（通用版）2018-2019版高中物理 第1章 電磁感應(yīng)與現(xiàn)代生活 1.4 電磁感應(yīng)的案例分析課件 滬科版選修3-2.ppt

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1、1.4電磁感應(yīng)的案例分析,第1章電磁感應(yīng)與現(xiàn)代生活,目標(biāo)定位 1.了解反電動勢及其作用. 2.掌握電磁感應(yīng)中動力學(xué)問題的分析方法. 3.掌握電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化與守恒問題，并能用來處理力電綜合問題.,內(nèi)容索引,,知識探究 新知探究 點(diǎn)點(diǎn)落實(shí),達(dá)標(biāo)檢測 當(dāng)堂檢測 鞏固反饋,知識探究,1.定義：電動機(jī)轉(zhuǎn)動時(shí)，線圈因 ，所以會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢跟加在線圈上的電壓方向 .這個(gè)跟外加電壓方向 的感應(yīng)電動勢叫反電動勢. 2.在具有反電動勢的電路中，其功率關(guān)系為 ；式中IU是電源供給電動機(jī)的功率(輸入功率)，IE反是電動機(jī)輸出的機(jī)械功率(輸出功率)，I2R是電動機(jī)回路中損失的熱

2、功率.,一、反電動勢,答案,切割磁感線,相反,相反,IUIE反I2R,1.電磁感應(yīng)中產(chǎn)生的感應(yīng)電流在磁場中將受到安培力作用，所以電磁感應(yīng)問題往往與力學(xué)問題聯(lián)系在一起，處理此類問題的基本方法是： (1)用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律求感應(yīng)電動勢的大小和方向. (2)求回路中的電流的大小和方向. (3)分析研究導(dǎo)體受力情況(包括安培力). (4)列動力學(xué)方程或平衡方程求解.,二、電磁感應(yīng)中的動力學(xué)問題,2.兩種狀態(tài)處理 (1)導(dǎo)體勻速直線運(yùn)動，應(yīng)根據(jù)平衡條件列式分析； (2)導(dǎo)體做勻速直線運(yùn)動之前，往往做變加速直線運(yùn)動，處于非平衡狀態(tài)，應(yīng)根據(jù)牛頓第二定律或結(jié)合功能關(guān)系分析.,例1如圖1所示，空間存

3、在B0.5 T、方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場，MN、PQ是水平放置的平行長直導(dǎo)軌，其間距L0.2 m，電阻R0.3 接在導(dǎo)軌一端，ab是跨接在導(dǎo)軌上質(zhì)量m0.1 kg、接入電路的電阻r0.1 的導(dǎo)體棒，已知導(dǎo)體棒和導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)為0.2.從零時(shí)刻開始，對ab棒施加一個(gè)大小為F0.45 N、方向水平向左的恒定拉力，使其從靜止開始沿導(dǎo)軌滑動，過程中棒始終保持與導(dǎo)軌垂直且接觸良好，求：(g10 m/s2),圖1,(1)導(dǎo)體棒所能達(dá)到的最大速度；,答案,解析,答案10 m/s,解析導(dǎo)體棒切割磁感線運(yùn)動，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢： EBLv ,導(dǎo)體棒受到的安培力F安BIL 導(dǎo)體棒運(yùn)動過程中受到拉力F、安培力F安和

4、摩擦力f的作用，根據(jù)牛頓第二定律： FmgF安ma ,由可知，隨著速度的增大，安培力增大，加速度a減小，當(dāng)加速度a減小到0時(shí)，速度達(dá)到最大.,(2)試定性畫出導(dǎo)體棒運(yùn)動的速度時(shí)間圖像.,答案,解析,答案見解析圖,解析由(1)中分析可知，導(dǎo)體棒運(yùn)動的速度時(shí)間圖像如圖所示.,,,例2如圖2甲所示，兩根足夠長的直金屬導(dǎo)軌MN、PQ平行放置在傾角為的絕緣斜面上，兩導(dǎo)軌間距為L，M、P兩點(diǎn)間接有阻值為R的電阻.一根質(zhì)量為m的均勻直金屬桿ab放在兩導(dǎo)軌上，并與導(dǎo)軌垂直.整套裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直于斜面向下.導(dǎo)軌和金屬桿的電阻可忽略，讓ab桿沿導(dǎo)軌由靜止開始下滑，導(dǎo)軌和金屬桿接觸良

