 電磁感應(yīng)中產(chǎn)生的電能等于克服安培力所做的功 利用能量守恒求解 若只有電能與機(jī)械能的轉(zhuǎn)化 則機(jī)械能的減少量等于產(chǎn)生的電能 例4如右圖所示 平行光滑的金屬導(dǎo)軌豎直放置 寬為L(zhǎng) 上端接有電阻為R的定值電阻 質(zhì)量為m的金屬桿與導(dǎo)軌垂直放置且接觸良好 勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于導(dǎo)軌平面 磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 導(dǎo)軌和桿的電阻不計(jì) 金屬桿由靜止開始下落 下落h時(shí)速度達(dá)到最大 重力加速度為g 求 1 金屬桿下落的最大速度 2 金屬桿由靜止開始下落至速度最大過(guò)程中 電阻R上產(chǎn)生的熱量Q 解析 1 金屬桿速度最大時(shí) 安培力和重力平衡 有mg BIL 金屬桿中的電動(dòng)勢(shì)E BLvmax 變式訓(xùn)練4 如右圖所示 電阻不計(jì)的光滑平行金屬導(dǎo)軌MN和OP水平放置 MO間接有阻值為R的電阻 兩導(dǎo)軌相距為L(zhǎng) 其間有豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 質(zhì)量為m 長(zhǎng)度為L(zhǎng) 電阻為R0的導(dǎo)體棒CD垂直于導(dǎo)軌放 置 并接觸良好 用平行于MN向右的水平力拉動(dòng)CD從靜止開始運(yùn)動(dòng) 拉力的功率恒為P 經(jīng)過(guò)時(shí)間t導(dǎo)體棒CD達(dá)到最大速度v0 1 求出磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小 2 求出該過(guò)程中電阻R上所產(chǎn)生的電熱 題型五電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題分析 1 導(dǎo)體兩種狀態(tài)及處理方法 1 導(dǎo)體的平衡態(tài) 靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 處理方法 根據(jù)平衡條件合外力等于零列式分析 2 導(dǎo)體的非平衡態(tài) 加速度不為零 處理方法 根據(jù)牛頓第二定律進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析或結(jié)合功能關(guān)系分析 2 解決電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的一般思路是 1 先電后力 即 先作 源 的分析 分離出電路中由電磁感應(yīng)所產(chǎn)生的電源 求出電源參數(shù)E和r 2 再進(jìn)行 路 的分析 分析電路結(jié)構(gòu) 弄清串 并聯(lián)關(guān)系 求出相關(guān)部分的電流大小 以便求解安培力 3 然后是 力 的分析 分析研究對(duì)象 常是金屬桿 導(dǎo)體線圈等 的受力情況 尤其注意其所受的安培力 4 接著進(jìn)行 運(yùn)動(dòng) 狀態(tài)的分析 根據(jù)力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系 判斷出正確的運(yùn)動(dòng)模型 3 在電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題中有兩類常見的模型 例5如下圖 a 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的均勻金屬桿ab放在兩導(dǎo)軌上 并與導(dǎo)軌垂直 整個(gè)裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 磁場(chǎng)方向垂直斜面向下 導(dǎo)軌和金屬桿接觸良好 不計(jì)它們之間的摩擦 1 由b向a方向看到的裝置如上圖 b 所示 請(qǐng)?jiān)诖藞D中畫出ab桿在下滑過(guò)程中某時(shí)刻的受力示意圖 2 在加速下滑過(guò)程中 當(dāng)ab桿的速度大小為v時(shí) 求此時(shí)ab桿中的電流及其加速度的大小 3 求在下滑的過(guò)程中 ab桿可以達(dá)到的速度最大值 解析 1 ab桿在下滑過(guò)程中受到三個(gè)力作用 重力mg 豎直向下 支持力N 垂直斜面向上 安培力F 沿斜面向上 受力分析如圖所示 變式訓(xùn)練5 水平面上兩根足夠長(zhǎng)的光滑金屬導(dǎo)軌平行固定放置 間距為L(zhǎng) 一端通過(guò)導(dǎo)線與阻值為R的電阻連接 導(dǎo)軌上放一質(zhì)量為m的金屬桿 如右圖所示 金屬桿與導(dǎo)軌的電阻忽略不計(jì) 均勻磁場(chǎng)豎直向下 用與導(dǎo)軌平行的恒定拉力F作用在金屬桿上 桿最終將做勻速運(yùn)動(dòng) 當(dāng)改變拉力的大小時(shí) 相對(duì)應(yīng)的勻速運(yùn)動(dòng)速度v也會(huì)變化 v和F的關(guān)系如圖所示 取重力加速度g 10m s2 1 金屬桿在勻速運(yùn)動(dòng)之前做什么運(yùn)動(dòng) 2 若m 0 5kg L 0 5m R 0 5 則磁感應(yīng)強(qiáng)度B為多大 解析 1 金屬桿在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到拉力 安培力 阻力 作用 拉力恒定 安培力隨著速度的增大而逐漸增大 因此 金屬桿的加速度越來(lái)越小 即金屬桿做加速度越來(lái)越小的變加速運(yùn)動(dòng) 桿最終將做勻速運(yùn)動(dòng)