高中物理 第一章 电磁感应 第五节 电磁感应规律的应用课件 粤教版选修3-2

1、第一章电磁感应第五节电磁感应规律的应用学习目标1.理解什么是法拉第电机.2.掌握电磁感应现象中电路问题的分析方法和解题基本思路.3.能解决电磁感应中的能量问题内容索引知识探究题型探究达标检测知识探究1一、法拉第电机一、法拉第电机导学探究导学探究(1)参考课本法拉第圆盘发电机的构造图，简单说明法拉第圆盘发电机产生电流的原因法拉第电机的圆盘是由无数根辐条组成的，每根辐条做切割磁感线运动，产生感应电动势，电路闭合时产生感应电流 答案(2)如图1所示，当将导体棒和电阻组成闭合电路时，电路的哪部分相当于电源？电源的正极和负极在电路的哪个位置？电源内部电流方向如何？ab导体棒相当于电源，a是电源正极，b是

2、电源负极，电源内部电流由负极流向正极 答案图1知识梳理知识梳理1.转动切割磁感线产生的电动势导体棒的一端为轴转动切割磁感线：由v 可知各点线速度随半径按线性规律变化，切割速度用 的线速度替代，即v 感应电动势E_.r中点2.感应电动势的方向图1中导体棒ab在转动切割磁感线时产生感应电动势，相当于 ，如果它与用电器连接构成闭合电路，则产生的感应电流方向由 (右手定则)，而电源内部电流方向是由负极流向正极，所以a为电动势的_，b为电动势的 . 电源b向a正极负极即学即用即学即用一直升机停在南半球的地磁极上空.该处地磁场的方向竖直向上，磁感应强度为B.直升机螺旋桨叶片的长度为l，螺旋桨转动的频率为f

3、，顺着地磁场的方向看螺旋桨，螺旋桨按顺时针方向转动，螺旋桨叶片的近轴端为a，远轴端为b，如图2所示，如果忽略a到转轴中心线的距离，每个叶片中的感应电动势E_，且a点电势_b点电势(填“高于”或“低于”).图2fl2B低于 答案二、电磁感应中的能量转化二、电磁感应中的能量转化导学探究导学探究(1)如图3所示，两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为的绝缘斜面上，两导轨间距为L，M、P两点间接有阻值为R的电阻，一根质量为m的均匀直金属杆ab放在两导轨上，并与导轨垂直，整套装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于斜面向下，导轨和金属杆的电阻可忽略不计，让ab杆沿导轨由静止开始下滑，

4、导轨和金属杆接触良好，不计它们之间的摩擦.试在同一图中画出该电路的侧视图和金属杆ab的受力分析图. 答案图3如图所示 (2)电磁感应现象中的“阻碍”就是能量守恒的具体体现，在这种“阻碍”的过程中，其他形式的能转化为电能.分析上图金属杆下滑过程中的何种形式的能转化为电能？还可能有哪几种形式的能量转化？金属杆在下滑过程中金属杆的重力势能转化为电能，如果金属杆的速度增大，金属杆的重力势能还有一部分转化为金属杆的动能. 答案图3在电磁感应现象中，产生感应电动势的那部分导体相当于 .如果电路闭合，电路中会产生 ，而导体又处在磁场中，因此导体将受到 的作用，如图4所示.导体ab向右运动，会产生由 流向 的

5、感应电流，在磁场中，通电导体ab要受到 的安培力作用.电磁感应现象中产生的电能是通过克服_做功转化而来的.克服_做了多少功，就有多少 产生，而这些 又通过电流做功而转化为其他形式的能.因此，电磁感应现象符合能量守恒定律.知识梳理知识梳理图4电源感应电流安培力ba向左安培力安培力电能电能即学即用即学即用如图5所示，匀强磁场方向竖直向下，磁感应强度为B.正方形金属框abcd可绕光滑轴OO转动，边长为L，总电阻为R，ab边质量为m，其他三边质量不计，现将abcd拉至水平位置，并由静止释放，经一定时间到达竖直位置，ab边的速度大小为v，则在金属框内产生的热量大小等于_.图5答案2题型探究一、电磁感应中

6、的电路问题电磁感应问题常与电路知识综合考查，解决此类问题的基本方法是：(1)明确哪部分电路或导体产生感应电动势，该电路或导体就相当于电源，其他部分是外电路.(2)画等效电路图，分清内、外电路.(3)用法拉第电磁感应定律E 或EBLv确定感应电动势的大小，用楞次定律或右手定则确定感应电流的方向.在等效电源内部，电流方向从负极指向正极.(4)运用闭合电路欧姆定律、串并联电路特点、电功率、电热等公式联立求解.例例1固定在匀强磁场中的正方形导线框abcd边长为L，其中ab是一段电阻为R的均匀电阻丝，其余三边均为电阻可以忽略的铜线.磁感应强度为B，方向垂直纸面向里.现有一段与ab段的材料、粗细、长度均相

