學(xué)年高中物理第1章電磁感應(yīng)與現(xiàn)代社會(huì)學(xué)案7電磁感應(yīng)的案例分析同步備課課件滬科版選修

第1章

電磁感應(yīng)與現(xiàn)代生活7電磁感應(yīng)的案例分析目標(biāo)定位

1.了解反電動(dòng)勢(shì)及其作用.2.掌握電磁感應(yīng)中動(dòng)力學(xué)問題的分析方法.3.掌握電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化與守恒問題，并能用來處理力電

綜合問題.內(nèi)容索引知識(shí)探究達(dá)標(biāo)檢測(cè)知識(shí)探究1一、反電動(dòng)勢(shì)1.定義：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，線圈因 ，所以會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)跟加在線圈上的電壓方向.這個(gè)跟外加電壓方向的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)叫反電動(dòng)勢(shì).2.在具有反電動(dòng)勢(shì)的電路中，其功率關(guān)系為 ；式中IU是電源供給電動(dòng)機(jī)的功率(輸入功率)，IE反是電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率(輸出功率)，I2R是電動(dòng)機(jī)回路中損失的熱功率.IU－IE反＝I2R切割磁感線相反相反二、電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問題1.電磁感應(yīng)中產(chǎn)生的感應(yīng)電流在磁場(chǎng)中將受到安培力作用，所以電磁感應(yīng)問題往往與力學(xué)問題聯(lián)系在一起，處理此類問題的根本方法是：(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.2.電磁感應(yīng)現(xiàn)象中涉及的具有收尾速度的力學(xué)問題，關(guān)鍵要抓好受力情況和運(yùn)動(dòng)情況的動(dòng)態(tài)分析：周而復(fù)始地循環(huán)，加速度等于零時(shí)，導(dǎo)體到達(dá)穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)狀態(tài).3.兩種狀態(tài)處理導(dǎo)體勻速運(yùn)動(dòng)，應(yīng)根據(jù)平衡條件列式分析；導(dǎo)體做勻速直線運(yùn)動(dòng)之前，往往做變加速運(yùn)動(dòng)，處于非平衡狀態(tài)，應(yīng)根據(jù)牛頓第二定律或結(jié)合功能關(guān)系分析.例1如圖1甲所示，兩根足夠長的直金屬導(dǎo)軌MN、PQ平行放置在傾角為θ的絕緣斜面上，兩導(dǎo)軌間距為L，M、P兩點(diǎn)間接有阻值為R的電阻.一根質(zhì)量為m的均勻直金屬桿ab放在兩導(dǎo)軌上，并與導(dǎo)軌垂直.整套裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于斜面向下.導(dǎo)軌和金屬桿的電阻可忽略，讓ab桿沿導(dǎo)軌由靜止開始下滑，導(dǎo)軌和金屬桿接觸良好，不計(jì)它們之間的摩擦.圖1(1)由b向a方向看到的裝置如圖乙所示，請(qǐng)?jiān)诖藞D中畫出ab桿下滑過程中某時(shí)刻的受力示意圖.見解析圖圖1答案解析如下圖，ab桿受：重力mg，豎直向下；支持力N，垂直于斜面向上；安培力F安，沿斜面向上.(2)在加速下滑過程中，當(dāng)ab桿的速度為v時(shí)，求此時(shí)ab桿中的電流及其加速度的大小.答案解析圖1當(dāng)ab桿速度為v時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝BLv，此時(shí)根據(jù)牛頓第二定律，有(3)求在下滑過程中，ab桿可以到達(dá)的速度最大值.答案解析圖1例2(多項(xiàng)選擇)如圖2所示，MN和PQ是兩根互相平行豎直放置的光滑金屬導(dǎo)軌，導(dǎo)軌足夠長，且電阻不計(jì).ab是一根與導(dǎo)軌垂直而且始終與導(dǎo)軌接觸良好的金屬桿.開始時(shí)，將開關(guān)S斷開，讓桿ab由靜止開始自由下落，過段時(shí)間后，再將S閉合，假設(shè)從S閉合開始計(jì)時(shí)，且金屬桿接入電路的電阻為R，那么金屬桿ab的速度v隨時(shí)間t變化的圖像可能是圖中的圖2√√√答案解析三、電磁感應(yīng)中的能量問題1.電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化方式(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.(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.2.求解電磁感應(yīng)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.