2023年新教材高中物理第2章電磁感應(yīng)第3節(jié)電磁感應(yīng)規(guī)律的應(yīng)用課件粵教版選擇性必修第二冊(cè)

第二章電磁感應(yīng)第三節(jié)電磁感應(yīng)規(guī)律的應(yīng)用學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)法與考法1．知道法拉第電機(jī)的工作原理(重點(diǎn))2．會(huì)計(jì)算導(dǎo)體轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁感線(xiàn)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)(重點(diǎn))3．掌握電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化的分析方法和解題基本思路(難點(diǎn))學(xué)法：①通過(guò)實(shí)驗(yàn)，理解法拉第電機(jī)的工作原理；②通過(guò)分析，能夠運(yùn)用法拉第電磁感應(yīng)定律定量計(jì)算導(dǎo)體轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁感線(xiàn)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)考法：①考查法拉第電機(jī)的工作原理；②考查法拉第電磁感應(yīng)定律E＝n和轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁感線(xiàn)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的應(yīng)用；③考查電磁感應(yīng)中的圖像問(wèn)題知識(shí)概覽課前·

自主預(yù)習(xí)1．法拉第發(fā)電機(jī)的原理：如圖所示是________做成的世界上第一臺(tái)發(fā)電機(jī)模型的原理圖．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．法拉第發(fā)電機(jī)法拉第垂直閉合電路2．感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小(1)如圖所示，銅盤(pán)可以看作由無(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)．切割不等3．感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向：導(dǎo)體Oa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)極法拉第圓盤(pán)發(fā)電機(jī)的示意圖如圖所示，銅圓盤(pán)安裝在豎直的銅軸上，兩銅片P、Q分別與圓盤(pán)的邊緣和銅軸接觸，圓盤(pán)處于方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中，圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，關(guān)于流過(guò)電阻R的電流，下列說(shuō)法正確的是 (

)A．若圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度均勻增加，則電流大小恒定B．若從上往下看，圓盤(pán)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，則電流沿b到a的方向流過(guò)RC．若圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)方向不變，角速度大小發(fā)生變化，則電流方向可能發(fā)生變化D．若圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，則電流在R上的熱功率變?yōu)樵瓉?lái)的4倍【答案】D1．概念：當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，感應(yīng)電流會(huì)使導(dǎo)體受到_________，安培力的方向總是________導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象．2．應(yīng)用：磁電式儀表中利用____________使指針迅速停止到某位置，便于讀數(shù)．電磁阻尼應(yīng)用安培力阻礙電磁阻尼如圖所示，磁電式儀表的線(xiàn)圈通常用鋁框做骨架，把線(xiàn)圈繞在鋁框上，這樣做的目的是什么？【答案】線(xiàn)圈通電后，在安培力作用下發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，鋁框隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，并切割磁感線(xiàn)產(chǎn)生感應(yīng)電流，也就是渦流．渦流阻礙線(xiàn)圈的轉(zhuǎn)動(dòng)，使線(xiàn)圈偏轉(zhuǎn)后盡快停下來(lái)．這樣做的目的是利用渦流起電磁阻尼的作用．微思考(多選)一塊銅片置于如圖所示的磁場(chǎng)中，如果用力把這塊銅片從磁場(chǎng)中拉出或把它進(jìn)一步推入，在這兩個(gè)過(guò)程中有關(guān)磁場(chǎng)對(duì)銅片的作用力，下列敘述正確的是 (

