物理 第1章 電磁感應與現(xiàn)代社會 學案10 章末總結同步備課 滬科版選修3-2

10 章末總結第1章電磁感應與現(xiàn)代生活內(nèi)容索引網(wǎng)絡構建題型探究達標檢測網(wǎng)絡構建1電磁感應電磁感應現(xiàn)象產(chǎn)生感應電流的條件：電路 且 變化能量轉(zhuǎn)化：其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能或電能的轉(zhuǎn)移楞 次 定律(感應電 流 的方向內(nèi)容：感應電流具有這樣的方向，即感應電流的磁場總 要 引起感應電流的磁通量的變化感應電流總要阻礙 的變化感應電流總要阻礙 的相對運動理解首先明確原磁場的 和磁通量的 ，確定感 應電流的磁場方向再用 確定感應電流方向應用步驟右手定則：適合判定 產(chǎn)生的感應電流的方向方向磁通量閉合增減導體和磁場磁通量導體切割磁感線安培定則阻礙電磁感應法拉第電磁感應定律(感應電動勢的大小)感應電動勢定義：在電磁感應現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢產(chǎn)生的條件： 發(fā)生變化磁通量的變化率：單位時間內(nèi)磁通量的變化法拉第電磁感應定律E _，適合求E的平均值切割公式E ，適合求E的瞬時值條件：B、L、v三者互相垂直BLv磁通量nt電磁感應自感現(xiàn)象及其應用(特殊的電磁感應現(xiàn)象)自感現(xiàn)象定義： 發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應現(xiàn)象自感電動勢：總是阻礙 的變化自感系數(shù)L：與線圈的大小、形狀、圈數(shù)，以及是 否有鐵心等因素有關日光燈的原理渦流定義：塊狀金屬在變化的磁場中產(chǎn)生的環(huán)形 感應電流電磁灶電磁驅(qū)動、電磁阻尼應用自身電流自身電流2題型探究一、對楞次定律的理解與應用楞次定律反映這樣一個物理過程：原磁通量變化時(原變)，產(chǎn)生感應電流(I感)，這是屬于電磁感應的條件問題；感應電流一經(jīng)產(chǎn)生就在其周圍空間激發(fā)磁場(感)，這就是電流的磁效應問題；而且I感的方向決定了感的方向(用右手螺旋定則判定)；感阻礙原的變化這正是楞次定律所解決的問題.這樣一個復雜的過程，可以用圖表理順如下：1.感應電流的磁場不一定與原磁場方向相反，只有在磁通量增大時兩者才相反，而在磁通量減小時兩者是同向的.2.“阻礙”并不是“阻止”，而是“延緩”，電路中的磁通量還是在變化，只不過變化得慢了.3.楞次定律的阻礙的表現(xiàn)有這幾種形式：增反減同、增縮減擴、增離減靠、來拒去留.例例1圓形導體線圈a平放在水平桌面上，在a的正上方固定一豎直螺線管b，二者軸線重合，螺線管與電源和滑動變阻器連接成如圖1所示的電路.若將滑動變阻器的滑片P向下滑動，下列表述正確的是A.線圈a中將產(chǎn)生俯視順時針方向的感應電流B.穿過線圈a的磁通量變小C.線圈a有擴張的趨勢D.線圈a對水平桌面的壓力N將增大答案解析圖1通過螺線管b的電流如圖所示，根據(jù)右手螺旋定則判斷出螺線管b所產(chǎn)生的磁場方向豎直向下，滑片P向下滑動，接入電路的電阻減小，電流增大，所產(chǎn)生的磁場的磁感應強度增大，根據(jù)楞次定律可知，a線圈中所產(chǎn)生的感應電流產(chǎn)生的感應磁場方向豎直向上，再由右手螺旋定則可得線圈a中的電流方向為俯視逆時針方向，A錯誤；由于螺線管b中的電流增大，所產(chǎn)生的磁感應強度增大，線圈a中的磁通量應變大，B錯誤；根據(jù)楞次定律可知，線圈a有縮小的趨勢，線圈a對水平桌面的壓力增大，C錯誤，D正確.二、電磁感應中的圖像問題1.圖像問題有兩種：一是給出電磁感應過程，選出或畫出正確圖像；二是由給定的有關圖像分析電磁感應過程，求解相應的物理量.2.基本思路是：(1)利用法拉第電磁感應定律計算感應電動勢大小.