高考物理第一轮复习课件：第4讲： 电磁感应现象的案例分析 （沪科版选修3-2）

欢迎进入物理课堂 1 知道反电动势的概念 会用电磁感应定律判定反电动势的方向 2 理解电磁感应现象中能量的转化 会解决有关能量的转化问题 重点 3 会用能量转化的观点来分析问题 难点 一 反电动势定义1 电动机转动时 线圈因切割磁感线 所以会产生 线圈中产生的感应电动势跟加在线圈上的电压方向 把这个跟外加电压方向相反的感应电动势叫做反电动势 感应电动势 相反 2 具有反电动势的电路中的功率关系IU IE反 I2R 是电源供给电动机的功率 输入功率 是电动机输出的机械功率 输出功率 是电动机回路中损失的热功率 IU IE反 I2R 想一想电动机由于机械故障停转时 为什么要立即切断电源 提示 如果电动机工作时由于机械阻力过大而停止转动 这时反电动势消失 电阻很小的线圈直接连在电源的两端 电流会很大 时间长了会把电动机烧坏 二 电磁感应现象中的功能关系在电磁感应现象中 克服 做功的过程就是将其他形式的能转化为电能的过程 克服 做了多少功 就有多少其他形式的能转化为电能 做正功的过程就是将电能转化为其他形式的能的过程 做了多少正功 就有多少电能转化为其他形式的能 安培力 安培力 安培力 安培力 学案导引1 反电动势的原理是什么 其作用是什么 2 反电动势的方向判断和电动势一样吗 1 反电动势的产生原理如图所示 当电动机通过如图所示电流时 线圈受安培力方向可由左手定则判定 转动方向如图所示 此时AB CD两边切割磁感线 必有感应电动势产生 感应电流方向可由右手定则来判定 与原电流方向相反 故这个电动势叫做反电动势 2 反电动势的作用反电动势会阻碍线圈的转动 如果线圈维持原来的转动 电源就要向电动机提供电能 此时电能转化为其他形式的能 如图所示 M为一线圈电阻r 0 4 的电动机 R 24 电源电动势E 40V 当开关S断开时 电流表的示数I1 1 6A 当开关S闭合时 电流表的示数I2 4 0A 求开关S闭合时电动机发热消耗的功率和电动机线圈的反电动势E反 审题指导 解此题应注意两点 1 电键断开和闭合时电路结构及满足的规律 2 利用功率关系UI IE I2R计算反电动势 答案 2 5W35V 规律方法 1 电动机问题涉及工作电压 电流和功率 特别是总功率 内阻发热功率 输出功率的关系 2 解题方法是从电动机的总功率入手 找出发热功率和输出功率 对应列方程求解 变式训练一台小型直流风扇的额定电压为22V 正常工作时的电流为0 8A 若电动机的线圈电阻为2 5 则这台电动机的反电动势为 电动机的输出功率为 解析 由U IR E知E U IR 22 0 8 2 5 V 20VP出 EI 20 0 8W 16W 答案 20V16W 学案导引1 电磁感应现象中如何实现电能的转化 2 处理能量问题的基本思路是什么 1 电磁感应中的能量转化 1 电磁感应现象的实质是其他形式的能和电能之间的转化 2 感应电流在磁场中受安培力 外力克服安培力做功 将其他形式的能转化为电能 电流做功再将电能转化为内能 3 电流做功产生的热量用焦耳定律计算 公式为Q I2Rt 2 电磁感应中求解电能的思路 1 利用克服安培力做功求解 电磁感应中产生的电能等于克服安培力所做的功 2 利用能量守恒求解 相应的其他能量的减少量等于产生的电能 3 利用电路特征求解 通过电路中所消耗的电能来计算 3 在电磁感应现象中应用能量守恒定律解题的一般思路 1 分析回路 分清电源和外电路 在电磁感应现象中 切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势 该导体或回路就相当于电源 其余部分相当于外电路 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 3 根据能量守恒列方程求解 如图所示 固定的水平光滑金属导轨 间距为L 左端接有阻值为R的电阻 处在方向竖直向下 磁感应强度为B的匀强磁场中 质量为m的导体棒与固定弹簧相连 放在导轨上 导轨与导体棒的电阻均可忽略 初始时刻 弹簧恰处于自然长度 导体棒具有水平向右的初速度v0 在沿导轨往复运动的过程中 导体棒始终与导轨垂直并保持良好的接触 1 求初始时刻导体棒受到的安培力 2 若导体棒从初始时刻到速度第一次为零时 弹簧的弹性势能为Ep 则这一过程中安培力所做的功W1和电阻R上产生的焦耳热Q1分别是多少 3 导体棒往复运动 最终将静止于何处 从导体棒开始运动直到最终静止的过程中 电阻R上产生的焦耳热Q为多少 规律方法 分析电磁感应中的能量问题时 搞清电路结构 分清各种形式能的转化是前提 借助闭合电路欧姆定律 能量守恒列式是关键 变式训练2 如图所示 电阻不计的光滑平行金属导轨MN和OQ水平放置 MO间接有阻值为R的电阻 导轨相距为L 其间有竖直向下的匀强磁场 质量为m 电阻为R0的导体棒CD垂直于导轨放置 并接触良好 用平行于MN向右的水平力拉动CD从静止开始运动 拉力的功率恒定为P 经过时间t导体棒CD达到最大速度v0 求 1 磁场磁感应强度B的大小 2 该过程中R电阻上所产生的电热 电磁感应中的力 电综合问题 经典案例 12分 2011 高考四川卷 如图所示 间距l 0 3m的平行金属导轨a1b1c1和a2b2c2分别固定在两个竖直面内 在水平面a1b1b2a2区域内和倾角 37 的斜面c1b1b2c2区域内分别有磁感应强度B1 0 4T 方向竖直向上和B2 1T 方向垂直于斜面向上的匀 强磁场 电阻R 0 3 质量m1 0 1kg 长为l的相同导体杆K S Q分别放置在导轨上 S杆的两端固定在b1 b2点 K Q杆可沿导轨无摩擦滑动且始终接触良好 一端系于K杆中点的轻绳平行于导轨绕过轻质滑轮自然下垂 绳上穿有质量m2 0 05kg的小环 已知小环以a 6m s2的加速度沿绳下滑 K杆保持静止 Q杆在垂直于杆且沿斜面向下的拉力F作用下匀速运动 不计导轨电阻和滑轮摩擦 绳不可伸长 取g 10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 求 1 小环所受摩擦力的大小 2 Q杆所受拉力的瞬间功率 思路点拨 1 对小环应用牛顿第二定律 求解摩擦力 2 从杆Q的平衡条件入手求解拉力F的大小 3 从杆K的平衡条件结合法拉第电磁感应定律的推论 以及欧姆定律 含并联电路特点 进行求解速度v 解题样板 1 以小环为研究对象 由牛顿第二定律m2g f m2a 2分 代入数据得f 0 2N 1分 2 设流过杆K的电流为I 由平衡条件得f B1Il 2分 对杆Q 根据并联电路特点以及平衡条件得B2 2Il F m1gsin 2分 答案 1 0 2N 2 2W 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全