新学年高中物理第一章电磁感应规律的应用课件粤教版选修.ppt

*,*,第一章,电磁感应,目标定位,1.,知道法拉第电机的原理,.,2.,掌握转动切割磁感线产生感应电动势的计算,.,3.,掌握电磁感应中电路问题的分析方法和解题基本思路,.,4.,理解电磁感应中的能量转化，并会应用能量观点分析电磁感应问题,学案,6,电磁感应规律的应用,知识探究,自我检测,知识探究,一、法拉第电机,问题设计,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,.,答案,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,.,2.,法拉第圆盘发电机的工作原理可以等效为一根导体棒在磁场中转动，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？,答案,ab,导体棒相当于电源，,a,是电源正极，,b,是电源负极，,电源内部电流由负极流向正极,.,图,1,要点提炼,r,中点,二、电磁感应中的能量转化,问题设计,如图,2,所示，,ab,在拉力,F,的作用下以速度,v,匀速向右运动，已知导体棒,ab,的长度为,L,，磁感应强度为,B,，电路中的总电阻为,R,.,ab,中的电流是多少？,ab,所受的安,培力为多大？当导体棒匀速向右运动,s,距离时，拉力,F,做功和棒克服安培力,做功分别是多少？,图,2,答案,电路的感应电动势,E,BL,v,要点提炼,1.,电磁感应现象中产生的电能是克服,做功转化而来的，克服安培力做多少功，就产生多少,，电磁感应过程遵循,定律,.,2.,求解电磁感应现象中能量守恒问题的一般思路,(1),分析回路，分清电源和外电路,.,安培力,电能,能量守恒,(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；,(3),列有关能量的关系式,.,3.,焦耳热的计算技巧,(1),感应电路中电流恒定时，焦耳热,Q,I,2,Rt,.,(2),感应电路中电流变化时，可用以下方法分析：,利用动能定理先求克服安培力做的功，而产生的焦耳热等于克服安培力做的功，即,Q,W,安,.,利用能量守恒，即感应电流产生的焦耳热等于其他形式能量的减少量，即,Q,E,其他,.,三、电磁感应中的电路问题,问题设计,在图,2,中，,ab,的电阻为,r,，导轨电阻不计,.,当,ab,在外力作用下向右以速度,v,匀速运动时，,ab,两端的电压为多大？哪端电势高？,答案,ab,产生感应电动势，等效成电源，由右手定则可知，感应电流的方向从,b,指向,a,，在电源内部电动势方向从负极指向正极，即,a,端电势高,.,电源电动势为,BL,v,，由闭合电路欧姆定律可得,ab,两端的电压为,BL,v,.,要点提炼,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,.,若回路闭合，则产生感应电流，所以电磁感应问题常与电路知识综合考查,.,解决与电路相联系的电磁感应问题的基本方法：,1.,明确哪部分导体或电路产生感应电动势，该导体或电路就是电源，其他部分是外电路,.,2.,画等效电路图,.,分清内、外电路，画出等效电路图是解决此类问题的关键,.,3.,感应电动势的大小由法拉第电磁感应定律,E,BL,v,或,E,n,确定，感应电动势的方向由楞次定律或右手定则确定，在等效电源内部从负极指向正极,.,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,.,典例精析,一、转动切割产生感应电动势的计算,例,1,长为,L,的金属棒,ab,以,a,点为轴在垂直于匀强磁场的平面内以角速度,做匀速转动，如图,3,所示，磁感应强度为,B,.,求：,(1),ab,棒各点速率的平均值,.,图,3,(2),ab,两端的电势差,.,(3),经时间,t,金属棒,ab,所扫过面积中磁通量为多少？此过程中平均感应电动势多大？,解析,经时间,t,金属棒,ab,所扫过的扇形面积为,S,，则：,由法拉第电磁感应定律得：,例,2,如图,4,所示，足够长的光滑金属框竖直放置，框宽,L,0.5 m,，框的电阻不计，匀强磁场的磁感应强度,B,1 T,，方向与框面垂直，金属棒,MN,的质量为,100 g,，有效电阻为,1,，现将,MN,无初速度释放并与框保持接触良好地竖直下落，从,释放到达到最大速度的过程中通过棒某一截面的电,荷量为,2 C,，求此过程回路中产生的电能为多少？,(,空气阻力不计，,g,10 m/s,2,),图,4,二、电磁感应中的能量问题,解析,金属棒下落过程做加速度逐渐减小的加速运动，加速度减小到零时速度达到最大，根据平衡条件得,强磁场充满转动平面且与转动平面垂直，那么,恒力F与重力的合力所做的功等于电阻R上产生的焦耳热,解析金属棒下落过程做加速度逐渐减小的加速运动，加速度减小到零时速度达到最大，根据平衡条件得,s距离时，拉力F做功和棒克服安培力,在图2中，ab的电阻为r，导轨电阻不计.,一金属棒MN与圆环接触良好，棒与圆环的电阻均忽略不计.,AB两端的电势差为(),由法拉第电磁感应定律得：,(3)经时间t金属棒ab所扫过面积中磁通量为多少？