(2)利用楞次定律或右手定則判定感應電流的方向.例例2如圖2所示，三條平行虛線位于紙面內(nèi)，中間虛線兩側有方向垂直于紙面的勻強磁場，磁感應強度等大反向.菱形閉合導線框ABCD位于紙面內(nèi)且對角線AC與虛線垂直，磁場寬度與對角線AC長均為d，現(xiàn)使線框沿AC方向勻速穿過磁場，以逆時針方向為感應電流的正方向，則從C點進入磁場到A點離開磁場的過程中，線框中電流i隨時間t的變化關系可能是圖2 答案解析導線框ABCD在進入左邊磁場時，由楞次定律和安培定則可以判斷出感應電流的方向應為正方向，選項B、C不可能；當導線框ABCD一部分在左磁場區(qū)，另一部分在右磁場區(qū)時，回路中的最大電流要加倍，方向與剛進入時的方向相反，選項D可能，選項A不可能.三、電磁感應中的電路問題1.首先要找到哪一部分導體相當于電源，分清內(nèi)、外電路.處于磁通量變化的磁場中的線圈或切割磁感線的導體相當于電源，該部分導體的電阻相當于內(nèi)電阻，而其余部分的電路則是外電路.2.路端電壓、感應電動勢和某段導體兩端的電壓三者的區(qū)別：(1)某段導體作為電阻時，它兩端的電壓等于電流與其電阻的乘積；(2)某段導體作為電源時，它兩端的電壓就是路端電壓，等于電流與外電阻的乘積，或等于電動勢減去內(nèi)電壓.(3)某段導體作為電源時，電路斷路時導體兩端的電壓等于感應電動勢.例例3如圖3所示，光滑金屬導軌PN與QM相距1 m，電阻不計，兩端分別接有電阻R1和R2，且R16 ，R23 ，ab導體棒的電阻為2 .垂直穿過導軌平面的勻強磁場的磁感應強度為1 T.現(xiàn)使ab以恒定速度v3 m/s勻速向右移動，求：(1)導體棒上產(chǎn)生的感應電動勢 E.圖3答案解析3 Vab棒勻速切割磁感線，產(chǎn)生的電動勢為：EBlv3 V(2)R1與R2消耗的電功率分別為多少？圖3答案解析UEIr1.5 V(3)拉ab棒的水平向右的外力F為多大？圖3答案解析例例4(多選)如圖4所示，相距為L的兩條足夠長的光滑平行金屬導軌與水平面的夾角為，上端接有定值電阻R，勻強磁場垂直于導軌平面，磁感應強度為B.將質(zhì)量為m的導體棒由靜止釋放，當速度達到v時開始勻速運動，此時對導體棒施加一平行于導軌向下的拉力，并保持拉力的功率恒為P，導體棒最終以2v的速度勻速運動.導體棒始終與導軌垂直且接觸良好，不計導軌和導體棒的電阻，重力加速度為g.下列選項正確的是圖4四、電磁感應中的動力學問題圖4A.P2mgvsin B.P3mgvsin C.當導體棒速度達到 時加速度大小為 sin D.在導體棒速度達到2v以后勻速運動的過 程中，R上產(chǎn)生的焦耳熱等于拉力所做的功答案解析圖4當導體棒的速度達到v時，對導體棒進行受力分析如圖甲所示.甲當導體棒的速度達到2v時，對導體棒進行受力分析如圖乙所示.乙由可得Fmgsin 功率PF2v2mgvsin ，故A正確.丙當導體棒的速度達到2v時，安培力等于拉力和mgsin 之和，所以以后勻速運動的過程中，R上產(chǎn)生的焦耳熱等于拉力和重力做功之和，故D錯誤.1.能量觀點分析(1)電磁感應現(xiàn)象中產(chǎn)生感應電流的過程，實質(zhì)上是能量的轉(zhuǎn)化過程.(2)電磁感應過程中產(chǎn)生的感應電流在磁場中必定受到安培力的作用，因此，要維持感應電流的存在，必須有“外力”克服安培力做功.此過程中，其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能.“外力”克服安培力做了多少功，就有多少其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能.五、電磁感應中的能量問題2.求解思路(1)若回路中電流恒定，可以利用電路結構及WUIt或QI2Rt直接進行計算.