(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：①有摩擦力做功，必有內(nèi)能產(chǎn)生；②有重力做功，重力勢(shì)能必然發(fā)生變化；③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；(3)列有關(guān)能量的關(guān)系式.3.焦耳熱的計(jì)算技巧(1)感應(yīng)電路中電流恒定，焦耳熱Q＝I2Rt.(2)感應(yīng)電路中電流變化，可用以下方法分析：①利用功能關(guān)系：產(chǎn)生的焦耳熱等于克服安培力做的功，即Q＝W安，而克服安培力做的功可由動(dòng)能定理求得；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.例3如圖3所示，足夠長的平行光滑U形導(dǎo)軌傾斜放置，所在平面的傾角θ＝37°，導(dǎo)軌間的距離L＝1.0m，下端連接R＝1.6Ω的電阻，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，所在空間存在垂直于導(dǎo)軌平面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝1.0T.質(zhì)量m＝0.5kg、電阻r＝0.4Ω的金屬棒ab垂直置于導(dǎo)軌上，現(xiàn)用沿導(dǎo)軌平面且垂直于金屬棒、大小為F＝5.0N的恒力使金屬棒ab從靜止開始沿導(dǎo)軌向上滑行，當(dāng)金屬棒滑行s＝2.8m后速度保持不變.求：(sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，g＝10m/s2)(1)金屬棒勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度大小v；答案解析4m/s圖3金屬棒勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電流為I＝由平衡條件有F＝mgsinθ＋BIL代入數(shù)據(jù)解得v＝4m/s.(2)金屬棒從靜止到剛開始勻速運(yùn)動(dòng)的過程中，電阻R上產(chǎn)生的熱量QR.答案解析設(shè)整個(gè)電路中產(chǎn)生的熱量為Q，由能量守恒定律有1.28J圖3達(dá)標(biāo)檢測(cè)21.(電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問題)如圖4所示，勻強(qiáng)磁場(chǎng)存在于虛線框內(nèi)，矩形線圈豎直下落.如果線圈中受到的磁場(chǎng)力總小于其重力，那么它在1、2、3、4位置時(shí)的加速度關(guān)系為A.a1＞a2＞a3＞a4B.a1＝a2＝a3＝a4C.a1＝a3＞a2＞a4D.a1＝a3＞a2＝a4√123答案解析圖4123線圈自由下落時(shí)，加速度為a1＝g.線圈完全在磁場(chǎng)中時(shí)，磁通量不變，不產(chǎn)生感應(yīng)電流，線圈不受安培力作用，只受重力，加速度為a3＝g.線圈進(jìn)入和穿出磁場(chǎng)過程中，切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流，將受到向上的安培力，根據(jù)牛頓第二定律得知，a2＜g，a4＜g.線圈完全在磁場(chǎng)中時(shí)做勻加速運(yùn)動(dòng)，到達(dá)4處時(shí)的速度大于2處的速度，那么線圈在4處所受的安培力大于在2處所受的安培力，又知，磁場(chǎng)力總小于重力，那么a2＞a4，故a1＝a3＞a2＞a4.所以此題選C.2.(電磁感應(yīng)中的能量問題)(多項(xiàng)選擇)如圖5所示，兩根光滑的金屬導(dǎo)軌，平行放置在傾角為θ的斜面上，導(dǎo)軌的左端接有電阻R，導(dǎo)軌自身的電阻可忽略不計(jì).斜面處在一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于斜面向上.質(zhì)量為m、電阻可以忽略不計(jì)的金屬棒ab，在沿著斜面與棒垂直的恒力F作用下沿導(dǎo)軌勻速上滑，且上升的高度為h，在這一過程中圖5123A.作用于金屬棒上的各個(gè)力的合力所做的功等于零B.作用于金屬棒上的各個(gè)力的合力所做的功等于mgh與電阻R上產(chǎn)生的焦

耳熱之和C.恒力F與安培力的合力所做的功等于零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√圖5答案解析123√金屬棒勻速上滑的過程中，對(duì)金屬棒受力分析可知，有三個(gè)力對(duì)金屬棒做功，恒力F做正功，重力做負(fù)功，安培力阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)，沿斜面向下，做負(fù)功.勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，所受合力為零，故合力做功為零，A正確；克服安培力做多少功就有多少其他形式的能轉(zhuǎn)化為電路中的電能，電能又等于R上產(chǎn)生的焦耳熱，故外力F與重力的合力所做的功等于電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱，D正確.1233.(