高中物理 1.5電磁感應(yīng)規(guī)律的應(yīng)用 粵教選修32

第五節(jié)電磁感應(yīng)規(guī)律的應(yīng)用2023/2/3.課標(biāo)定位學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.知道法拉第電機(jī)的工作原理．2.理解電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化，并會(huì)運(yùn)用能量觀點(diǎn)分析電磁感應(yīng)問(wèn)題．2023/2/3.重點(diǎn)難點(diǎn)：1.電磁感應(yīng)現(xiàn)象中內(nèi)電路、外電路的分析及感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向的確定．2.運(yùn)用動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)及能量觀點(diǎn)分析電磁感應(yīng)現(xiàn)象．2023/2/3.

第五節(jié)核心要點(diǎn)突破課堂互動(dòng)講練知能優(yōu)化訓(xùn)練課前自主學(xué)案課標(biāo)定位2023/2/3.課前自主學(xué)案一、法拉第電機(jī)1．法拉第電機(jī)的原理如圖1－5－1所示是_______做成的世界上第一臺(tái)發(fā)電機(jī)模型的原理圖．法拉第2023/2/3.把一個(gè)銅盤(pán)放在磁場(chǎng)里，使磁感線(xiàn)_____穿過(guò)銅盤(pán)；轉(zhuǎn)動(dòng)銅盤(pán)，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(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小(1)銅盤(pán)可以看做由無(wú)數(shù)根長(zhǎng)度等于銅盤(pán)半徑的導(dǎo)體棒組成，導(dǎo)體棒在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中要_____磁感線(xiàn)(如圖1－5－2所示)．圖1－5－2切割2023/2/3.(2)銅盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于棒上各處速率_____，故不能直接用公式E＝BLv進(jìn)行求解，由v＝ωr可知，棒上各點(diǎn)線(xiàn)速度跟半徑成正比，故可用棒的中點(diǎn)的速度作為平均切割速度代入公式E＝BLv計(jì)算，根據(jù)＝有：E＝________.不等2023/2/3.3．感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向?qū)wOa在轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁感線(xiàn)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)生感應(yīng)電流的方向由_______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O(shè)為電動(dòng)勢(shì)的______，a為電動(dòng)勢(shì)的______.電源a→O正極負(fù)極2023/2/3.二、電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化1．電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化圖1－5－32023/2/3.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1－5－3所示．導(dǎo)體ab向右運(yùn)動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生由___流向___的感應(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)化為其它形式的能．因此，電磁感應(yīng)現(xiàn)象符合能量守恒定律．電源感應(yīng)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(dòng)勢(shì)(1)概念：當(dāng)電動(dòng)機(jī)通過(guò)如圖1－5－4所示的電流時(shí),因線(xiàn)圈受_______作用，電動(dòng)機(jī)會(huì)按圖示方向轉(zhuǎn)動(dòng)，圖1－5－4安培力2023/2/3.此時(shí)ab、cd兩邊因切割磁感線(xiàn)而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向跟令線(xiàn)圈轉(zhuǎn)動(dòng)的電流方向相反，因此也跟外加電壓的方向相反，這個(gè)電動(dòng)勢(shì)被稱(chēng)為反電動(dòng)勢(shì)．(2)作用：消弱電源電動(dòng)勢(shì)；阻礙線(xiàn)圈的轉(zhuǎn)動(dòng)．2023/2/3.核心要點(diǎn)突破一、導(dǎo)體切割磁感線(xiàn)時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算1．對(duì)于導(dǎo)體切割磁感線(xiàn)時(shí)，所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不能死記教材中的E＝BLvsinθ，而是要記住處理問(wèn)題的方法和普遍適用的公式E＝BLv⊥.2．導(dǎo)體水平運(yùn)動(dòng)時(shí)，其速度v與磁感線(xiàn)方向平行，導(dǎo)體不切割磁感線(xiàn)，此時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝0.3．