5、好，不計(jì)它們之間的摩擦.(重力加速度為g),,圖2,,(1)由b向a方向看到的裝置如圖乙所示，請?jiān)诖藞D中畫出ab桿下滑過程中某時(shí)刻的受力示意圖；,答案,解析,,,解析如圖所示，ab桿受：重力mg，豎直向下；支持力N，垂直于斜面向上；安培力F安，沿斜面向上.,答案見解析圖,(2)在加速下滑過程中，當(dāng)ab桿的速度為v時(shí)，求此時(shí)ab桿中的電流及其加 速度的大小；,答案,解析,,解析當(dāng)ab桿速度為v時(shí)，感應(yīng)電動勢EBLv，此時(shí),根據(jù)牛頓第二定律，有,(3)求在下滑過程中，ab桿可以達(dá)到的速度最大值.,答案,解析,,,解析當(dāng)a0時(shí)，ab桿有最大速度vm,電磁感應(yīng)中動力學(xué)問題的解題技巧： 1.受力分析時(shí)，

6、要把立體圖轉(zhuǎn)換為平面圖，同時(shí)標(biāo)明電流方向及磁場B的方向，以便準(zhǔn)確地畫出安培力的方向. 2.要特別注意安培力的大小和方向都有可能變化. 3.根據(jù)牛頓第二定律分析a的變化情況，以求出穩(wěn)定狀態(tài)的速度. 4.列出穩(wěn)定狀態(tài)下的受力平衡方程往往是解題的突破口.,1.電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化方式 (1)與感生電動勢有關(guān)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，磁場能轉(zhuǎn)化為電能. (2)與動生電動勢有關(guān)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，通過克服安培力做功，把機(jī)械能或其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能.克服安培力做多少功，就產(chǎn)生多少電能. 2.求解電磁感應(yīng)現(xiàn)象中能量守恒問題的一般思路 (1)分析回路，分清電源和外電路. (2)分析清楚有哪些力做功，明確有哪些形式

7、的能量發(fā)生了轉(zhuǎn)化.如： 有摩擦力做功，必有內(nèi)能產(chǎn)生； 有重力做功，重力勢能必然發(fā)生變化；,三、電磁感應(yīng)中的能量問題,克服安培力做功，必然有其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，并且克服安培力做多少功，就產(chǎn)生多少電能； (3)列有關(guān)能量的關(guān)系式.,例3如圖3所示，MN和PQ是電阻不計(jì)的平行金屬導(dǎo)軌，其間距為L，導(dǎo)軌彎曲部分光滑，平直部分粗糙，二者平滑連接.右端接一個(gè)阻值為R的定值電阻.平直部分導(dǎo)軌左邊區(qū)域有寬度為d、方向豎直向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場.質(zhì)量為m、接入電路的電阻也為R的金屬棒從高度為h處靜止釋放，到達(dá)磁場右邊界處恰好停止.已知金屬棒與平直部分導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)為，金屬棒與導(dǎo)軌間接觸良好.

8、則金屬棒穿過磁場區(qū)域的過程中,,圖3,,,答案,解析,,,金屬棒在整個(gè)運(yùn)動過程中，由動能定理得：mghW安mgd00，克服安培力做功：W安mghmgd，故C錯(cuò)誤；,,,電磁感應(yīng)中焦耳熱的計(jì)算技巧： 1.電流恒定時(shí)，根據(jù)焦耳定律求解，即QI2Rt. 2.感應(yīng)電流變化，可用以下方法分析： (1)利用動能定理，求出克服安培力做的功W安，產(chǎn)生的焦耳熱等于克服安培力做的功，即QW安. (2)利用能量守恒，即感應(yīng)電流產(chǎn)生的焦耳熱等于其他形式能量的減少.,例4如圖4所示，足夠長的平行光滑U形導(dǎo)軌傾斜放置，所在平面的傾角37，導(dǎo)軌間的距離L1.0 m，下端連接R1.6 的電阻，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，所在空間存在垂直于

9、導(dǎo)軌平面向上的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度B1.0 T.質(zhì)量m0.5 kg、電阻r0.4 的金屬棒ab垂直 置于導(dǎo)軌上，現(xiàn)用沿導(dǎo)軌平面且垂直于金屬棒、大 小為F5.0 N的恒力使金屬棒ab從靜止開始沿導(dǎo)軌 向上滑行，當(dāng)金屬棒滑行s2.8 m后速度保持不變. 求：(sin 370.6，cos 370.8，g10 m/s2) (1)金屬棒勻速運(yùn)動時(shí)的速度大小v；,,圖4,,答案,解析,答案4 m/s,,,由平衡條件有Fmgsin BIL 代入數(shù)據(jù)解得v4 m/s.,(2)金屬棒從靜止到剛開始勻速運(yùn)動的過程中，電阻R上產(chǎn)生的熱量QR.,,,答案,解析,答案1.28 J,解析設(shè)整個(gè)電路中產(chǎn)生的熱量為Q，由能量

