《高中物理 第1章 電磁感應 第5節(jié) 電磁感應規(guī)律的應用課件 粵教版選修3-2》由會員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《高中物理 第1章 電磁感應 第5節(jié) 電磁感應規(guī)律的應用課件 粵教版選修3-2(55頁珍藏版)》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、第五節(jié)電磁感應規(guī)律的應用,1如圖所示,閉合開關(guān)S,將條形磁鐵插入閉合線圈,第一次用0.2 s,第二次用0.4 s,并且兩次的起始和終止位置相同,則(),課前自主學習,A第一次磁通量變化較大 B第一次G的最大偏角較大 C第一次經(jīng)過G的總電荷量較多 D若斷開S,G均不偏轉(zhuǎn),故均無感應電動勢 【答案】B,2一根直導線長0.1 m,在磁感應強度為0.1 T的勻強磁場中以10 m/s的速度勻速運動,則導線中產(chǎn)生的感應電動勢不可能的是() A1 VB零 C0.1 VD0.01 V 【答案】A 【解析】在垂直于磁感線的平面上運動,產(chǎn)生的感應電動勢最大,為EmaxBlv0.1 T0.1 m10 m/s0.1
2、V,即感應電動勢EEmax,則A不可能,一、法拉第電機,O,2法拉第電機:__________在磁場中做__________磁感線運動,產(chǎn)生感應電動勢的導體相當于電源,運動導體,切割,如圖所示是法拉第電機原理圖,銅盤轉(zhuǎn)起來之后相當于電源,圓心O和圓盤邊緣誰是正極? 【答案】銅盤可以看成是由無數(shù)根導線組成,它運動時切磁感線,由右手定則可知圓心O是正極,二、電磁感應的應用 1如下圖所示,導體棒ef沿著導軌面向右勻速運動,導軌電阻不計,________相當于電源,______是其正極,____是負極,電源內(nèi)部電流由______流向______,__________和導軌構(gòu)成外電路,外電路中電流由電
3、源的______流向______,導體棒,f,e,負極,正極,電阻R,正極,負極,如果讓你設(shè)計一個發(fā)電機,你設(shè)計的這個發(fā)電機至少應該由哪些部分組成? 【答案】設(shè)計發(fā)電機需要的部分有很多,最基本的組成部分有磁體提供的磁場,讓線圈在磁場中運動以改變磁通量的大小從而產(chǎn)生感應電流,三、電磁感應中的反電動勢與能量轉(zhuǎn)化 1電磁感應中的能量:在由導體切割磁感線產(chǎn)生的電磁感應現(xiàn)象中,導體克服________做多少功,就有多少其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能,即電能是通過______________轉(zhuǎn)化得到的 2反電動勢 (1)定義:直流電動機模型通電后,線圈因受________而轉(zhuǎn)動,切割磁感線產(chǎn)生的感應電動勢 (2)
4、方向:與外加電壓的方向______ (3)決定因素:電動機線圈轉(zhuǎn)動______,反電動勢越大,安培力,其他形式的能,安培力,相反,越快,1用EBLv求解 用EBLv求解感應電動勢時,要求導體上各點的切割速度相同或能求其等效切割速度.,課堂優(yōu)化整合,可設(shè)想,在前面圖中有一個“柔軟、形狀可變”的回路在0時刻與棒疊在一起,當棒轉(zhuǎn)動后,原有部分不動,而外端將把導線拉伸,且假設(shè)導體棒外端所到之處導線即貼在那里,則t時間后拉開的電路形狀如圖中虛線和實線所示,例 1,解析:圓盤轉(zhuǎn)動時,相當于無數(shù)條相同的、并聯(lián)的長度為圓盤半徑R的導體棒在轉(zhuǎn)動只要求得一條導體棒轉(zhuǎn)動的感應電動勢,即為整個圓盤的電動勢如下圖所示,
