高中物理 1.5電磁感應規(guī)律的應用 粵教選修32

第五節(jié)電磁感應規(guī)律的應用2023/2/3.課標定位學習目標：1.知道法拉第電機的工作原理．2.理解電磁感應現(xiàn)象中的能量轉化，并會運用能量觀點分析電磁感應問題．2023/2/3.重點難點：1.電磁感應現(xiàn)象中內電路、外電路的分析及感應電動勢方向的確定．2.運用動力學觀點及能量觀點分析電磁感應現(xiàn)象．2023/2/3.

第五節(jié)核心要點突破課堂互動講練知能優(yōu)化訓練課前自主學案課標定位2023/2/3.課前自主學案一、法拉第電機1．法拉第電機的原理如圖1－5－1所示是_______做成的世界上第一臺發(fā)電機模型的原理圖．法拉第2023/2/3.把一個銅盤放在磁場里，使磁感線_____穿過銅盤；轉動銅盤，就可以使_________獲得持續(xù)的電流．圖1－5－1垂直閉合電路2023/2/3.2．感應電動勢的大小(1)銅盤可以看做由無數(shù)根長度等于銅盤半徑的導體棒組成，導體棒在轉動過程中要_____磁感線(如圖1－5－2所示)．圖1－5－2切割2023/2/3.(2)銅盤轉動時，由于棒上各處速率_____，故不能直接用公式E＝BLv進行求解，由v＝ωr可知，棒上各點線速度跟半徑成正比，故可用棒的中點的速度作為平均切割速度代入公式E＝BLv計算，根據(jù)＝有：E＝________.不等2023/2/3.3．感應電動勢的方向導體Oa在轉動切割磁感線時產生感應電動勢，相當于______.如果它與用電器連接構成閉合電路，則產生感應電流的方向由_______右手定則)．而電源內部電流方向是由負極流向正極，所以O為電動勢的______，a為電動勢的______.電源a→O正極負極2023/2/3.二、電磁感應中的能量轉化1．電磁感應中的能量轉化圖1－5－32023/2/3.在電磁感應現(xiàn)象中，產生感應電動勢的那部分導體相當于_____.如果電路閉合，電路中會產生_________，而導體又處在磁場中，因此導體將受到_______的作用如圖1－5－3所示．導體ab向右運動，會產生由___流向___的感應電流，在磁場中，通電導體ab要受到_____的安培力作用．電磁感應現(xiàn)象中產生的電能是通過克服______做功轉化而來的．克服_______做了多少功，就有多少_____產生，而這些_____又通過電流做功而轉化為其它形式的能．因此，電磁感應現(xiàn)象符合能量守恒定律．電源感應電流安培力ba向左安培力安培力電能電能2023/2/3.2．反電動勢(1)概念：當電動機通過如圖1－5－4所示的電流時,因線圈受_______作用，電動機會按圖示方向轉動，圖1－5－4安培力2023/2/3.此時ab、cd兩邊因切割磁感線而產生的感應電動勢的方向跟令線圈轉動的電流方向相反，因此也跟外加電壓的方向相反，這個電動勢被稱為反電動勢．(2)作用：消弱電源電動勢；阻礙線圈的轉動．2023/2/3.核心要點突破一、導體切割磁感線時感應電動勢的計算1．對于導體切割磁感線時，所產生的感應電動勢不能死記教材中的E＝BLvsinθ，而是要記住處理問題的方法和普遍適用的公式E＝BLv⊥.2．導體水平運動時，其速度v與磁感線方向平行，導體不切割磁感線，此時產生的感應電動勢E＝0.3．導體傾斜切割磁感線時，應先把速度v沿平行磁感線方向和垂直磁感線方向分解，再代入公式E＝Blv⊥計算．2023/2/3.4．導體棒以端點為軸，在垂直于磁感線的勻強磁場中勻速轉動產生的感應電動勢：E＝BL2ω(平均速度取中點位置線速度Lω)．即時應用(即時突破，小試牛刀)1.如圖1－5－5所示，圖1－5－52023/2/3.