2017-2018學(xué)年高中物理 第一章 電磁感應(yīng) 第、5節(jié) 楞次定律 電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化與守恒教學(xué)案 教科版選修-2

1、學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精第4、5節(jié) 楞次定律_電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化與守恒1。閉合電路的一部分導(dǎo)體做切割磁感線的運(yùn)動時(shí)，可用右手定則判斷感應(yīng)電流的方向。2楞次定律的內(nèi)容是：感應(yīng)電流具有這樣的方向，即感應(yīng)電流的磁場總是要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。3感應(yīng)電流的效果總是要反抗產(chǎn)生感應(yīng)電流的原因。4在由于回路與磁場間發(fā)生相對運(yùn)動引起的電磁感應(yīng)中產(chǎn)生的電能是通過克服安培力做功轉(zhuǎn)化而來的，克服安培力做的功等于產(chǎn)生的電能，這些電能又通過電流做功轉(zhuǎn)化為其他形式的能量,如使電阻發(fā)熱產(chǎn)生內(nèi)能；在由于磁場變化引起的電磁感應(yīng)中產(chǎn)生的電能是由磁場能轉(zhuǎn)化來的。一、右手定則1內(nèi)容將右手手掌伸平，使大拇指與其余并攏的四

2、指垂直，并與手掌在同一平面內(nèi),讓磁感線從手心進(jìn)入，大拇指指向?qū)w運(yùn)動方向，這時(shí)四指所指的方向就是感應(yīng)電流的方向,也就是感應(yīng)電動勢的方向.2適用情景閉合電路的一部分導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動產(chǎn)生感應(yīng)電流的方向判斷.二、楞次定律1實(shí)驗(yàn)探究（1）實(shí)驗(yàn)?zāi)康奶骄繘Q定感應(yīng)電流方向的因素以及所遵循的規(guī)律。 (2)實(shí)驗(yàn)過程實(shí)驗(yàn)前先查明電流的方向與電流表指針偏轉(zhuǎn)方向的關(guān)系,然后將螺線管與電流表組成閉合回路,分別將條形磁鐵的n極、s極插入、抽出線圈，如圖1.42所示，記錄感應(yīng)電流方向如下.圖1.4。1圖1.4.2（3）實(shí)驗(yàn)記錄及分析線圈內(nèi)磁通量增加時(shí)的情況.圖號磁場方向感應(yīng)電流方向(俯視)感應(yīng)電流的磁場方向歸納總結(jié)甲向

3、下逆時(shí)針向上感應(yīng)電流的磁場阻礙磁通量的增加乙向上順時(shí)針向下線圈內(nèi)磁通量減少時(shí)的情況.圖號磁場方向感應(yīng)電流方向（俯視)感應(yīng)電流的磁場方向歸納總結(jié)丙向下順時(shí)針向下感應(yīng)電流的磁場阻礙磁通量的減少丁向上逆時(shí)針向上2楞次定律感應(yīng)電流具有這樣的方向，即感應(yīng)電流的磁場總是要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。三、電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化與守恒1在導(dǎo)線做切割磁感線運(yùn)動而產(chǎn)生感應(yīng)電流時(shí),電路中的電能來源于機(jī)械能。2克服安培力做了多少功，就產(chǎn)生多少電能。3電流做功時(shí)又將電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量。4電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，能量在轉(zhuǎn)化過程中是守恒的。1自主思考-判一判（1)導(dǎo)體棒不垂直切割磁感線時(shí)，也可以用右手定則判斷感應(yīng)電流方向。

4、（）（2)凡可以用右手定則判斷感應(yīng)電流方向的，均能用楞次定律判斷。（）(3)右手定則即右手螺旋定則。(）（4）由楞次定律知，感應(yīng)電流的磁場一定與引起感應(yīng)電流的磁場方向相反。（）(5)電路不閉合,穿過回路的磁通量變化時(shí)，也會產(chǎn)生“阻礙”作用.()（6）感應(yīng)電流的磁場一定阻礙引起感應(yīng)電流的磁場的磁通量的變化。（）2合作探究議一議（1）楞次定律中兩磁場間有什么關(guān)系？提示：閉合電路中有兩個(gè)磁場，一是引起感應(yīng)電流的磁場,即原磁場；二是感應(yīng)電流的磁場。當(dāng)引起感應(yīng)電流的磁通量(原磁通量)要增加時(shí)，感應(yīng)電流的磁場要阻礙它的增加，兩個(gè)磁場方向相反；當(dāng)原磁通量要減少時(shí)，感應(yīng)電流的磁場阻礙它的減少,兩個(gè)磁場方向相同

