《高中物理第1章电磁感应与现代生活1.4电磁感应的案例分析课件沪科选修32》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理第1章电磁感应与现代生活1.4电磁感应的案例分析课件沪科选修32（37页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1.4电磁感应的案例分析第1章电磁感应与现代生活目标定位1.了解反电动势及其作用.2.掌握电磁感应中动力学问题的分析方法.3.掌握电磁感应中的能量转化与守恒问题，并能用来处理力电综合问题.内容索引知识探究新知探究点点落实达标检测当堂检测巩固反馈知识探究1.定义：电动机转动时，线圈因 ，所以会产生感应电动势，线圈中产生的感应电动势跟加在线圈上的电压方向 .这个跟外加电压方向 的感应电动势叫反电动势.2.在具有反电动势的电路中，其功率关系为 ；式中IU是电源供给电动机的功率(输入功率)，IE反是电动机输出的机械功率(输出功率)，I2R是电动机回路中损失的热功率.一、反电动势答案切割磁感线相反相反I
2、UIE反I2R1.电磁感应中产生的感应电流在磁场中将受到安培力作用，所以电磁感应问题往往与力学问题联系在一起，处理此类问题的基本方法是：(1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势的大小和方向.(2)求回路中的电流的大小和方向.(3)分析研究导体受力情况(包括安培力).(4)列动力学方程或平衡方程求解.二、电磁感应中的动力学问题2.两种状态处理(1)导体匀速直线运动，应根据平衡条件列式分析；(2)导体做匀速直线运动之前，往往做变加速直线运动，处于非平衡状态，应根据牛顿第二定律或结合功能关系分析.例例1如图1所示，空间存在B0.5 T、方向竖直向下的匀强磁场，MN、PQ是水平放置的平行长直导
3、轨，其间距L0.2 m，电阻R0.3 接在导轨一端，ab是跨接在导轨上质量m0.1 kg、接入电路的电阻r0.1 的导体棒，已知导体棒和导轨间的动摩擦因数为0.2.从零时刻开始，对ab棒施加一个大小为F0.45 N、方向水平向左的恒定拉力，使其从静止开始沿导轨滑动，过程中棒始终保持与导轨垂直且接触良好，求：(g10 m/s2)图1(1)导体棒所能达到的最大速度；答案解析答案答案10 m/s(2)试定性画出导体棒运动的速度时间图像.答案解析答案答案见解析图解析解析由(1)中分析可知，导体棒运动的速度时间图像如图所示.总结提升总结提升例例2如图2甲所示，两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置在倾
4、角为的绝缘斜面上，两导轨间距为L，M、P两点间接有阻值为R的电阻.一根质量为m的均匀直金属杆ab放在两导轨上，并与导轨垂直.整套装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于斜面向下.导轨和金属杆的电阻可忽略，让ab杆沿导轨由静止开始下滑，导轨和金属杆接触良好，不计它们之间的摩擦.(重力加速度为g)图2(1)由b向a方向看到的装置如图乙所示，请在此图中画出ab杆下滑过程中某时刻的受力示意图；答案解析解解析析如图所示，ab杆受：重力mg，竖直向下；支持力N，垂直于斜面向上；安培力F安，沿斜面向上.答案答案见解析图(2)在加速下滑过程中，当ab杆的速度为v时，求此时ab杆中的电流及其加速度的大
5、小；答案解析解析解析当ab杆速度为v时，感应电动势EBLv，此时根据牛顿第二定律，有(3)求在下滑过程中，ab杆可以达到的速度最大值.答案解析解析解析当a0时，ab杆有最大速度vm电磁感应中动力学问题的解题技巧：1.受力分析时，要把立体图转换为平面图，同时标明电流方向及磁场B的方向，以便准确地画出安培力的方向.2.要特别注意安培力的大小和方向都有可能变化.3.根据牛顿第二定律分析a的变化情况，以求出稳定状态的速度.4.列出稳定状态下的受力平衡方程往往是解题的突破口.总结提升总结提升1.电磁感应现象中的能量转化方式电磁感应现象中的能量转化方式(1)与感生电动势有关的电磁感应现象中，磁场能转化为电