長為1m的導體棒，在垂直紙面向里的勻強磁場中以a點為圓心做圓周運動，角速度為2rad/s，磁感應強度為B＝2T，則金屬導體棒中產生的感應電動勢大小為__________．答案：2V2023/2/3.二、電磁感應中的力、電綜合問題電磁感應的題目往往綜合性較強，與前面的知識聯(lián)系較多，涉及到力和運動、能量、直流電路、安培力等多方面的知識．應用主要可分為以下兩個方面：1．電磁感應現(xiàn)象中的力學問題分析(1)基本思路是：導體受力運動產生感應電動勢→感應電流→通電導體受安培力→合外力變化→加速度變化→速度變化→感應電動勢變化→……周而復始地循環(huán)，循環(huán)結束時，加速度等于零，導體達到穩(wěn)定運動狀態(tài)．要畫好受力圖，抓住a＝0時速度v達到最大值的特點．2023/2/3.(2)基本方法是：①用法拉第電磁感應定律和楞次定律求感應電動勢的大小和方向．②求回路中的電流強度的大小和方向．③分析研究導體受力情況(包括安培力)．④列動力學方程或平衡方程求解．2023/2/3.(3)電磁感應現(xiàn)象中涉及的具有收尾速度的力學問題①關鍵要抓好受力情況和運動情況的動態(tài)分析加速度等于零時，導體達到穩(wěn)定運動狀態(tài)．2023/2/3.②兩種狀態(tài)處理達到穩(wěn)定運動狀態(tài)后，導體勻速運動，受力平衡，應根據(jù)平衡條件合外力為零列式分析平衡態(tài)；導體達到穩(wěn)定運動狀態(tài)之前，往往做變加速運動，處于非平衡態(tài)，應根據(jù)牛頓第二定律或結合功能關系分析非平衡態(tài)．特別提醒：對于電磁感應現(xiàn)象中，導體在安培力及其他力共同作用下運動，最終趨于一穩(wěn)定狀態(tài)的問題，利用好導體達到穩(wěn)定狀態(tài)時的平衡方程，往往是解答該類問題的突破口．2023/2/3.2．電磁感應現(xiàn)象中的能量問題分析(1)電磁感應現(xiàn)象中的能量轉化①與感生電動勢有關的電磁感應現(xiàn)象中，磁場能轉化為電能，若電路是純電阻電路，轉化過來的電能將全部轉化為電阻的內能．②與動生電動勢有關的電磁感應現(xiàn)象中，通過克服安培力做功，把機械能或其他形式的能轉化為電能．克服安培力做多少功，就產生多少電能．若電路是純電阻電路，轉化過來的電能也將全部轉化為電阻的內能．2023/2/3.(2)求解電磁感應現(xiàn)象中能量守恒問題的一般思路①分析回路，分清電源和外電路．在電磁感應現(xiàn)象中，切割磁感線的導體或磁通量發(fā)生變化的回路將產生感應電動勢，該導體或回路就相當于電源，其余部分相當于外電路．2023/2/3.做功情況能量變化特點滑動摩擦力做功有內能產生重力做功重力勢能必然發(fā)生變化克服安培力做功必然有其他形式的能轉化為電能

，并且克服安培力做多少功，就產生多少電能安培力做正功電能轉化為其他形式的能②分析清楚有哪些力做功，明確有哪些形式的能量發(fā)生了轉化．如：2023/2/3.③根據(jù)能量守恒列方程求解．(3)電能的三種求解思路①利用克服安培力做功求解：電磁感應中產生的電能等于克服安培力所做的功．②利用能量守恒求解：相應的其他能量的減少量等于產生的電能．③利用電路特征求解：通過電路中所消耗的電能來計算．2023/2/3.即時應用(即時突破，小試牛刀)2.(雙選)如圖1－5－6所示，位于一水平面內的兩根平行的光滑金屬導軌，處在勻強磁場中，磁場方向垂直于導軌所在的平面，導軌的一端與一電阻相連；具有一定質量的金屬桿ab放在導軌上并與導軌垂直．現(xiàn)用一平行于導軌的恒力F拉桿ab，使它由靜止開始向右運動．桿和導軌的電阻、感應電流產生的磁場均可不計．