)A．拉出時(shí)受到阻力B．推入時(shí)受到阻力C．拉出時(shí)不受磁場(chǎng)力D．推入時(shí)不受磁場(chǎng)力【答案】AB【解析】銅片無(wú)論被拉出還是被推入，由于電磁感應(yīng)，銅片中都會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，所受安培力阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生電磁阻尼效果，所以A、B正確．1．概念：磁場(chǎng)相對(duì)導(dǎo)體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體中產(chǎn)生_____________，感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力的作用，安培力使導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)起來(lái)的現(xiàn)象．2．應(yīng)用：交流________電動(dòng)機(jī)．感應(yīng)電流的應(yīng)用感應(yīng)電流感應(yīng)老師做了一個(gè)物理小實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生觀(guān)察：一個(gè)輕質(zhì)橫桿兩側(cè)各固定一金屬環(huán)，橫桿可繞中心點(diǎn)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖所示．老師拿一條形磁鐵插向其中一個(gè)小環(huán)，后又取出插向另一個(gè)小環(huán)．同學(xué)們看到的現(xiàn)象是什么？微思考【答案】右環(huán)閉合，在磁鐵插向右環(huán)的過(guò)程中可產(chǎn)生感應(yīng)電流，環(huán)受安培力作用，橫桿轉(zhuǎn)動(dòng)；左環(huán)不閉合，無(wú)感應(yīng)電流，無(wú)安培力，插左環(huán)會(huì)保持靜止．某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)電磁沖擊鉆，其原理如圖所示，若發(fā)現(xiàn)鉆頭M突然向右運(yùn)動(dòng)，則可能是 (

)A．開(kāi)關(guān)S由斷開(kāi)到閉合的瞬間B．開(kāi)關(guān)S由閉合到斷開(kāi)的瞬間C．保持開(kāi)關(guān)S閉合，滑動(dòng)變阻器滑片P加速向右滑動(dòng)D．保持開(kāi)關(guān)S閉合，滑動(dòng)變阻器滑片P勻速向右滑動(dòng)【答案】A【解析】若發(fā)現(xiàn)鉆頭M突然向右運(yùn)動(dòng)，則兩螺線(xiàn)管互相排斥，根據(jù)楞次定律可知，可能是開(kāi)關(guān)S由斷開(kāi)到閉合的瞬間，或開(kāi)關(guān)S閉合，滑動(dòng)變阻器滑片P向左滑動(dòng)，A正確．課堂·

重難探究1．轉(zhuǎn)動(dòng)切割電動(dòng)勢(shì)的推導(dǎo)如圖所示，長(zhǎng)為l的導(dǎo)體棒ab以a為圓心，以角速度ω在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可從兩個(gè)角度推導(dǎo)．導(dǎo)體棒轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁感線(xiàn)例1

(多選)如圖所示，半徑為L(zhǎng)的半圓弧軌道PQS固定，電阻忽略不計(jì)，O為圓心．OM是可繞O轉(zhuǎn)動(dòng)的金屬桿，M端位于PQS上，OM與軌道接觸良好，OM金屬桿的電阻與OP金屬桿的阻值相同．空間存在如圖的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B．現(xiàn)使OM從OQ位置以恒定的角速度ω逆時(shí)針轉(zhuǎn)到OS位置，則該過(guò)程 (

)【答案】BD【答案】B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．電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化例2

(多選)如圖所示，兩根電阻不計(jì)的光滑平行金屬導(dǎo)軌傾角為θ，導(dǎo)軌下端接有電阻R，勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直斜面向上．質(zhì)量為m、電阻不計(jì)的金屬棒ab在沿斜面與棒垂直的恒力F作用下沿導(dǎo)軌勻速上滑，上升高度為h，在這個(gè)過(guò)程中 (

)A．金屬棒所受各力的合力所做的功等于零B．金屬棒所受各力的合力所做的功等于mgh和電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱之和C．恒力F與重力的合力所做的功等于棒克服安培力所做的功與電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱之和D．恒力F與重力的合力所做的功等于電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱【答案】AD【解析】棒勻速上升的過(guò)程有三個(gè)力做功：恒力F做正功、重力G做負(fù)功、安培力F安做負(fù)功．根據(jù)動(dòng)能定理：W＝WF＋WG＋W安＝0，故A正確，B錯(cuò)誤；恒力F與重力G的合力所做的功等于棒克服安培力做的功．而棒克服安培力做的功等于回路中電能轉(zhuǎn)化成的焦耳熱，克服安培力做功與焦耳熱不能重復(fù)考慮，故C錯(cuò)誤，D正確．變式2水平放置的光滑平行導(dǎo)軌上放置一根長(zhǎng)為L(zhǎng)、質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒ab，ab處在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向如圖所示的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，導(dǎo)軌的一端接一阻值為R的電阻，導(dǎo)軌及導(dǎo)體棒電阻不計(jì)．現(xiàn)使ab在水平恒力F作用下由靜止沿導(dǎo)軌向右運(yùn)動(dòng)，當(dāng)通過(guò)的位移為s時(shí)，ab達(dá)到最大速度vm.此時(shí)撤去外力，最后ab靜止在導(dǎo)軌上．在ab運(yùn)動(dòng)的整個(gè)過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是 (