導(dǎo)體傾斜切割磁感線(xiàn)時(shí)，應(yīng)先把速度v沿平行磁感線(xiàn)方向和垂直磁感線(xiàn)方向分解，再代入公式E＝Blv⊥計(jì)算．2023/2/3.4．導(dǎo)體棒以端點(diǎn)為軸，在垂直于磁感線(xiàn)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：E＝BL2ω(平均速度取中點(diǎn)位置線(xiàn)速度Lω)．即時(shí)應(yīng)用(即時(shí)突破，小試牛刀)1.如圖1－5－5所示，圖1－5－52023/2/3.長(zhǎng)為1m的導(dǎo)體棒，在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中以a點(diǎn)為圓心做圓周運(yùn)動(dòng)，角速度為2rad/s，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B＝2T，則金屬導(dǎo)體棒中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為_(kāi)_________．答案：2V2023/2/3.二、電磁感應(yīng)中的力、電綜合問(wèn)題電磁感應(yīng)的題目往往綜合性較強(qiáng)，與前面的知識(shí)聯(lián)系較多，涉及到力和運(yùn)動(dòng)、能量、直流電路、安培力等多方面的知識(shí)．應(yīng)用主要可分為以下兩個(gè)方面：1．電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的力學(xué)問(wèn)題分析(1)基本思路是：導(dǎo)體受力運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)→感應(yīng)電流→通電導(dǎo)體受安培力→合外力變化→加速度變化→速度變化→感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)變化→……周而復(fù)始地循環(huán)，循環(huán)結(jié)束時(shí)，加速度等于零，導(dǎo)體達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)．要畫(huà)好受力圖，抓住a＝0時(shí)速度v達(dá)到最大值的特點(diǎn)．2023/2/3.(2)基本方法是：①用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和方向．②求回路中的電流強(qiáng)度的大小和方向．③分析研究導(dǎo)體受力情況(包括安培力)．④列動(dòng)力學(xué)方程或平衡方程求解．2023/2/3.(3)電磁感應(yīng)現(xiàn)象中涉及的具有收尾速度的力學(xué)問(wèn)題①關(guān)鍵要抓好受力情況和運(yùn)動(dòng)情況的動(dòng)態(tài)分析加速度等于零時(shí)，導(dǎo)體達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)．2023/2/3.②兩種狀態(tài)處理達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)后，導(dǎo)體勻速運(yùn)動(dòng)，受力平衡，應(yīng)根據(jù)平衡條件合外力為零列式分析平衡態(tài)；導(dǎo)體達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)之前，往往做變加速運(yùn)動(dòng)，處于非平衡態(tài)，應(yīng)根據(jù)牛頓第二定律或結(jié)合功能關(guān)系分析非平衡態(tài)．特別提醒：對(duì)于電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，導(dǎo)體在安培力及其他力共同作用下運(yùn)動(dòng)，最終趨于一穩(wěn)定狀態(tài)的問(wèn)題，利用好導(dǎo)體達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的平衡方程，往往是解答該類(lèi)問(wèn)題的突破口．2023/2/3.2．電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的能量問(wèn)題分析(1)電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化①與感生電動(dòng)勢(shì)有關(guān)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電能，若電路是純電阻電路，轉(zhuǎn)化過(guò)來(lái)的電能將全部轉(zhuǎn)化為電阻的內(nèi)能．②與動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)有關(guān)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，通過(guò)克服安培力做功，把機(jī)械能或其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能．克服安培力做多少功，就產(chǎn)生多少電能．若電路是純電阻電路，轉(zhuǎn)化過(guò)來(lái)的電能也將全部轉(zhuǎn)化為電阻的內(nèi)能．2023/2/3.(2)求解電磁感應(yīng)現(xiàn)象中能量守恒問(wèn)題的一般思路①分析回路，分清電源和外電路．在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，切割磁感線(xiàn)的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化的回路將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，該導(dǎo)體或回路就相當(dāng)于電源，其余部分相當(dāng)于外電路．