6、能.(2)与动生电动势有关的电磁感应现象中，通过克服安培力做功，把机械能或其他形式的能转化为电能.克服安培力做多少功，就产生多少电能.2.求解电磁感应现象中能量守恒问题的一般思路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.(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；三、电磁感应中的能量问题克服安培力做功，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.例例3如图3所示，MN和PQ是电阻不计的平行金属导轨，其间距为L，导轨弯曲部分光滑，平
7、直部分粗糙，二者平滑连接.右端接一个阻值为R的定值电阻.平直部分导轨左边区域有宽度为d、方向竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场.质量为m、接入电路的电阻也为R的金属棒从高度为h处静止释放，到达磁场右边界处恰好停止.已知金属棒与平直部分导轨间的动摩擦因数为，金属棒与导轨间接触良好.则金属棒穿过磁场区域的过程中图3答案解析电磁感应中焦耳热的计算技巧：1.电流恒定时，根据焦耳定律求解，即QI2Rt.2.感应电流变化，可用以下方法分析：(1)利用动能定理，求出克服安培力做的功W安，产生的焦耳热等于克服安培力做的功，即QW安.(2)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.总结提升
8、总结提升例例4如图4所示，足够长的平行光滑U形导轨倾斜放置，所在平面的倾角37，导轨间的距离L1.0 m，下端连接R1.6 的电阻，导轨电阻不计，所在空间存在垂直于导轨平面向上的匀强磁场，磁感应强度B1.0 T.质量m0.5 kg、电阻r0.4 的金属棒ab垂直置于导轨上，现用沿导轨平面且垂直于金属棒、大小为F5.0 N的恒力使金属棒ab从静止开始沿导轨向上滑行，当金属棒滑行s2.8 m后速度保持不变.求：(sin 370.6，cos 370.8，g10 m/s2)(1)金属棒匀速运动时的速度大小v；图4答案解析答案答案4 m/s(2)金属棒从静止到刚开始匀速运动的过程中，电阻R上产生的热量Q
9、R.答案解析答案答案1.28 J解析解析设整个电路中产生的热量为Q，由能量守恒定律有达标检测1.(电电磁磁感感应应中中的的动动力力学学问问题题)如图5所示，匀强磁场存在于虚线框内，矩形线圈竖直下落.如果线圈中受到的磁场力总小于其重力，不计空气阻力，则它在1、2、3、4位置时的加速度关系为A.a1a2a3a4B.a1a2a3a4C.a1a3a2a4D.a1a3a2a4答案解析1234图52.(电电磁磁感感应应中中的的动动力力学学问问题题)(多选)如图6所示，MN和PQ是两根互相平行、竖直放置的光滑金属导轨，已知导轨足够长，且电阻不计.ab是一根与导轨垂直而且始终与导轨接触良好的金属杆.开始时，将
10、开关S断开，让杆ab由静止开始自由下落，过段时间后，再将S闭合，若从S闭合开始计时，且已知金属杆接入电路的电阻为R，则金属杆ab的速度v随时间t变化的图像可能是图中的答案图6解析12343.(电电磁磁感感应应中中的的能能量量问问题题)(多选)如图7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，在这一过程中答案1234图7解析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
11、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4.(电电磁磁感感应应中中的的动动力力学学问问题题)如图8所示，竖直平面内有足够长的平行金属导轨，轨距为0.2 m，金属导体ab可在导轨上无摩擦地上下滑动，ab的电阻为0.4 ，导轨电阻不计，导体ab的质量为0.2 g，垂直纸面向里的匀强磁场的磁感应强度为0.2 T，且磁场区域足够大，当导体ab自由下落0.4 s时，突然闭合开关S，则：(1)试说出S接通后，导体ab的运动情况；答案解析1234答案答案见解析图8(2)导体ab匀速下落的速度是多少？(g取10 m/s2)答案解析1234答案答案见解析解析解析设匀速下落的速度为vm，
