高中物理 第一章 电磁感应 第5节 电磁感应规律的应用课件 粤教版选修32

第五节电磁感应规律的应用知识点1 法拉第电机1法拉第发电机的原理图：如图 151 所示，在 OA 间接上负载，就可以进行正常工作图 1512电机工作时电动势的大小：_.注意：只适用于导体旋转的方向垂直于磁场方向，且 L 为有效长度3电势高低的判断方法：由楞次定律，电荷由 AO 聚集，OA 相当于电源，因此 O 点电势高知识点2 电磁感应中的能量转化1能量转化：电磁感应现象中，外力克服安培力做功转化成电能；电能通过电流做功，转化成其他形式的能2能量守恒：外力克服安培力做的功与产生的电能相等知识点3 导体在磁场中做旋转运动产生的感应电动势的计算1电动势计算式：在匀速转动时，电动势等于平均值，于2适用条件：只在匀强磁场中导体作切割磁感线运动时产生的电动势ENBS3可以利用公式_计算闭合线圈在磁场中绕某个轴旋转运动产生的感应电动势【例题】如图 152 所示，在磁感应强度为 B 的匀强磁场中，有半径为 r 的光滑半圆形导体框架，OC 为一能绕 O 在框架上滑动的导体棒，OC 之间连一个电阻 R，导体框架与导体电阻均不计，若要使 OC 能以角速度匀速转动，则外力做功的功率是()图 152AB22r4/RBB22r4/(2R)CB22r4/(4R)DB22r4/(8R)答案：C1如图 153 所示，ab 为一金属杆，它处在垂直于纸面向里的匀强磁场中，可绕 a 点在纸面内转动；S 为以 a 为圆心位于纸面内的金属圆环；在杆转动过程中，杆的 b 端与金属环保持良好接触；A 为电流表，其一端与金属环相连，一端与a点良好接触当杆沿顺时针方向转动时，某时刻 ab 杆的位置如图，则此时刻()图 153A有电流通过电流表，方向由 cd；作用于 ab 的安培力向右B有电流通过电流表，方向由 cd；作用于 ab 的安培力向左C有电流通过电流表，方向由 dc；作用于 ab 的安培力向右D无电流通过电流表，作用于 ab 的安培力为零解析：当导体杆ab 顺时针方向转动时，切割磁感线，由法拉第电磁感应定律知产生感应电动势，由右手定则可知将产生由a 到 b 的感应电流，安培表的d 端与 a 端相连，c 端与 b 端相连，则通过安培表的电流是由 c 到 d，而导体杆在磁场中会受到磁场力的作用，由左手定则可判断出磁场力的方向为水平向右，阻碍导体杆的运动，所以 A 正确答案:A知识点4 电路中各点电势高低的比较当导体作切割磁感线运动时会产生感应电动势，在导体内部各点的电势高低的判断，可以根据电源内部电流从低电势向高电势流动确定(1)利用法拉第电磁感应定律计算感应电动势；(2)利用闭合电路欧姆定律和电路的串并联知识计算电路中各部分的电压；(3)利用电势的有关知识判断电路中各点电势的高低【例题】如图 154 所示，有一夹角为的金属角架，角架所围区域内存在匀强磁场，磁场的磁感应强度为 B，方向与角架所在平面垂直，一段直导线 ab，从角顶 c 贴着角架以速度v 向右匀速运动，求：图 154(1)t 时刻角架的瞬时感应电动势(2)t 时间内角架的平均感应电动势是多少？解析：导线ab 从顶点c 向右匀速运动，切割磁感线的有效长度de 随时间变化，设经时间t，ab 运动到de 的位置，则decetan vttan (1)t 时刻的瞬时感应电动势为：EBLvBv2ttan (2)t 时间内平均感应电动势为：答案：见解析2如图 155 所示，有一匀强磁场 B1.0103T，在垂直磁场的平面内，有一金属棒 AO，绕平行于磁场的 O 轴顺时针转动，已知棒长 L0.20 m，角速度20 rad/s，求：(1)O、A 哪一点电势高？(2)棒产生的感应电动势有多大？答案：(1)A (2)E4104 V 图 155(1)正确使用电功率的公式_; 知识点5 利用电功率、电功及欧姆定律解答电路中有关能量问题利用电功率、电功、能量守恒定律可计算电磁感应现象中的能量问题(2)利用能量守恒定律正确处理电磁感应现象中的能量转化问题U2RI2RPIU【例题】如图 156 所示，在 B0.5 T 的匀强磁场中，垂直于磁场方向水平放置着两根相距为 h0.1 m 的平行金属导轨 MN 和 PQ，导轨的电阻不计，在两根导轨的端点 N、Q 之间连接一个 R0.3 的电阻导轨上跨放着一根长为 L0.2 m，每米长的电阻为 r0 2.0 的金属棒 ab，金属棒与导轨垂直放置，交点为 c、d，当金属棒以速度 v4.0 m/s 向左匀速运动时，试求：(1)电阻 R 中的电流大小(2)Ucd 和 Uab.