7、同的电阻丝PQ架在导线框上(如图6所示).若PQ以恒定的速度v从ad滑向bc，当其滑过 的距离时，通过aP段的电流是多大？方向如何？图6答案解析PQ在磁场中做切割磁感线运动产生感应电动势，由于是闭合回路，故电路中有感应电流，可将电阻丝PQ视为有内阻的电源，电阻丝aP与bP并联，技巧点拨技巧点拨1.“电源”的确定方法：“切割”磁感线的导体(或磁通量发生变化的线圈)相当于“电源”，该部分导体(或线圈)的电阻相当于“内电阻”.2.电流的流向：在“电源”内部电流从负极流向正极，在“电源”外部电流从正极流向负极.针对训练针对训练1用均匀导线做成的正方形线框边长为0.2 m，正方形的一半放在垂直纸面向里的

8、匀强磁场中，如图7所示.当磁场以10 T/s的变化率增强时，线框上a、b两点间的电势差是A.Uab0.1 VB.Uab0.1 VC.Uab0.2 VD.Uab0.2 V图7答案解析穿过正方形线框左半部分的磁通量变化而产生感应电动势，从而在线框中产生感应电流，把左半部分线框看成电源，设其电动势为E，正方形线框的总电阻为r，则内电阻为 画出等效电路如图所示.则a、b两点间的电势差即为电源的路端电压，设l是边长，且依题意知由于a点电势低于b点电势，故Uab0.1 V，即B选项正确.二、电磁感应中的能量问题1.电磁感应中能量的转化电磁感应过程实质是不同形式的能量相互转化的过程，其能量转化方式为：2.求

9、解电磁感应现象中能量问题的一般思路(1)确定回路，分清电源和外电路.(2)分析清楚有哪些力做功，明确有哪些形式的能量发生了转化.如：有滑动摩擦力做功，必有内能产生；有重力做功，重力势能必然发生变化；克服安培力做功，必然有其他形式的能转化为电能，并且克服安培力做多少功，就产生多少电能；如果安培力做正功，就是电能转化为其他形式的能. (3)列有关能量的关系式.例例2如图8所示，足够长的平行光滑U形导轨倾斜放置，所在平面的倾角37，导轨间的距离L1.0 m，下端连接R1.6 的电阻，导轨电阻不计，所在空间存在垂直于导轨平面向上的匀强磁场，磁感应强度B1.0 T.质量m0.5 kg、电阻r0.4 的金

10、属棒ab垂直置于导轨上，现用沿导轨平面且垂直于金属棒、大小为F5.0 N的恒力使金属棒ab从静止开始沿导轨向上滑行，当金属棒滑行s2.8 m后速度保持不变.求：(sin 370.6，cos 370.8，g10 m/s2)(1)金属棒匀速运动时的速度大小v；答案解析图84 m/s金属棒匀速运动时产生的感应电流为由平衡条件有Fmgsin BIL代入数据解得v4 m/s.(2)金属棒从静止到刚开始匀速运动的过程中，电阻R上产生的热量QR.图8答案解析1.28 J设整个电路中产生的热量为Q，由能量守恒定律有 针对训练针对训练2水平放置的光滑平行导轨上放置一根长为L、质量为m的导体棒ab，ab处在磁感应

11、强度大小为B、方向如图9所示的匀强磁场中，导轨的一端接一阻值为R的电阻，导轨及导体棒电阻不计.现使ab在水平恒力F作用下由静止沿垂直于磁场的方向运动，当通过的位移为s时，ab达到最大速度vm.此时撤去外力，最后ab静止在导轨上.在ab运动的整个过程中，下列说法正确的是A.撤去外力后，ab做匀减速运动B.合力对ab做的功为FsC.R上释放的热量为FsD.R上释放的热量为Fs图9答案解析撤去外力后，导体棒水平方向只受安培力作用，而F安 F安随v的变化而变化，故导体棒做加速度变化的变速运动，A错；对整个过程由动能定理得W合Ek0，B错；由能量守恒定律知，恒力F做的功等于整个回路产生的电能，电能又转化

12、为R上释放的热量，即QFs，C错，D正确.达标检测31.如图10所示，由均匀导线制成的半径为R的圆环，以速度v匀速进入一磁感应强度大小为B的匀强磁场.当圆环运动到图示位置(aOb90)时，a、b两点的电势差为答案解析图10123412342.如图11所示，竖直平面内有一金属圆环，半径为a，总电阻为R(指拉直时两端的电阻)，磁感应强度为B的匀强磁场垂直穿过环平面，与环的最高点A用铰链连接长度为2a、电阻为 的导体棒AB，AB由水平位置紧贴环面摆下，当摆到竖直位置时，B点的线速度为v，则这时AB两端的电压大小为答案解析图111234摆到竖直位置时，AB切割磁感线的瞬时感应电动势12343.如图12所示，竖直放置的两根平行金属导轨之间接有定值电阻R，质量不能忽略的金属棒与两导轨始终保持垂直并良好接触且无摩擦，棒与导轨的电阻均不计，整个装置放在匀强磁场中，磁场方向与导轨平面垂直，棒在竖直向上的恒力F作用下加速上升的一段时间内，力F做的功与安培力做的功的代数和等于A.棒的机械能增加量B.棒的动能增加量C.棒的重力势能增加量D.电阻R上产生的热量答案解析图12棒加速上升时受到重力、拉力F及安培力.根据功能关系可知，力F与安培力做的功的代数和等于棒的机