2023/2/3.做功情況能量變化特點(diǎn)滑動(dòng)摩擦力做功有內(nèi)能產(chǎn)生重力做功重力勢(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)生多少電能安培力做正功電能轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(yīng)中產(chǎn)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(yīng)的其他能量的減少量等于產(chǎn)生的電能．③利用電路特征求解：通過(guò)電路中所消耗的電能來(lái)計(jì)算．2023/2/3.即時(shí)應(yīng)用(即時(shí)突破，小試牛刀)2.(雙選)如圖1－5－6所示，位于一水平面內(nèi)的兩根平行的光滑金屬導(dǎo)軌，處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于導(dǎo)軌所在的平面，導(dǎo)軌的一端與一電阻相連；具有一定質(zhì)量的金屬桿ab放在導(dǎo)軌上并與導(dǎo)軌垂直．現(xiàn)用一平行于導(dǎo)軌的恒力F拉桿ab，使它由靜止開(kāi)始向右運(yùn)動(dòng)．桿和導(dǎo)軌的電阻、感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)均可不計(jì)．用E表示回路中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，I表示回路中的感應(yīng)電流，在I隨時(shí)間增大的過(guò)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(chǎn)生的是動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)，設(shè)兩導(dǎo)軌之間的距離為l，由題知，ab桿由靜止開(kāi)始向右加速運(yùn)動(dòng)，切割磁感線(xiàn)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)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(kāi)始做的是向右的加2023/2/3.速度a逐漸減小的加速運(yùn)動(dòng)；當(dāng)a減小到零時(shí)，速度達(dá)到最大，vmax＝，以后桿ab將以最大速度vmax做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)．在桿ab達(dá)到最大速度vmax之前，通過(guò)外力做功與安培力做功，使其他形式的能轉(zhuǎn)化為電路中的電能與金屬桿的動(dòng)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(xiàng)B正確；由于電路中的電功率還可以表示為IE，所以選項(xiàng)D正確．2023/2/3.課堂互動(dòng)講練類(lèi)型一導(dǎo)體棒轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁感線(xiàn)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算

如圖1－5－7所示，例1圖1－5－72023/2/3.半徑為L(zhǎng)的金屬圓盤(pán)放置在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，在圓盤(pán)的圓心和邊緣間接有一電阻為R的電阻,現(xiàn)該金屬圓盤(pán)以角速度ω旋轉(zhuǎn)，在金屬圓盤(pán)電阻不計(jì)的情況下求電阻R兩端的電壓的大?。舅悸伏c(diǎn)撥】該題的金屬圓盤(pán)中的每一條半徑都可以看成一條長(zhǎng)為L(zhǎng)的金屬棒，所有這些金屬棒一端都在金屬圓盤(pán)的邊緣上，另一端交于O點(diǎn)，且繞O點(diǎn)以角速度ω旋轉(zhuǎn)．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(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的大小即為BL2ω.2023/2/3.【精講精析】在解答該題之前，應(yīng)先回顧一下我們比較熟悉的一個(gè)物理模型：如圖1－5－8所示，圖1－5－82023/2/3.一根長(zhǎng)為L(zhǎng)的金屬棒AO，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)中繞O點(diǎn)以角速度ω旋轉(zhuǎn)，求棒AO兩端的電勢(shì)差．【答案】

BL2ω2023/2/3.【方法總結(jié)】導(dǎo)體棒繞一固定端點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)掃過(guò)面積S＝ωL2，棒的各點(diǎn)平均速率＝ωL，記住這些公式在解決選擇題、填空題時(shí)可以達(dá)到事半功倍的效果．2023/2/3.類(lèi)型二電磁感應(yīng)和力學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)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(dǎo)軌，相距l(xiāng)＝0.50m,左端接一電阻R＝0.20Ω，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.40T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直導(dǎo)軌平面，導(dǎo)體棒ac垂直放在導(dǎo)軌上，并能無(wú)摩擦地沿導(dǎo)軌滑動(dòng)，導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒的電阻均可忽略不計(jì)，當(dāng)ac以v＝4.0m/s的速度水平向右勻速滑動(dòng)時(shí)，求：(1)ac棒中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大??