5、。(2)如何選擇楞次定律還是右手定則？提示：對一個(gè)具體的問題,能用楞次定律判斷出感應(yīng)電流方向，不要想著也一定能用右手定則判斷出來。若是導(dǎo)體不動，回路中的磁通量變化，能用楞次定律判斷感應(yīng)電流方向,而不能用右手定則判斷；若是回路中的一部分導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動產(chǎn)生感應(yīng)電流,用右手定則判斷較為簡單,用楞次定律也能進(jìn)行判斷，但較為麻煩.（3）為什么說楞次定律是能量守恒定律在電磁感應(yīng)中的表現(xiàn)？提示：感應(yīng)電流的磁場阻礙引起感應(yīng)電流的原磁場的磁通量發(fā)生變化，因此,為了維持原磁場磁通量的變化，就必須有動力克服感應(yīng)電流的磁場的阻礙作用而做功，將其他形式的能轉(zhuǎn)化為感應(yīng)電流的電能,所以楞次定律中的阻礙過程，實(shí)質(zhì)上就是

6、能量轉(zhuǎn)化的過程,楞次定律是能量守恒定律在電磁感應(yīng)中的表現(xiàn)。 右手定則的應(yīng)用典例如圖14.3，直角三角形金屬框abc放置在勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為b，方向平行于ab邊向上。當(dāng)金屬框繞ab邊以角速度逆時(shí)針轉(zhuǎn)動時(shí),a、b、c三點(diǎn)的電勢分別為ua 、ub、uc。已知bc邊的長度為l。下列判斷正確的是（）圖1.43auauc,金屬框中無電流bubuc，金屬框中電流方向沿a-b-cacubcbl2，金屬框中無電流duacbl2，金屬框中電流方向沿acba思路點(diǎn)撥解答本題時(shí)應(yīng)明確以下三點(diǎn)：（1)右手定則中四指指向感應(yīng)電動勢的正極一端。（2)ac邊的有效切割長度等于bc邊長。(3)電動勢同向串聯(lián)相加，反向

7、串聯(lián)相減。解析閉合金屬框在勻強(qiáng)磁場中以角速度逆時(shí)針轉(zhuǎn)動時(shí),穿過金屬框的磁通量始終為零，金屬框中無電流。由右手定則可知ubuad。一質(zhì)量為m、邊長為d的正方形線框由距區(qū)域上邊界某一高度處靜止釋放，在穿過兩磁場區(qū)域的過程中，通過線框的電流及其變化情況相同。重力加速度為g，空氣阻力忽略不計(jì)。則下列說法正確的是（）圖8a線框進(jìn)入?yún)^(qū)域時(shí)與離開區(qū)域時(shí)的電流方向相同b線框進(jìn)入?yún)^(qū)域時(shí)與離開區(qū)域時(shí)所受安培力的方向相同c線框有可能勻速通過磁場區(qū)域d線框通過區(qū)域和區(qū)域產(chǎn)生的總熱量為q2mg(dh）解析：選bd由楞次定律可知,線框進(jìn)入?yún)^(qū)域時(shí)感應(yīng)電流為逆時(shí)針方向,而離開區(qū)域時(shí)的電流方向?yàn)轫槙r(shí)針方向,故選項(xiàng)a錯(cuò)誤;由楞次

8、定律可知,線框進(jìn)入?yún)^(qū)域時(shí)與離開區(qū)域時(shí)所受安培力的方向相同,均向上，選項(xiàng)b正確；因穿過兩磁場區(qū)域的過程中，通過線框的電流及其變化情況相同,則可知線圈進(jìn)入磁場區(qū)域一定是減速運(yùn)動,選項(xiàng)c錯(cuò)誤;線圈離開磁場區(qū)域的速度應(yīng)等于離開磁場區(qū)域的速度,則在此過程中，線圈的機(jī)械能的減小量等于線圈通過磁場區(qū)域產(chǎn)生的電能,即q2mg(dh），則線框通過區(qū)域和區(qū)域產(chǎn)生的總熱量為q2q22mg（dh),選項(xiàng)d正確；故選b、d。10. (多選)如圖9所示，電阻不計(jì)、相距l(xiāng)的兩條足夠長的平行金屬導(dǎo)軌傾斜放置，與水平面的夾角為,整個(gè)空間存在垂直于導(dǎo)軌平面的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度為b,導(dǎo)軌上固定有質(zhì)量為m,電阻為r的兩根相同的導(dǎo)體

