dd電磁感應(yīng)與電路PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計(jì)學(xué)1dd電磁感應(yīng)與電路電磁感應(yīng)與電路思想方法提煉高考的熱點(diǎn)問題和復(fù)習(xí)對策： 1.運(yùn)用楞次定律判斷感應(yīng)電流(電動勢)方向，運(yùn)用法拉第電磁感應(yīng)定律，計(jì)算感應(yīng)電動勢大小.注重在理解的基礎(chǔ)上掌握靈活運(yùn)用的技巧. 2.矩形線圈穿過有界磁場區(qū)域和滑軌類問題的分析計(jì)算。要培養(yǎng)良好的分析習(xí)慣，運(yùn)用動力學(xué)知識，逐步分析整個動態(tài)過程，找出關(guān)鍵條件，運(yùn)用運(yùn)動定律特別是功能關(guān)系解題。 3.實(shí)際應(yīng)用問題，如日光燈原理、磁懸浮原理、電磁阻尼等復(fù)習(xí)時應(yīng)多做介紹，有條件的讓學(xué)生多接觸實(shí)際.第1頁/共41頁思想方法提煉此部分涉及的主要內(nèi)容有： 1.電磁感應(yīng)現(xiàn)象. (1)產(chǎn)生條件：回路中的磁通量發(fā)生變化. (2)感應(yīng)電流與感

2、應(yīng)電動勢：在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的是感應(yīng)電動勢，若回路是閉合的，則有感應(yīng)電流產(chǎn)生；若回路不閉合，則只有電動勢，而無電流. (3)在閉合回路中，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的部分是電源，其余部分則為外電路.第2頁/共41頁思想方法提煉 2.法拉第電磁感應(yīng)定律：E=n ，E=BLvsin，注意瞬時值和平均值的計(jì)算方法不同. 3.楞次定律三種表述： (1)感應(yīng)電流的磁場總是阻礙磁通量的變化(涉及到：原磁場方向、磁通量增減、感應(yīng)電流的磁場方向和感應(yīng)電流方向等四方面).右手定則是其中一種特例. (2)感應(yīng)電流引起的運(yùn)動總是阻礙相對運(yùn)動. (3)自感電動勢的方向總是阻礙原電流變化.t第3頁/共41頁思想方法提煉4.相關(guān)鏈

3、接(1)受力分析、合力方向與速度變化，牛頓定律、動量定理、動量守恒定律、勻速圓周運(yùn)動、功和能的關(guān)系等力學(xué)知識.(2)歐姆定律、電流方向與電勢高低、電功、電功率、焦耳定律等電路知識.(3)能的轉(zhuǎn)化與守恒定律.第4頁/共41頁感悟滲透應(yīng)用一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象及其基本定律的應(yīng)用【例1】三個閉合矩形線框、處在同一豎直平面內(nèi)，在線框的正上方有一條固定的長直導(dǎo)線，導(dǎo)線中通有自左向右的恒定電流，如圖4-1所示，第5頁/共41頁感悟滲透應(yīng)用若三個閉合線框分別做如下運(yùn)動：沿垂直長直導(dǎo)線向下運(yùn)動，沿平行長直導(dǎo)線方向平動，繞其豎直中心軸OO轉(zhuǎn)動. (1)在這三個線框運(yùn)動的過程中，哪些線框中有感應(yīng)電流產(chǎn)生?方向如何? (

4、2)線框轉(zhuǎn)到圖示位置的瞬間，是否有感應(yīng)電流產(chǎn)生?第6頁/共41頁感悟滲透應(yīng)用【解析】此題旨在考查感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件.根據(jù)直線電流周圍磁場的特點(diǎn)，判斷三個線框運(yùn)動過程中，穿過它們的磁通量是否發(fā)生變化. (1)長直導(dǎo)線通有自左向右的恒定電流時，導(dǎo)線周圍空間磁場的強(qiáng)弱分布不變，但離導(dǎo)線越遠(yuǎn)，磁場越弱，磁感線越稀；離導(dǎo)線距離相同的地方，磁場強(qiáng)弱相同. 第7頁/共41頁感悟滲透應(yīng)用線框沿垂直于導(dǎo)線方向向下運(yùn)動，穿過它的磁通量減小，有感應(yīng)電流產(chǎn)生，電流產(chǎn)生的磁場方向垂直紙面向里，根據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流的磁場方向也應(yīng)垂直紙面向里，再由右手螺旋定則可判斷感應(yīng)電流為順時針方向；線框沿平行導(dǎo)線方向運(yùn)動，與直導(dǎo)線距