5、設(shè)圓盤的半徑為R,處于磁感應強度為B的勻強磁場中,磁場方向與圓盤平面垂直,其一條半徑以角速度勻速轉(zhuǎn)動,答案:見解析,1.如圖所示,金屬棒ab長為L,以角速度繞ab棒延長線上一點O逆時針轉(zhuǎn)動,Oa間距為r,金屬棒轉(zhuǎn)動方向與磁感應強度為B的勻強磁場方向垂直(磁場方向垂直紙面向里)則a、b兩點間電勢差大小為(),【答案】D,1確定所研究的回路,明確回路中相當于電源的部分和相當于外電路的部分,畫出等效電路圖 2由楞次定律或右手定則判斷感應電動勢的方向,由法拉第電磁感應定律或?qū)w切割磁感線公式寫出感應電動勢表達式 3運用閉合電路歐姆定律,部分電路歐姆定律,串并聯(lián)電路的電壓、電流、電阻特點,電功率公式等進
6、行計算求解,例 2,題后反思 這是電磁感應與電路結(jié)合的綜合題,切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢的導體相當于電源,畫出等效電路圖應用歐姆定律就可求解,2.如圖所示,在方向豎直向上的磁感應強度為B的勻強磁場中,有兩條足夠長的平行金屬導軌,其電阻不計,間距為L,導軌平面與磁場方向垂直ab、cd為兩根垂直導軌放置、電阻都為R、質(zhì)量都為m的金屬棒棒cd與導軌間的最大靜摩擦力為f且被能承受最大拉力為T0的水平細線拉住,棒ab與導軌間的摩擦不計,在水平拉力F的作用下以加速度a由靜止開始向右做勻加速直線運動,求:,1電磁感應的本質(zhì)能量轉(zhuǎn)化 電磁感應的過程,實質(zhì)上是一個能量轉(zhuǎn)化與守恒的過程可以說它是能量轉(zhuǎn)化與守恒定律在
7、電磁現(xiàn)象中的一個特例通過克服安培力做功,將其他能量(非電能)轉(zhuǎn)化為電能,克服安培力做多少功,就有多少其他能轉(zhuǎn)化為相應量的電能;當產(chǎn)生的電流通過用電器后,同時將轉(zhuǎn)化來的電能進一步轉(zhuǎn)化成其他非電能因此,電磁感應過程總伴隨著能量轉(zhuǎn)化,2克服安培力做功與產(chǎn)生電能關(guān)系的特例論證 如下圖所示,矩形閉合金屬線框abcd電阻為R,置于有界的勻強磁場B中,現(xiàn)在拉力F的作用下,以速度v勻速拉出磁場,設(shè)ad、bc邊的長度為L,則線框被勻速拉出的過程中:,結(jié)論:在電磁感應現(xiàn)象中,克服安培力做多少功,就有多少電能產(chǎn)生本例中, 這些電能又通過電流做功使電阻發(fā)熱轉(zhuǎn)變成了內(nèi)能,3關(guān)于電磁感應的能量問題,要注意以下分析程序:
8、(1)準確應用電磁感應定律確定感應電動勢的大??;準確應用楞次定律或右手定則,判定感應電動勢的方向 (2)畫出等效電路,求解電路中各相關(guān)參量 (3)研究導體機械能的變化,利用能量轉(zhuǎn)化與守恒關(guān)系,列出機械運動功率變化與電路中電功率變化的守恒關(guān)系式,如下圖所示,一對光滑的平行金屬導軌固定在同一水平面內(nèi),導軌間距l(xiāng)0.5 m,左端接有阻值R0.3 的電阻一質(zhì)量m0.1 kg,電阻r0.1 的金屬棒MN放置在導軌上,整個裝置置于豎直向上的勻強磁場中,磁場的磁感應強度B0.4 T棒在水平向右的外力作用下,由靜止開始以a2 m/s2的加速度做勻加速運動,當棒的位移x9 m時撤去外力,棒繼續(xù)運動一段距離后停下