用E表示回路中的感應電動勢，I表示回路中的感應電流，在I隨時間增大的過程中，電阻消耗的功率等于()2023/2/3.圖1－5－6A．F的功率B．克服安培力的功率C．F與安培力的合力的功率D．IE2023/2/3.解析：選BD.ab棒上產生的是動生電動勢，設兩導軌之間的距離為l，由題知，ab桿由靜止開始向右加速運動，切割磁感線產生的電動勢為E＝Blv逐漸增大，所以電流I＝＝逐漸增大，ab桿所受的安培力F安＝BIl＝也逐漸增大，由牛頓第二定律得F－F安＝ma，所以桿的加速度為a＝－逐漸減小，故桿ab開始做的是向右的加2023/2/3.速度a逐漸減小的加速運動；當a減小到零時，速度達到最大，vmax＝，以后桿ab將以最大速度vmax做勻速直線運動．在桿ab達到最大速度vmax之前，通過外力做功與安培力做功，使其他形式的能轉化為電路中的電能與金屬桿的動能，其中克服安培力所做的功等于電路中的電能，所以電阻消耗的功率等于克服安培力做功的功率，選項B正確；由于電路中的電功率還可以表示為IE，所以選項D正確．2023/2/3.課堂互動講練類型一導體棒轉動切割磁感線電動勢的計算

如圖1－5－7所示，例1圖1－5－72023/2/3.半徑為L的金屬圓盤放置在磁感應強度為B、方向垂直紙面向里的勻強磁場中，在圓盤的圓心和邊緣間接有一電阻為R的電阻,現(xiàn)該金屬圓盤以角速度ω旋轉，在金屬圓盤電阻不計的情況下求電阻R兩端的電壓的大?。舅悸伏c撥】該題的金屬圓盤中的每一條半徑都可以看成一條長為L的金屬棒，所有這些金屬棒一端都在金屬圓盤的邊緣上，另一端交于O點，且繞O點以角速度ω旋轉．所有這些金屬棒并聯(lián)，所以電阻R兩端的電壓的大小等于每一條金屬棒產生的電動勢的大小即為BL2ω.2023/2/3.【精講精析】在解答該題之前，應先回顧一下我們比較熟悉的一個物理模型：如圖1－5－8所示，圖1－5－82023/2/3.一根長為L的金屬棒AO，在磁感應強度為B的磁場中繞O點以角速度ω旋轉，求棒AO兩端的電勢差．【答案】

BL2ω2023/2/3.【方法總結】導體棒繞一固定端點轉動時，單位時間內掃過面積S＝ωL2，棒的各點平均速率＝ωL，記住這些公式在解決選擇題、填空題時可以達到事半功倍的效果．2023/2/3.類型二電磁感應和力學知識的綜合應用

如圖1－5－9例2圖1－5－92023/2/3.所示，水平放置的平行金屬導軌，相距l(xiāng)＝0.50m,左端接一電阻R＝0.20Ω，磁感應強度B＝0.40T的勻強磁場方向垂直導軌平面，導體棒ac垂直放在導軌上，并能無摩擦地沿導軌滑動，導軌和導體棒的電阻均可忽略不計，當ac以v＝4.0m/s的速度水平向右勻速滑動時，求：(1)ac棒中感應電動勢的大小；(2)回路中感應電流的大小；(3)維持ac棒做勻速運動的水平外力F的大小．2023/2/3.【思路點撥】2023/2/3.【自主解答】(1)由導體棒切割磁感線產生感應電動勢表達式得ac的電動勢為E＝BLv＝0.40×0.50×4.0V＝0.80V.(2)由閉合電路歐姆定律得感應電流大小為I＝＝A＝4.0A.(3)由于ac棒受安培力F＝BIL＝0.4×4.0×0.5N＝0.8N，由平衡條件知外力的大小也為0.8N.【答案】(1)0.8V(2)4.0A(3)0.8N2023/2/3.【方法總結】導體中的感應電流在磁場中將受到安培力作用，所以電磁感應問題常常與力學問題聯(lián)系在一起，處理此類問題的基本方法是：(1)用法拉第電磁感應定律和楞次定律求感應電動勢的大小和方向．(2)求電路中電流強度的大小和方向．(3)分析研究導體受力情況(包括安培力)．(4)列動力學方程或平衡方程求解．2023/2/3.類型三用能量觀點解析電磁感應問題(單選)如圖1－5－10所示，例3圖1－5－102023/2/3.