5、離不變，穿過線框的磁通量不變，因此線框中無感應(yīng)電流產(chǎn)生；線框繞OO軸轉(zhuǎn)動過程中，穿過它的磁通量不斷變化，在轉(zhuǎn)動過程中線框中有感應(yīng)電流產(chǎn)生，其方向是周期性改變的.第8頁/共41頁感悟滲透應(yīng)用 (2)線框轉(zhuǎn)到圖示位置的瞬間，線框中無感應(yīng)電流，由于長直導(dǎo)線下方的磁場方向與紙面垂直，在該位置線框的兩豎直邊運(yùn)動方向與磁場方向平行，不切割磁感線，所以無感應(yīng)電流；從磁通量變化的角度考慮，圖示位置是線框中磁通量從增加到最大之后開始減小的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，此位置感應(yīng)電流的方向要發(fā)生變化，故此時其大小必為0.第9頁/共41頁感悟滲透應(yīng)用【解題回顧】對瞬時電流是否存在應(yīng)看回路中磁通量是否變化，或看回路中是否有一段導(dǎo)體做切割磁

6、感線運(yùn)動，要想知道線框在磁場中運(yùn)動時磁通量怎樣變化，必須知道空間的磁場強(qiáng)弱、方向分布的情況，對常見磁體及電流產(chǎn)生的磁場要相當(dāng)熟悉.第10頁/共41頁感悟滲透應(yīng)用【例2】如圖4-2所示，豎直放置的螺線管與導(dǎo)線abcd構(gòu)成回路，導(dǎo)線所圍區(qū)域內(nèi)有一垂直紙面向里的變化的勻強(qiáng)磁場，螺線管下方水平桌面上有一導(dǎo)體圓環(huán).第11頁/共41頁感悟滲透應(yīng)用導(dǎo)體abcd所圍區(qū)域內(nèi)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度按下列圖4-3中哪一圖線所表示的方式隨時間變化時，導(dǎo)體圓環(huán)將受到向上的磁場作用力?(A)第12頁/共41頁感悟滲透應(yīng)用【解析】C、D項(xiàng)中B隨t是均勻變化的，在螺線管中產(chǎn)生的是穩(wěn)定電流，這樣在圓環(huán)中不能產(chǎn)生感應(yīng)電流，圓環(huán)也就不能

7、受到作用力. A項(xiàng)中磁場變大，但變化率卻是越來越小，由E=BS/t，可知螺線管中電流越來越小，由楞次定律判斷可知電流方向?yàn)閐cbad，由此可知螺線管在圓環(huán)中產(chǎn)生的磁場方向向上，且磁感應(yīng)強(qiáng)度逐漸減小，再由楞次定律可判定圓環(huán)為了阻礙磁通量減小，受到向上的作用力，有向上運(yùn)動的趨勢.答案應(yīng)選A項(xiàng).第13頁/共41頁感悟滲透應(yīng)用三、含感應(yīng)電動勢的電路分析與計(jì)算. 這類問題中應(yīng)當(dāng)把產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的部分導(dǎo)體看成電源，其余通路則為外電路，根據(jù)電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析計(jì)算.第14頁/共41頁感悟滲透應(yīng)用【例7】如圖4-8所示，da、cb為相距l(xiāng)的平行導(dǎo)軌(電阻可以忽略不計(jì)).a、b間接有一個固定電阻，阻值為R.長直細(xì)金

8、屬桿MN可以按任意角架在水平導(dǎo)軌上，并以速度v勻速滑動(平移)，v的方向和da平行. 圖4-8第15頁/共41頁感悟滲透應(yīng)用桿MN有電阻，每米長的電阻值為R.整個空間充滿勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B，方向垂直紙面(dabc平面)向里 (1)求固定電阻R上消耗的電功率為最大時角的值 (2)求桿MN上消耗的電功率為最大時角的值.第16頁/共41頁感悟滲透應(yīng)用【解析】如圖4-8所示，桿滑動時切割磁感線而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢E=Blv，與角無關(guān). 以r表示兩導(dǎo)軌間那段桿的電阻，回路中的電流為:(1)電阻R上消耗的電功率為: 由于E和R均與無關(guān)，所以r值最小時，PR值達(dá)最大.當(dāng)桿與導(dǎo)軌垂直時兩軌道間的桿長最

9、短，r的值最小，所以PR最大時的值為=/2.rREI222)(rRRERIPR第17頁/共41頁感悟滲透應(yīng)用(2)桿上消耗的電功率為: Pr= 要求Pr最大，即要求 取最大值.由于 顯然，r=R時， 有極大值因每米桿長的電阻值為R，r=R即要求兩導(dǎo)軌間的桿長為1m，222)(rRrErI2)(rRr)(1 41)(22RrRrRrRr2)(rRr第18頁/共41頁感悟滲透應(yīng)用所以有以下兩種情況：如果l1m，則滿足下式時r=R 1sin=l 所以=arcsinl如果l1m，則兩導(dǎo)軌間那段桿長總是大于1m，即總有rR由于 在rR的條件下，上式隨r的減小而單調(diào)減小，r取最小值時=/2， 取最小值，取