9、來,已知撤去外力前后回路中產(chǎn)生的焦耳熱之比Q1Q221.導軌足夠長且電阻不計,棒在運動過程中與導軌垂直且兩端與導軌保持良好接觸求:,例 3,(1)棒在勻加速運動過程中,通過電阻R的電荷量q; (2)撤去外力后回路中產(chǎn)生的焦耳熱Q2; (3)外力做的功WF. 解析:(1)設(shè)棒勻加速運動的時間為t,回路的磁通量變化量為,回路中的平均感應電動勢為,由法拉第電磁感應定律得,聯(lián)立式,代入數(shù)據(jù)得Q21.8 J,CD、EF為兩足夠長的導軌,CEl,勻強磁場方向與導軌平面垂直,磁感應強度為B,導體CE連接一電阻R,導體ab質(zhì)量為m,框架與導體電阻不計,如圖所示框架平面與水平面成角,框架與導體ab間的動摩擦因數(shù)
10、為,求:,例 4,(1)導體ab下滑的最大速度; (2)設(shè)ab從靜止開始達到最大速度時下降的高度為h,利用能量觀點求這一變速過程中共在R上產(chǎn)生的熱量 解析:(1)由能的轉(zhuǎn)化和守恒定律知,當導體ab以最大速度vm勻速運動以后,導體ab下滑過程中,減少的重力勢能(機械能)等于克服摩擦力所做的功和電阻R產(chǎn)生的熱量,并設(shè)以最大速度運動的時間為t,則 mgsin (vmt)mgcos (vmt)I2Rt,,題后反思 求最大速度問題,一般是從受力分析入手,由牛頓第二定律列式,再經(jīng)過分析得出:當a0時,速度最大這種思路是解題的一種方法,本題也可以通過該方法求解利用力學觀點處理問題的方法往往繁瑣,不如用能量觀
11、點處理方便像本例題求最大速度問題,盡管達最大速度前運動為變速運動,感應電流(電動勢)都在變化,但達最大速度之后,感應電流及安培力均恒定,計算熱量可用QI2Rt,這樣,對不少題目通過抓住速度最大之后速度不變這一關(guān)鍵條件出發(fā),運用能量觀點處理,運算過程得以簡捷,3如圖所示,足夠長平行金屬導軌傾斜放置,傾角為37,寬度為0.5 m,電阻忽略不計,其上端接一小燈泡,電阻為1 .一導體棒MN垂直于導軌旋轉(zhuǎn),質(zhì)量為0.2 kg,接入電路的電阻為1 ,兩端與導軌接觸良好,與導軌間的動摩擦因數(shù)為0.5.在導軌間存在著垂直于導軌平面的勻強磁場,磁感應強度為0.8 T將導體棒MN由靜止釋放,運動一段時間后,小燈泡
12、穩(wěn)定發(fā)光,此后導體棒MN的運動速度穩(wěn)定,小燈泡穩(wěn)定發(fā)光此后導體MN的運動速度以及小燈泡消耗的電功率分別為(重力加速度g取10 m/s2,sin 370.6)(),A2.5 m/s1 WB5 m/s1 W C7.5 m/s9 W D15 m/s9 W 【答案】B,4如圖所示,bacd為靜止于水平面上寬度為L,而長度足夠長的U形金屬滑軌,ac邊接有電阻R,其他部分電阻不計ef為一可在滑軌平面上滑動,質(zhì)量為m的均勻?qū)w棒整個滑軌面處在豎直向上的勻強磁場中,磁感應強度為B,忽略所有摩擦,【解析】(1)解法一導體棒受到恒力F后的運動情況,可用如下式子表示:,感生電動勢和動生電動勢的區(qū)別與聯(lián)系,改改,如圖所示,導軌OM和ON都在紙面內(nèi),導體AB可在導軌上無摩擦滑動,若AB以5 m/s的速度從O點開始沿導軌勻速右滑,導體與導軌都足夠長,它們每米長度的電阻都是0.2 ,磁場的磁感應強度為0.2 T求: (1)3 s末夾在導軌間的導體長度是多少?此時導體切割磁感線產(chǎn)生的感應電動勢多大?回路中的電流為多少?,例 5,(2)3 s內(nèi)回路中的磁通量變化了多少?此過程中的平均感應電動勢為多少?,5在如圖所示的四種磁場情況中能產(chǎn)生恒定的感生電場的是() 【答案】C 【解析】據(jù)麥克斯韋電磁理論,恒定的感生電場,必須由均勻變化的磁場產(chǎn)生,C對,A B C D,