高中物理 第1章 电磁感应 第5节 电磁感应规律的应用课件 粤教版选修3-2.ppt

第五节电磁感应规律的应用 1 如图所示 闭合开关S 将条形磁铁插入闭合线圈 第一次用0 2s 第二次用0 4s 并且两次的起始和终止位置相同 则 课前 自主学习 A 第一次磁通量变化较大B 第一次G的最大偏角较大C 第一次经过G的总电荷量较多D 若断开S G均不偏转 故均无感应电动势 答案 B 2 一根直导线长0 1m 在磁感应强度为0 1T的匀强磁场中以10m s的速度匀速运动 则导线中产生的感应电动势不可能的是 A 1VB 零C 0 1VD 0 01V 答案 A 解析 在垂直于磁感线的平面上运动 产生的感应电动势最大 为Emax Blv 0 1T 0 1m 10m s 0 1V 即感应电动势E Emax 则A不可能 一 法拉第电机 O 2 法拉第电机 在磁场中做 磁感线运动 产生感应电动势的导体相当于电源 运动导体 切割 如图所示是法拉第电机原理图 铜盘转起来之后相当于电源 圆心O和圆盘边缘谁是正极 答案 铜盘可以看成是由无数根导线组成 它运动时切磁感线 由右手定则可知圆心O是正极 二 电磁感应的应用1 如下图所示 导体棒ef沿着导轨面向右匀速运动 导轨电阻不计 相当于电源 是其正极 是负极 电源内部电流由 流向 和导轨构成外电路 外电路中电流由电源的 流向 导体棒 f e 负极 正极 电阻R 正极 负极 如果让你设计一个发电机 你设计的这个发电机至少应该由哪些部分组成 答案 设计发电机需要的部分有很多 最基本的组成部分有磁体提供的磁场 让线圈在磁场中运动以改变磁通量的大小从而产生感应电流 三 电磁感应中的反电动势与能量转化1 电磁感应中的能量 在由导体切割磁感线产生的电磁感应现象中 导体克服 做多少功 就有多少其他形式的能转化为电能 即电能是通过 转化得到的 2 反电动势 1 定义 直流电动机模型通电后 线圈因受 而转动 切割磁感线产生的感应电动势 2 方向 与外加电压的方向 3 决定因素 电动机线圈转动 反电动势越大 安培力 其他形式的能 安培力 相反 越快 1 用E BLv求解用E BLv求解感应电动势时 要求导体上各点的切割速度相同或能求其等效切割速度 课堂 优化整合 可设想 在前面图中有一个 柔软 形状可变 的回路在0时刻与棒叠在一起 当棒转动后 原有部分不动 而外端将把导线拉伸 且假设导体棒外端所到之处导线即贴在那里 则 t时间后拉开的电路形状如图中虚线和实线所示 例1 解析 圆盘转动时 相当于无数条相同的 并联的长度为圆盘半径R的导体棒在转动 只要求得一条导体棒转动的感应电动势 即为整个圆盘的电动势 如下图所示 设圆盘的半径为R 处于磁感应强度为B的匀强磁场中 磁场方向与圆盘平面垂直 其一条半径以角速度 匀速转动 答案 见解析 1 如图所示 金属棒ab长为L 以角速度 绕ab棒延长线上一点O逆时针转动 Oa间距为r 金属棒转动方向与磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直 磁场方向垂直纸面向里 则a b两点间电势差大小为 答案 D 1 确定所研究的回路 明确回路中相当于电源的部分和相当于外电路的部分 画出等效电路图 2 由楞次定律或右手定则判断感应电动势的方向 由法拉第电磁感应定律或导体切割磁感线公式写出感应电动势表达式 3 运用闭合电路欧姆定律 部分电路欧姆定律 串并联电路的电压 电流 电阻特点 电功率公式等进行计算求解 例2 题后反思这是电磁感应与电路结合的综合题 切割磁感线产生感应电动势的导体相当于电源 画出等效电路图应用欧姆定律就可求解 2 如图所示 在方向竖直向上的磁感应强度为B的匀强磁场中 有两条足够长的平行金属导轨 其电阻不计 间距为L 导轨平面与磁场方向垂直 ab cd为两根垂直导轨放置 电阻都为R 质量都为m的金属棒 棒cd与导轨间的最大静摩擦力为f且被能承受最大拉力为T0的水平细线拉住 棒ab与导轨间的摩擦不计 在水平拉力F的作用下以加速度a由静止开始向右做匀加速直线运动 求 1 电磁感应的本质 能量转化电磁感应的过程 实质上是一个能量转化与守恒的过程 可以说它是能量转化与守恒定律在电磁现象中的一个特例 通过克服安培力做功 将其他能量 非电能 转化为电能 克服安培力做多少功 就有多少其他能转化为相应量的电能 当产生的电流通过用电器后 同时将转化来的电能进一步转化成其他非电能 因此 电磁感应过程总伴随着能量转化 2 克服安培力做功与产生电能关系的特例论证如下图所示 矩形闭合金属线框abcd电阻为R 