10、守恒定律有,達(dá)標(biāo)檢測,1.(電磁感應(yīng)中的動力學(xué)問題)如圖5所示，勻強(qiáng)磁場存在于虛線框內(nèi)，矩形線圈豎直下落.如果線圈中受到的磁場力總小于其重力，不計(jì)空氣阻力，則它在1、2、3、4位置時(shí)的加速度關(guān)系為 A.a1a2a3a4B.a1a2a3a4 C.a1a3a2a4D.a1a3a2a4,答案,,解析,1,2,3,4,圖5,解析線圈自由下落時(shí)，加速度為a1g.線圈完全在磁場中時(shí)，磁通量不變，不產(chǎn)生感應(yīng)電流，線圈不受安培力作用，只受重力，加速度為a3g.線圈進(jìn)入和穿出磁場過程中，切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流，將受到向上的安培力，根據(jù)牛頓第二定律得知，a2g，a4g.線圈完全在磁場中時(shí)做勻加速運(yùn)動，到達(dá)4處時(shí)的

11、速度大于2處的速度，則線圈在4處所受的安培力大于在2處所受的安培力，又知，磁場力總小于重力，則a2a4，故a1a3a2a4.所以本題選C.,1,2,3,4,2.(電磁感應(yīng)中的動力學(xué)問題)(多選)如圖6所示，MN和PQ是兩根互相平行、豎直放置的光滑金屬導(dǎo)軌，已知導(dǎo)軌足夠長，且電阻不計(jì).ab是一根與導(dǎo)軌垂直而且始終與導(dǎo)軌接觸良好的金屬桿.開始時(shí)，將開關(guān)S斷開，讓桿ab由靜止開始自由下落，過段時(shí)間后，再將S閉合，若從S閉合開始計(jì)時(shí)，且已知金屬桿接入電路的電阻為R，則金屬桿ab的速度v隨時(shí)間t變化的圖像可能是圖中的,答案,圖6,解析,1,2,3,4,,,,,1,2,3,4,3.(電磁感應(yīng)中的能量問題)

12、(多選)如圖7所示，兩根光滑的金屬導(dǎo)軌，平行放置在傾角為的斜面上，導(dǎo)軌的左端接有電阻R，導(dǎo)軌自身的電阻可忽略不計(jì).斜面處在一勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直于斜面向上.質(zhì)量為m、電阻可以忽略不計(jì)的金屬棒ab，在沿著斜面與棒垂直的恒力F作用下沿導(dǎo)軌勻速上滑，且上升的高度為h，在這一過程中,答案,1,2,3,4,圖7,解析,A.作用于金屬棒上的各個(gè)力的合力所做的功等于零 B.作用于金屬棒上的各個(gè)力的合力所做的功等于mgh與電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱之和 C.恒力F與安培力的合力所做的功等于零 D.恒力F與重力的合力所做的功等于電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱,,,解析金屬棒勻速上滑的過程中，對金屬棒受力分析可知，有三個(gè)力對

13、金屬棒做功，恒力F做正功，重力做負(fù)功，安培力阻礙相對運(yùn)動，沿斜面向下，做負(fù)功.勻速運(yùn)動時(shí)，所受合力為零，故合力做功為零，A正確； 克服安培力做多少功就有多少其他形式的能轉(zhuǎn)化為電路中的電能，電能又等于R上產(chǎn)生的焦耳熱，故恒力F與重力的合力所做的功等于電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱，D正確.,1,2,3,4,4.(電磁感應(yīng)中的動力學(xué)問題)如圖8所示，豎直平面內(nèi)有足夠長的平行金屬導(dǎo)軌，軌距為0.2 m，金屬導(dǎo)體ab可在導(dǎo)軌上無摩擦地上下滑動，ab的電阻為0.4 ，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，導(dǎo)體ab的質(zhì)量為0.2 g，垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.2 T，且磁場區(qū)域足夠大，當(dāng)導(dǎo)體ab自由下落0.4 s時(shí)，突然閉合開關(guān)S，則： (1)試說出S接通后，導(dǎo)體ab的運(yùn)動情況；,答案,解析,1,2,3,4,答案見解析,圖8,解析閉合S之前導(dǎo)體ab自由下落的末速度為：v0gt4 m/s. S閉合瞬間，導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，ab立即受到一個(gè)豎直向上的安培力.,此時(shí)導(dǎo)體ab受到的合力的方向豎直向上，與初速度方向相反，加速度的表達(dá)式為,1,2,3,4,(2)導(dǎo)體ab勻速下落的速度是多少？(g取10 m/s2),答案,解析,1,2,3,4,答案見解析,解析設(shè)勻速下落的速度為vm，,