10、最大值，所以，Pr取最大值時值為22)21 ()(RrRRrRr2)(RrRr2)(Rrr2第19頁/共41頁感悟滲透應(yīng)用【例8】如圖4-9所示，光滑的平行導(dǎo)軌P、Q相距l(xiāng)=1m，處在同一水平面中，導(dǎo)軌左端接有如圖所示的電路，其中水平放置的平行板電容器C兩極板間距離d=10mm，定值電阻R1=R3=8，R2=2，導(dǎo)軌電阻不計(jì).圖4-9第20頁/共41頁感悟滲透應(yīng)用磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.4T的勻強(qiáng)磁場豎直向下穿過導(dǎo)軌面.當(dāng)金屬棒ab沿導(dǎo)軌向右勻速運(yùn)動(開關(guān)S斷開)時，電容器兩極板之間質(zhì)量m=110-14kg、帶電量Q=-110-15C的微粒恰好靜止不動；當(dāng)S閉合時，微粒以加速度a=7m/s2向下做勻

11、加速運(yùn)動，取g=10m/s2，求： (1)金屬棒ab運(yùn)動的速度多大?電阻多大? (2)S閉合后，使金屬棒ab做勻速運(yùn)動的外力的功率多大?第21頁/共41頁感悟滲透應(yīng)用【解析】(1)帶電微粒在電容器兩極板間靜止時，受向上的電場力和向下的重力作用而平衡，則得到:mg= 求得電容器兩極板間的電壓 由于微粒帶負(fù)電，可知上極板電勢高. 由于S斷開，R1上無電流，R2、R3串聯(lián)部分兩端總電壓等于U1，電路中的感應(yīng)電流，即通過R2、R3的電流為:dUq1VVqmgdU11001. 0101015141AARRUI1 . 02813211第22頁/共41頁感悟滲透應(yīng)用 由閉合電路歐姆定律，ab切割磁感線運(yùn)動產(chǎn)

12、生的感應(yīng)電動勢為E=U1+Ir 其中r為ab金屬棒的電阻 當(dāng)閉合S后，帶電微粒向下做勻加速運(yùn)動，根據(jù)牛頓第二定律，有:mg-U2q/d=ma求得S閉合后電容器兩極板間的電壓:VVqdagmU3 . 01001. 0)710(10)(15142第23頁/共41頁感悟滲透應(yīng)用這時電路中的感應(yīng)電流為 I2=U2/R2=0.3/2A=0.15A根據(jù)閉合電路歐姆定律有 將已知量代入求得E=1.2V，r=2 又因E=Blvv=E/(Bl)=1.2/(0.41)m/s=3m/s 即金屬棒ab做勻速運(yùn)動的速度為3m/s，電阻r=2 )(231312rRRRRRIE第24頁/共41頁感悟滲透應(yīng)用 (2)S閉合后

13、，通過ab的電流I2=0.15A，ab所受安培力F2=BI2l=0.410.15N=0.06Nab以速度v=3m/s做勻速運(yùn)動時，所受外力必與安培力F2大小相等、方向相反，即F=0.06N，方向向右(與v同向)，可見外力F的功率為: P=Fv=0.063W=0.18W第25頁/共41頁感悟滲透應(yīng)用四、交變電流和變壓器電路 電磁感應(yīng)產(chǎn)生交變電動勢，問題的討論便如同交流電路，要注意最大值、有效值、平均值的概念，電流的功率和熱量的計(jì)算用有效值，電量的計(jì)算用平均值，要記住交變電動勢最大值Em=NBS.解題思路與處理純電阻直流電路相似. 變壓器原線圈和與之相串聯(lián)的負(fù)載作為外電路接在交變電源上，副線圈作為

14、輸出端電源，與副線圈相接的負(fù)載作為外電路，原副線圈各自的閉合回路同樣符合閉合電路的有關(guān)規(guī)律，原副線圈之間通過電磁互感滿足U1/U2=n1/n2，P入=P出兩個基本公式.第26頁/共41頁感悟滲透應(yīng)用【例9】如圖4-10所示，一半徑為r的半圓形線圈，以直徑ab為軸勻速轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速為n，ab的左側(cè)有垂直紙面向里的、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場M、N是兩個集流環(huán)，負(fù)載電阻為R，線圈、電流表和導(dǎo)線的電阻不計(jì).圖4-10第27頁/共41頁感悟滲透應(yīng)用試求： (1)由圖示位置起經(jīng)過1/4轉(zhuǎn)時間內(nèi)負(fù)載電阻上產(chǎn)生的熱量； (2)由圖示位置起經(jīng)過1/4轉(zhuǎn)時間內(nèi)通過負(fù)載電阻R的電量； (3)電流表示數(shù).第28頁/共41