；(2)回路中感應(yīng)電流的大??；(3)維持ac棒做勻速運(yùn)動(dòng)的水平外力F的大小．2023/2/3.【思路點(diǎn)撥】2023/2/3.【自主解答】(1)由導(dǎo)體棒切割磁感線(xiàn)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)表達(dá)式得ac的電動(dòng)勢(shì)為E＝BLv＝0.40×0.50×4.0V＝0.80V.(2)由閉合電路歐姆定律得感應(yīng)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(jié)】導(dǎo)體中的感應(yīng)電流在磁場(chǎng)中將受到安培力作用，所以電磁感應(yīng)問(wèn)題常常與力學(xué)問(wèn)題聯(lián)系在一起，處理此類(lèi)問(wèn)題的基本方法是：(1)用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和方向．(2)求電路中電流強(qiáng)度的大小和方向．(3)分析研究導(dǎo)體受力情況(包括安培力)．(4)列動(dòng)力學(xué)方程或平衡方程求解．2023/2/3.類(lèi)型三用能量觀點(diǎn)解析電磁感應(yīng)問(wèn)題(單選)如圖1－5－10所示，例3圖1－5－102023/2/3.虛線(xiàn)框abcd內(nèi)為一矩形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，ab＝2bc，磁場(chǎng)方向垂直于紙面，實(shí)線(xiàn)框a′b′c′d′是一正方形導(dǎo)線(xiàn)框，a′b′邊與ab邊平行．若將導(dǎo)線(xiàn)框勻速地拉離磁場(chǎng)區(qū)域，以W1表示沿平行于ab的方向拉出過(guò)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(guò)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(jié)】電磁感應(yīng)過(guò)程的實(shí)質(zhì)是不同形式的能量之間的轉(zhuǎn)化過(guò)程，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(guò)程中，其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，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．“外力”克服安培力做多少功，就有多少其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能．同理，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，安培力做多少功就有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能．2023/2/3.本部分內(nèi)容講解結(jié)束按ESC鍵退出全屏播放謝謝使用2023/2/3..9、靜夜四無(wú)鄰，荒居舊業(yè)貧。。2023/2/32023/2/3Friday,February3,202310、雨中黃葉樹(shù)，燈下白頭人。。2023/2/32023/2/32023/2/32/3/20234:11:23PM11、以我獨(dú)沈久，愧君相見(jiàn)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(jiàn)翻疑夢(mèng)，相悲各問(wèn)年。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/32/3/202314、他鄉(xiāng)生白發(fā)，舊國(guó)見(jiàn)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(dòng)出成果，工作出財(cái)富。。2023/2/32023/2/303February202317、做前，能夠環(huán)視四周；做時(shí)，你只能或者最好沿著以腳為起點(diǎn)的射線(xiàn)向前。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/39、沒(méi)有失敗，只有暫時(shí)停止成功！。2023/2/32023/2/3Friday,February3,202310、很多事情努力了未必有結(jié)果，但是不努力卻什么改變也沒(méi)有。。2023/2/32023/2/32023/2/32/3/20234:11:23PM11、成功就是日復(fù)一日那一點(diǎn)點(diǎn)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(duì)圓滿(mǎn)，留一份不足，可得無(wú)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(jiān)強(qiáng)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(mén)九派通。。。二月232023/2/32023/2/32023/2/32/3/202316、少年十五二十時(shí)，步行奪得胡馬騎。。2023/2/32023/2/303February202317、空山新雨后，天氣晚來(lái)秋。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/39、楊