(2)若電流變化，則：利用克服安培力做的功求解：電磁感應中產(chǎn)生的電能等于克服安培力所做的功；利用能量守恒求解：若只有電能與機械能的轉(zhuǎn)化，則機械能的減少量等于產(chǎn)生的電能.例例5如圖5所示，一對光滑的平行金屬導軌固定在同一水平面內(nèi)，導軌間距l(xiāng)0.5 m，左端接有阻值R0.3 的電阻.一質(zhì)量m0.1 kg、電阻r0.1 的金屬棒MN放置在導軌上，整個裝置置于豎直向上的勻強磁場中，磁場的磁感應強度B0.4 T.金屬棒在水平向右的外力作用下，由靜止開始以a2 m/s2的加速度做勻加速運動，當金屬棒的位移x9 m時撤去外力，金屬棒繼續(xù)運動一段距離后停下來，已知撤去外力前、后回路中產(chǎn)生的焦耳熱之比Q1Q221.導軌足夠長且電阻不計，金屬棒在運動過程中始終與導軌垂直且兩端與導軌保持良好接觸.求：圖5(1)金屬棒在勻加速運動過程中，通過電阻R的電荷量q；圖5答案解析4.5 C代入數(shù)據(jù)得q4.5 C(2)撤去外力后回路中產(chǎn)生的焦耳熱Q2；圖5答案解析1.8 J設撤去外力時金屬棒的速度為v，對于金屬棒的勻加速運動過程，由運動學公式得v22ax 設金屬棒在撤去外力后的運動過程中安培力所做的功為W，由動能定理得撤去外力后回路中產(chǎn)生的焦耳熱Q2W 聯(lián)立式，代入數(shù)據(jù)得Q21.8 J (3)外力做的功WF.圖5答案解析5.4 J由題意知，撤去外力前、后回路中產(chǎn)生的焦耳熱之比Q1Q221，可得Q13.6 J 在金屬棒運動的整個過程中，外力F克服安培力做功，由功能關系可知WFQ1Q2 由式得WF5.4 J.達標檢測31.(楞次定律的理解與應用)如圖6所示，豎直放置的螺線管與導線abcd構成回路，導線所在區(qū)域內(nèi)有一垂直紙面向里變化的勻強磁場，螺線管下方水平桌面上有一導體圓環(huán)，導線abcd所圍區(qū)域內(nèi)磁場的磁感應強度按下列哪一圖線所表示的方式隨時間變化時，導體圓環(huán)將受到向上的磁場力作用1234圖6答案解析123412342.(電磁感應中的電路問題)如圖7所示，由均勻?qū)Ь€制成的半徑為R的圓環(huán)，以速度v勻速進入一磁感應強度為B的有界勻強磁場，邊界如圖中虛線所示.當圓環(huán)運動到圖示位置(aOb90)時，a、b兩點的電勢差為答案圖712343.(電磁感應中的能量問題)(多選)如圖8所示，一粗糙的平行金屬軌道與水平面成角，兩軌道上端用一電阻R相連，該裝置處于勻強磁場中，磁場方向垂直軌道平面向上.質(zhì)量為m的金屬桿ab以初速度v0從軌道底端向上滑行，滑行到某高度h后又返回到底端.若運動過程中金屬桿始終保持與導軌垂直且接觸良好，軌道與金屬桿的電阻均忽略不計.則下列說法正確的是 圖81234A.金屬桿ab上滑過程與下滑過程通過電阻R的電荷量一樣多B.金屬桿ab上滑過程中克服重力、安培力與摩擦力所做功之和大于C.金屬桿ab上滑過程與下滑過程因摩擦而產(chǎn)生的內(nèi)能一定相等D.金屬桿ab在整個過程中損失的機械能等于裝置產(chǎn)生的焦耳熱答案解析圖8123412344.(電磁感應中的動力學問題)如圖9所示，固定于水平桌面上足夠長的兩平行光滑導軌PQ、MN，其電阻不計，間距d0.5 m，P、M之間接有一只理想電壓表，整個裝置處于豎直向下的磁感應強度B00.2 T的勻強磁場中，兩金屬棒L1、L2平行地擱在導軌上，其電阻均為r0.1 ，質(zhì)量分別為M10.3 kg和M20.5 kg.固定棒L1，使L2在水平恒力F0.8 N的作用下，由靜止開始運動.試求：圖91234圖9(1)當電壓表讀數(shù)為U0.2 V時，棒L2的加速度為多大？答案解析1.2 m/s2L2所受的安培力FB0Id0.2 N對L2由牛頓第二定律可得：FFM2a解得：a1.2 m/s21234圖9(2)棒L2能達到的最大速度vm.答案解析16 m/s1234安培力F安與恒力F平衡時，棒L2速度達到最大，設此時電路電流為Im，則F安B0Imd1234