15、頁感悟滲透應(yīng)用【解析】線圈由圖示位置開始繞軸勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的交變電流如圖4-11所示，交變電動勢的最大值為：22222BnrnrBBSEm圖4-11第29頁/共41頁感悟滲透應(yīng)用(1)線圈由圖示位置經(jīng)1/4轉(zhuǎn)時間內(nèi)，電動勢的有效值為： 電阻上產(chǎn)生的熱量為：(2)線圈由圖示位置經(jīng)1/4轉(zhuǎn)時間內(nèi)，電動勢的平均值由法拉第電磁感應(yīng)定律知E=E/t，通過R的電量為:22222BnrEEmRnrBnRRBnrTRRERtIQ841)22(4)(42422222RrBRtREtIq22第30頁/共41頁感悟滲透應(yīng)用(3)注意這里電流表的讀數(shù)為有效值，而交流電的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)來定義的，通常應(yīng)考察一個

16、周期由圖4-11可知，若交流電在一周期內(nèi)的有效值為E，則由有效值定義知 解得E=Em/2，電流表的示數(shù)為:TRETREm222)2/(RBnrREIA222第31頁/共41頁感悟滲透應(yīng)用【例10】如圖4-12所示，理想變壓器原副線圈匝數(shù)n1n2n3=321副線圈2上接有“8V 8W”的燈泡L1、L2，副線圈3上接有“6V 9W”的燈泡L3、L4，原線圈上接有電阻R=3，當(dāng)a、b兩端接交變電源后，L1、L2正常發(fā)光，求交變電源的輸出功率.圖4-12第32頁/共41頁感悟滲透應(yīng)用【解析】交變電源的輸出功率等于原副線圈及其回路中電阻R消耗的功率，也就等于R上的功率與L1、L2、L3、L4各燈消耗的功

17、率之和 由于L1、L2正常發(fā)光，P1=P2=8W，U2=8V 由U1U2U3=n1n2n3=321 得U1=12V,U3=4V 所以L3、L4不能正常發(fā)光 R3=R4= ，4962323PU第33頁/共41頁感悟滲透應(yīng)用所以L3、L4的實(shí)際功率為:P3=P4= .變壓器的輸出功率為: P出=P1+P2+P3+P4=82+42=24W原線圈中電流I1=P出/U1=24/12=2A，R上消耗的電功率P=I21R=223=12W交流電源實(shí)際的輸出功率=P+P出=12+24=36WWRU4442323第34頁/共41頁感悟滲透應(yīng)用五、電磁感應(yīng)現(xiàn)象在實(shí)際生活、生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用 此類問題有兩種形式，

18、一種是介紹應(yīng)用實(shí)例，要求指出所包含的電磁感應(yīng)理論(工作原理)，另一種是擺出實(shí)際問題，要求設(shè)計(jì)出使用方案或制作思想.后者要求較高，不但要熟練應(yīng)用有關(guān)知識理論，還必須有較高的創(chuàng)造性思維能力，綜合運(yùn)用理論知識和實(shí)驗(yàn)技能.第35頁/共41頁感悟滲透應(yīng)用【例11】已知某一區(qū)域的地下埋有一根與地面平行的直線電纜，電纜中通有變化的電流，在其周圍有變化的磁場，因此，可以通過在地面上測量閉合試探小線圈中的感應(yīng)電動勢來探測電纜的確切位置、走向和深度.當(dāng)線圈平面平行地面時，a、c在兩處測得試探線圈感應(yīng)電動勢為0，b、d兩處測得試探線圈感應(yīng)電動勢不為0；當(dāng)線圈平面與地面成45夾角時，在b、d兩處測得試探線圈感應(yīng)電動勢為0；經(jīng)測量發(fā)現(xiàn)，a、b、c、d恰好位于邊長為1m的正方形的四個頂角上，第36頁/共41頁感悟滲透應(yīng)用如圖4-13所示，據(jù)此可以判定地下電纜在 ac 兩點(diǎn)連線的正下方，離地表面的深度為 0.71 m.圖4-13第37頁/共41頁感悟滲透應(yīng)用【解析】當(dāng)線圈平面平行地面時，a、c在兩處測得試探線圈感應(yīng)電動勢為0，b、d兩處測得試探線圈感應(yīng)電動勢不為0；可以判斷出地下電纜在a、c兩點(diǎn)連線的正下方；如圖4-14所示ac表示電纜，當(dāng)線圈平面與地面成45夾角時，在b、d兩處測得試探線圈感應(yīng)電動勢為0；