图 156解析：(1)cd 段导线切割磁感线产生的感应电动势为0.120.5(0.20.1)4.00.32 V.答案：见解析3如图 157 甲所示，直角坐标系 Oxy 的 1、3 象限内有匀强磁场，第 1 象限内的磁感应强度大小为 2B，第 3 象限内的磁感应强度大小为 B，磁感应强度的方向均垂直于纸面向里现将半径为l，圆心角为 90的扇形导线框OPQ 以角速度绕O点在纸面内沿逆时针匀速转动，导线框回路电阻为 R.图 157(1)求导线框中感应电流最大值(2)在图乙中画出导线框匀速转动一周的时间内感应电流 I随时间 t 变化的图象(规定与图甲中线框的位置相对应的时刻为 t0)(3)求线框匀速转动一周产生的热量由闭合电路欧姆定律得，回路电流为I1E1R解：(1)线框从图甲位置开始(t0)进出第 1 象限的过程中，故感应电流最大值为Im联立以上各式解得I1Bl2R同理可求得线框进出第 3 象限的过程中，回路电流大小为I2Bl22RBl2R.(2)It 图象如图2 所示：图 2公式E题型1T的理解【例题】一电阻为 R 的金属圆环，放在匀强磁场中，磁场与圆环所在平面垂直，如图 158 甲所示已知通过圆环的磁通量随时间 t 的变化关系如图乙所示，图中的最大磁通量0和变化周期 T 都是已知量，求：(1)在 t0 到 tT/4 的时间内，通过金属圆环某横截面的电荷量 q.(2)在 t0 到 t2 T 的时间内，金属环所产生的电热 Q.图 158规律总结：可以利用磁通量与时间的关系通过求图线的斜率得到感应电动势，再利用电动势就能求出某段时间内的电量和金属环中产生的焦耳热.答案：见解析1如图 159 所示，半径为 r 的金属环，绕通过某直径的轴 OO以角速度转动，匀强磁场的磁感应强度为 B.从金属环的平面与磁场方向重合开始计时，则在转过 30的过程中，环中产生的感应电动势的平均值是多大？图 1592如图 1510 所示，固定在匀强磁场中的正方形导线框 abcd，各边长为 L，其中 ab 边是一段电阻为 R 的均匀电阻丝，其余三边均为电阻可忽略的铜导线，磁场的磁感应强度为 B 方向垂直纸面向里现有一与 ab 段的材料、粗细、长度都相同的电阻丝 PQ 架在导线框上，以恒定速度 v 从 ad 滑向 bc.当 PQ 滑过 L/3 的距离时，通过 aP 段电阻丝的电流强度是多大？方向如何？图 1510题型2公式ET的应用【例题】如图 1511 所示，质量为 m、边长为 L 的正方形线框，在有界匀强磁场上方 h 高处由静止开始自由下落，线框的总电阻为 R，磁感应强度为 B 的匀强磁场宽度为 2L.线框下落过程中，ab 边始终与磁场边界平行且处于水平方向已知 ab边刚穿出磁场时线框恰好做匀速运动，求：(1)cd 边刚进入磁场时的速度(2)线框穿过磁场的过程中产生的焦耳热图 1511答案：见解析3金属杆 ab 放在光滑的水平金属导轨上，与导轨组成闭合矩形回路，长L10.8 m，宽L20.5 m，回路的总电阻R0.2，回路处在竖直方向的匀强磁场中，金属杆用水平绳通过定滑轮连接质量 M0.04 kg 的木块，木块放在水平面上，如图 1512所示，磁场的磁感应强度从 B01 T开始随时间均匀增强，5 s 末木块将离开水平面，不计一切摩擦，g10 m/s2，求回路中的电流图 15124如图 1513 所示，光滑导体棒 bc 固定在竖直放置的足够长的平行金属导轨上，构成框架abcd，其中 bc 棒电阻为 R，其余电阻不计一不计电阻的导体棒 ef 水平放置在框架上，且始终保持良好接触，能无摩擦地滑动，质量为 m，长度为 L.整个装置处在磁感应强度为 B 的匀强磁场中，磁场方向垂直框面若用恒力 F 向上拉 ef，则当 ef 匀速上升时，速度多大？图 1513解：当杆向上运动时，杆ef 受力如图3 所示由牛顿第二定律知FmgF安ma，得到aFmgF安m大，F安变大，从而a 变小当v 达到某一值，则a0，此后杆ef 做匀速运动因此，杆ef 做加速度越来越小的加速运动，当a0 时最终匀速上升图3