此过程中平均感应电动势多大？,电磁感应现象中产生的电能是克服 做功转化而来的，克服安培力做多少功，就产生多少，电磁感应过程遵循定律.,(1)若棒以v05 m/s的速率在环上向右匀,(1)若棒以v05 m/s的速率在环上向右匀,ab中的电流是多少？ab所受的安,电阻可以忽略不计的金属棒ab，在沿着斜,答案ab产生感应电动势，等效成电源，由右手定则可知，感应电流的方向从b指向a，在电源内部电动势方向从负极指向正极，即a端电势高.,答案,3.2 J,三、电磁感应中的电路问题,例,3,用相同导线绕制的边长为,L,或,2,L,的四个闭合导线框，以相同的速度匀速进入右侧匀强磁场，如图,5,所示,.,在每个线框进入磁场的过程中，,M,、,N,两点间的电压分,别为,U,a,、,U,b,、,U,c,和,U,d,.,下列判断正确的,是,(,),A.,U,a,U,b,U,c,U,d,B.,U,a,U,b,U,d,U,c,C.,U,a,U,b,U,c,U,d,D.,U,b,U,a,U,d,U,c,图,5,答案,B,s距离时，拉力F做功和棒克服安培力,电阻可以忽略不计的金属棒ab，在沿着斜,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.,匀速运动时，所受合力为零，故合力做功为零，A正确；,利用能量守恒，即感应电流产生的焦耳热等于其他形式能量的减少量，即QE其他.,(电磁感应中的电路问题)粗细均匀的电阻丝围成的正方形线框置于有界匀强磁场中，磁场方向垂直于线框平面，其边界与正方形线框的边平行.,恒力F与重力的合力所做的功等于电阻R上产生的焦耳热,解析金属棒匀速上滑的过程中，对金属棒受力分析可知，有三个力对金属棒做功，恒力F做正功，重力做负功，安培力阻碍相对运动，沿斜面向下，做负功.,知道法拉第电机的原理.,滑，且上升的高度为h，在这一过程中(),解决与电路相联系的电磁感应问题的基本方法：,培力为多大？当导体棒匀速向右运动,电阻可以忽略不计的金属棒ab，在沿着斜,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.,2 T，磁场方向垂直纸面向里.,作用于金属棒上的各个力的合力所做的功等于mgh与电阻R上产生的焦耳热之和,s距离时，拉力F做功和棒克服安培力,ab中的电流是多少？ab所受的安,例,4,如图,6,所示，有一范围足够大的匀强磁场，磁感应强度,B,0.2 T,，磁场方向垂直纸面向里,.,在磁场中有一半径,r,0.4 m,的金属圆环，磁场与圆环面垂直，圆环上分别接有灯,L,1,、,L,2,，两灯的电阻均为,R,0,2.,一金属棒,MN,与圆环接触良好，棒与圆环的电阻均忽略不计,.,(1),若棒以,v,0,5 m/s,的速率在环上向右匀,速滑动，求棒滑过圆环直径的瞬时,MN,中,的电动势和流过灯,L,1,的电流；,图,6,解析,等效电路如图所示,.,MN,中的电动势,E,1,B,2,r,v,0,0.8 V,答案,0.8 V,0.4 A,解析,等效电路如图所示,灯,L,1,的电功率,P,1,I,2,R,0,10,2,W,答案,0.64 V,10,2,W,课堂要点小结,电磁感应,规律的应用,自我检测,1,2,3,1.(,转动切割产生感应电动势的计算,),如图,7,所示，导体棒,AB,的长为,2,R,，绕,O,点以角速度,匀速转动，,OB,长为,R,，且,O,、,B,、,A,三点在一条直线上，有一磁感应强度为,B,的匀,强磁场充满转动平面且与转动平面垂直，那么,AB,两端的电势差为,(,),A.,BR,2,BR,2,BR,2,BR,2,图,7,1,2,3,答案,C,2.(,电磁感应中的能量问题,),如图,8,所示，两根光滑的金属导轨，平行放置在倾角为,的斜面上，导轨的左端接有电阻,R,，导轨自身的电阻可忽略不计,.,斜面处在一匀强磁场,中，磁场方向垂直于斜面向上,.,质量为,m,、,电阻可以忽略不计的金属棒,ab,，在沿着斜,面且与棒垂直的恒力,F,作用下沿导轨匀速上,滑，且上升的高度为,h,，在这一过程中,(,),1,2,3,图,5,图,8,A.,作用于金属棒上的各个力的合力所做的功等于零,B.,作用于金属棒上的各个力的合力所做的功等于,mgh,与电阻,R,上产生的焦耳热之和,C.,恒力,F,与安培力的合力所做的功等于零,D.,恒力,F,与重力的合力所做的功等于电阻,R,上产生的焦耳热,解析,金属棒匀速上滑的过程中，对金属棒受力分析可知，有三个力对金属棒做功，恒力,F,做正功，重力做负功，安培力阻碍相对运动，沿斜面向下，做负功,.,1,2,3,匀速运动时，所受合力为零，故合力做功为零，,A,正确；,克服安培力做多少功就有多少其他形式的能转化为电路中的电能，电能又等于,R,上产生的焦耳热，故外力,F,与重力的合力所做的功等于电阻,R,上产生的焦耳热，,D,正确,.,答案,AD,1,2,3,3.(,电磁感应中的电路问题,),粗细均匀的电阻丝围成的正方形线框置于有界匀强磁场中，磁场方向垂直于线框平面，其边界与正方形线框的边平行,.,现使线框以同样大小的速度沿四个不同方向平移出磁场，如图所示，则在移出过程中线框一边,a,、,b,两点间的电势差绝对值最大的是,(,),1,2,3,1,2,3,答案,B,