置于有界的匀强磁场B中 现在拉力F的作用下 以速度v匀速拉出磁场 设ad bc边的长度为L 则线框被匀速拉出的过程中 结论 在电磁感应现象中 克服安培力做多少功 就有多少电能产生 本例中 这些电能又通过电流做功使电阻发热转变成了内能 3 关于电磁感应的能量问题 要注意以下分析程序 1 准确应用电磁感应定律确定感应电动势的大小 准确应用楞次定律或右手定则 判定感应电动势的方向 2 画出等效电路 求解电路中各相关参量 3 研究导体机械能的变化 利用能量转化与守恒关系 列出机械运动功率变化与电路中电功率变化的守恒关系式 如下图所示 一对光滑的平行金属导轨固定在同一水平面内 导轨间距l 0 5m 左端接有阻值R 0 3 的电阻 一质量m 0 1kg 电阻r 0 1 的金属棒MN放置在导轨上 整个装置置于竖直向上的匀强磁场中 磁场的磁感应强度B 0 4T 棒在水平向右的外力作用下 由静止开始以a 2m s2的加速度做匀加速运动 当棒的位移x 9m时撤去外力 棒继续运动一段距离后停下来 已知撤去外力前后回路中产生的焦耳热之比Q1 Q2 2 1 导轨足够长且电阻不计 棒在运动过程中与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触 求 例3 1 棒在匀加速运动过程中 通过电阻R的电荷量q 2 撤去外力后回路中产生的焦耳热Q2 3 外力做的功WF 解析 1 设棒匀加速运动的时间为 t 回路的磁通量变化量为 回路中的平均感应电动势为 由法拉第电磁感应定律得 联立 式 代入数据得Q2 1 8J CD EF为两足够长的导轨 CE l 匀强磁场方向与导轨平面垂直 磁感应强度为B 导体CE连接一电阻R 导体ab质量为m 框架与导体电阻不计 如图所示 框架平面与水平面成 角 框架与导体ab间的动摩擦因数为 求 例4 1 导体ab下滑的最大速度 2 设ab从静止开始达到最大速度时下降的高度为h 利用能量观点求这一变速过程中共在R上产生的热量 解析 1 由能的转化和守恒定律知 当导体ab以最大速度vm匀速运动以后 导体ab下滑过程中 减少的重力势能 机械能 等于克服摩擦力所做的功和电阻R产生的热量 并设以最大速度运动的时间为t 则mgsin vmt mgcos vmt I2Rt 题后反思求最大速度问题 一般是从受力分析入手 由牛顿第二定律列式 再经过分析得出 当a 0时 速度最大 这种思路是解题的一种方法 本题也可以通过该方法求解 利用力学观点处理问题的方法往往繁琐 不如用能量观点处理方便 像本例题求最大速度问题 尽管达最大速度前运动为变速运动 感应电流 电动势 都在变化 但达最大速度之后 感应电流及安培力均恒定 计算热量可用Q I2Rt 这样 对不少题目通过抓住速度最大之后速度不变这一关键条件出发 运用能量观点处理 运算过程得以简捷 3 如图所示 足够长平行金属导轨倾斜放置 倾角为37 宽度为0 5m 电阻忽略不计 其上端接一小灯泡 电阻为1 一导体棒MN垂直于导轨旋转 质量为0 2kg 接入电路的电阻为1 两端与导轨接触良好 与导轨间的动摩擦因数为0 5 在导轨间存在着垂直于导轨平面的匀强磁场 磁感应强度为0 8T 将导体棒MN由静止释放 运动一段时间后 小灯泡稳定发光 此后导体棒MN的运动速度稳定 小灯泡稳定发光 此后导体MN的运动速度以及小灯泡消耗的电功率分别为 重力加速度g取10m s2 sin37 0 6 A 2 5m s1WB 5m s1WC 7 5m s9WD 15m s9W 答案 B 4 如图所示 bacd为静止于水平面上宽度为L 而长度足够长的U形金属滑轨 ac边接有电阻R 其他部分电阻不计 ef为一可在滑轨平面上滑动 质量为m的均匀导体棒 整个滑轨面处在竖直向上的匀强磁场中 磁感应强度为B 忽略所有摩擦 解析 1 解法一导体棒受到恒力F后的运动情况 可用如下式子表示 感生电动势和动生电动势的区别与联系 改改 如图所示 导轨OM和ON都在纸面内 导体AB可在导轨上无摩擦滑动 若AB以5m s的速度从O点开始沿导轨匀速右滑 导体与导轨都足够长 它们每米长度的电阻都是0 2 磁场的磁感应强度为0 2T 求 1 3s末夹在导轨间的导体长度是多少 此时导体切割磁感线产生的感应电动势多大 回路中的电流为多少 例5 2 3s内回路中的磁通量变化了多少 此过程中的平均感应电动势为多少 5 在如图所示的四种磁场情况中能产生恒定的感生电场的是 答案 C 解析 据麦克斯韦电磁理论 恒定的感生电场 必须由均匀变化的磁场产生 C对 ABCD