)A．撤去外力后，ab做勻減速運(yùn)動(dòng)B．合力對(duì)ab做的功為Fs【答案】D

電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的“阻礙”是能量守恒的具體體現(xiàn)，在這種“阻礙”的過(guò)程中，其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能．

電磁感應(yīng)中焦耳熱的計(jì)算技巧(1)電流恒定時(shí)，根據(jù)焦耳定律求解，即Q＝I2Rt.(2)感應(yīng)電流變化，可用以下方法分析：①利用動(dòng)能定理，求出克服安培力做的功，產(chǎn)生的焦耳熱等于克服安培力做的功，即Q＝W安．②利用能量守恒，即感應(yīng)電流產(chǎn)生的焦耳熱等于其他形式能量的減少，即Q＝ΔE其他．核心素養(yǎng)應(yīng)用1．對(duì)于圖像問(wèn)題，搞清物理量之間的函數(shù)關(guān)系、變化范圍、初始條件、斜率的物理意義等，往往是解題的關(guān)鍵．2．解決圖像問(wèn)題的一般步驟．(1)明確圖像的種類(lèi)，即是B－t圖像還是Φ－t圖像，或者E－t圖像、I－t圖像、F－t圖像等．(2)分析電磁感應(yīng)的具體過(guò)程．電磁感應(yīng)中的圖像問(wèn)題例3穿過(guò)某單匝線(xiàn)圈的磁通量Φ

隨時(shí)間t變化的規(guī)律如圖所示，該線(xiàn)圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為

(

)A．1V B．2VC．3V D．4V【答案】B例4如圖甲所示，矩形導(dǎo)線(xiàn)框abcd固定在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感線(xiàn)的方向與導(dǎo)線(xiàn)框所在平面垂直，規(guī)定磁場(chǎng)的正方向垂直紙面向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖乙所示，若規(guī)定順時(shí)針?lè)较驗(yàn)楦袘?yīng)電流的正方向，下列各圖中正確的是 (

)【答案】D小練·

隨堂鞏固1．如圖甲所示，閉合的圓線(xiàn)圈放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，t＝0時(shí)磁感線(xiàn)垂直線(xiàn)圈平面向里穿過(guò)線(xiàn)圈，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化的關(guān)系圖線(xiàn)如圖乙所示，則在0～2s內(nèi)線(xiàn)圈中感應(yīng)電流的大小和方向?yàn)?(

)A．逐漸增大，逆時(shí)針?lè)较駼．逐漸減小，順時(shí)針?lè)较駽．大小不變，順時(shí)針?lè)较駾．大小不變，先順時(shí)針?lè)较蚝竽鏁r(shí)針?lè)较颉敬鸢浮緾【解析】因?yàn)锽－t圖像的斜率不變，所以感應(yīng)電流恒定．根據(jù)楞次定律判斷電流方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较颍?．如圖所示，豎直放置的兩根平行金屬導(dǎo)軌之間接有定值電阻R，質(zhì)量不能忽略的金屬棒與兩導(dǎo)軌始終保持垂直并接觸良好且無(wú)摩擦，棒與導(dǎo)軌的電阻均不計(jì)，整個(gè)裝置放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向與導(dǎo)軌平面垂直，棒在豎直向上的恒力F作用下加速上升的一段時(shí)間內(nèi)，力F做的功與安培力做的功的代數(shù)和等于 (

)A．棒的機(jī)械能增加量B．棒的動(dòng)能增加量C．棒的重力勢(shì)能增加量D．電阻