9、棒，導(dǎo)體棒mn上方軌道粗糙下方光滑，將兩根導(dǎo)體棒同時(shí)釋放后，觀察到導(dǎo)體棒mn下滑而ef始終保持靜止,當(dāng)mn下滑的距離為s時(shí),速度恰好達(dá)到最大值vm，則下列敘述正確的是（）圖9a導(dǎo)體棒mn的最大速度vmb此時(shí)導(dǎo)體棒ef與軌道之間的靜摩擦力為mgsin c當(dāng)導(dǎo)體棒mn從靜止開始下滑s的過程中,通過其橫截面的電荷量為d當(dāng)導(dǎo)體棒mn從靜止開始下滑s的過程中,導(dǎo)體棒mn中產(chǎn)生的熱量為mgssin mvm2解析：選ac當(dāng)mn下滑到最大速度時(shí)滿足:mgsin ,解得vm，選項(xiàng)a正確；此時(shí)導(dǎo)體棒滿足mgsin f安f靜,故此時(shí)導(dǎo)體棒ef與軌道之間的靜摩擦力大于mgsin ，選項(xiàng)b錯(cuò)誤；當(dāng)導(dǎo)體棒mn從靜止開始下

10、滑s的過程中，通過其橫截面的電荷量為q,選項(xiàng)c正確；當(dāng)導(dǎo)體棒mn從靜止開始下滑s的過程中,兩個(gè)導(dǎo)體棒中產(chǎn)生的總熱量為mgssin mvm2，則mn中產(chǎn)生的熱量是(mgssin mvm2），選項(xiàng)d錯(cuò)誤；故選a、c。11如圖10所示，兩平行金屬導(dǎo)軌位于同一水平面上，相距l(xiāng),左端與一電阻r相連，整個(gè)系統(tǒng)置于勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為b，方向豎直向下.一質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒置于導(dǎo)軌上,在水平外力作用下沿導(dǎo)軌以速度v勻速向右滑動，滑動過程中始終保持與導(dǎo)軌垂直并接觸良好。已知導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)為，重力加速度大小為g。導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒的電阻均可忽略.求：圖10（1)電阻r消耗的功率；（2）水平外力的大小。

11、解析:(1)導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動產(chǎn)生的電動勢為eblv,根據(jù)歐姆定律，閉合回路中的感應(yīng)電流為i，電阻r消耗的功率為pi2r，聯(lián)立可得p。(2）對導(dǎo)體棒受力分析，受到向左的安培力和向左的摩擦力，向右的外力，三力平衡，故有f安mgf，f安bilbl，故fmg.答案:(1)(2）mg12.如圖11所示，“凸”字形硬質(zhì)金屬線框質(zhì)量為m,相鄰各邊互相垂直,且處于同一豎直平面內(nèi)，ab邊長為l,cd邊長為2l,ab與cd平行，間距為2l。勻強(qiáng)磁場區(qū)域的上下邊界均水平，磁場方向垂直于線框所在平面.開始時(shí)，cd邊到磁場上邊界的距離為2l，線框由靜止釋放，從cd邊進(jìn)入磁場直到ef、pq邊進(jìn)入磁場前，線框做勻速運(yùn)動，

12、在ef、pq邊離開磁場后,ab邊離開磁場之前,線框又做勻速運(yùn)動。線框完全穿過磁場過程中產(chǎn)生的熱量為q。線框在下落過程中始終處于原豎直平面內(nèi)，且ab、cd邊保持水平,重力加速度為g。求圖11（1)線框ab邊將離開磁場時(shí)做勻速運(yùn)動的速度大小是cd邊剛進(jìn)入磁場時(shí)的幾倍；（2）磁場上下邊界間的距離h。解析:(1）設(shè)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為b，cd邊剛進(jìn)入磁場時(shí),線框做勻速運(yùn)動的速度為v1，cd邊上的感應(yīng)電動勢為e1，由法拉第電磁感應(yīng)定律，有e12blv1設(shè)線框總電阻為r，此時(shí)線框中電流為i1，由閉合電路歐姆定律,有i1設(shè)此時(shí)線框所受安培力為f1，有f12i1lb由于線框做勻速運(yùn)動，其受力平衡，有mgf1由式得v1設(shè)ab邊離開磁場之前線框做勻速運(yùn)動的速度為v2，同理可得v2由式