虛線框abcd內為一矩形勻強磁場區(qū)域，ab＝2bc，磁場方向垂直于紙面，實線框a′b′c′d′是一正方形導線框，a′b′邊與ab邊平行．若將導線框勻速地拉離磁場區(qū)域，以W1表示沿平行于ab的方向拉出過程中外力所做的功；以W2表示以同樣速率沿平行于bc的方向拉出過程中外力所做的功,則()A．W1＝W2B．W2＝2W1C．W1＝2W2D．W2＝4W12023/2/3.2023/2/3.2023/2/3.【答案】B【方法總結】電磁感應過程的實質是不同形式的能量之間的轉化過程，電磁感應過程中產生的感應電流在磁場中必定受到安培力作用，因此要維持安培力存在，必須有“外力”克服安培力做功，在此過程中，其他形式的能轉化為電能，當感應電流通過用電器時，電能又轉化為其他形式的能．“外力”克服安培力做多少功，就有多少其他形式的能轉化為電能．同理，安培力做功的過程，是電能轉化為其他形式能的過程，安培力做多少功就有多少電能轉化為其他形式的能．2023/2/3.本部分內容講解結束按ESC鍵退出全屏播放謝謝使用2023/2/3..9、靜夜四無鄰，荒居舊業(yè)貧。。2023/2/32023/2/3Friday,February3,202310、雨中黃葉樹，燈下白頭人。。2023/2/32023/2/32023/2/32/3/20234:11:23PM11、以我獨沈久，愧君相見頻。。2023/2/32023/2/32023/2/3Feb-2303-Feb-2312、故人江海別，幾度隔山川。。2023/2/32023/2/32023/2/3Friday,February3,202313、乍見翻疑夢，相悲各問年。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/32/3/202314、他鄉(xiāng)生白發(fā)，舊國見青山。。03二月20232023/2/32023/2/32023/2/315、比不了得就不比，得不到的就不要。。。二月232023/2/32023/2/32023/2/32/3/202316、行動出成果，工作出財富。。2023/2/32023/2/303February202317、做前，能夠環(huán)視四周；做時，你只能或者最好沿著以腳為起點的射線向前。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/39、沒有失敗，只有暫時停止成功！。2023/2/32023/2/3Friday,February3,202310、很多事情努力了未必有結果，但是不努力卻什么改變也沒有。。2023/2/32023/2/32023/2/32/3/20234:11:23PM11、成功就是日復一日那一點點小小努力的積累。。2023/2/32023/2/32023/2/3Feb-2303-Feb-2312、世間成事，不求其絕對圓滿，留一份不足，可得無限完美。。2023/2/32023/2/32023/2/3Friday,February3,202313、不知香積寺，數(shù)里入云峰。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/32/3/202314、意志堅強的人能把世界放在手中像泥塊一樣任意揉捏。03二月20232023/2/32023/2/32023/2/315、楚塞三湘接，荊門九派通。。。二月232023/2/32023/2/32023/2/32/3/202316、少年十五二十時，步行奪得胡馬騎。。2023/2/32023/2/303February202317、空山新雨后，天氣晚來秋。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/39、楊