高中物理 第1章 電磁感應(yīng)與現(xiàn)代社會 學(xué)案10 章末總結(jié)同步備課課件 滬科版選修32

10 章末總結(jié)第1章電磁感應(yīng)與現(xiàn)代生活內(nèi)容索引網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建題型探究達標檢測網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建1電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生感應(yīng)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(yīng)電 流 的方向內(nèi)容：感應(yīng)電流具有這樣的方向，即感應(yīng)電流的磁場總 要 引起感應(yīng)電流的磁通量的變化感應(yīng)電流總要阻礙 的變化感應(yīng)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(yīng)電流的磁場方向再用 確定感應(yīng)電流方向應(yīng)用步驟右手定則：適合判定 產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向方向磁通量閉合增減導(dǎo)體和磁場磁通量導(dǎo)體切割磁感線安培定則阻礙電磁感應(yīng)法拉第電磁感應(yīng)定律(感應(yīng)電動勢的大小)感應(yīng)電動勢定義：在電磁感應(yīng)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(yīng)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(yīng)自感現(xiàn)象及其應(yīng)用(特殊的電磁感應(yīng)現(xiàn)象)自感現(xiàn)象定義： 發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)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(guān)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(yīng)電流電磁灶電磁驅(qū)動、電磁阻尼應(yīng)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(yīng)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(yīng)電流(I感)，這是屬于電磁感應(yīng)的條件問題；感應(yīng)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(yīng)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(fù)雜的過程，可以用圖表理順如下：1.感應(yīng)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(dǎo)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(yīng)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(yīng)強度增大，根據(jù)楞次定律可知，a線圈中所產(chǎn)生的感應(yīng)電流產(chǎn)生的感應(yīng)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(yīng)強度增大，線圈a中的磁通量應(yīng)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(yīng)中的圖像問題1.圖像問題有兩種：一是給出電磁感應(yīng)過程，選出或畫出正確圖像；二是由給定的有關(guān)圖像分析電磁感應(yīng)過程，求解相應(yīng)的物理量.2.基本思路是：(1)利用法拉第電磁感應(yīng)定律計算感應(yīng)電動勢大小.(2)利用楞次定律或右手定則判定感應(yīng)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(cè)有方向垂直于紙面的勻強磁場，磁感應(yīng)強度等大反向.菱形閉合導(dǎo)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(yīng)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(guān)系可能是圖2 答案解析導(dǎo)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(yīng)電流的方向應(yīng)為正方向，選項B、C不可能；當導(dǎo)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(yīng)中的電路問題1.首先要找到哪一部分導(dǎo)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(dǎo)體相當于電源，該部分導(dǎo)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(yīng)電動勢和某段導(dǎo)體兩端的電壓三者的區(qū)別：(1)某段導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)體作為電源時，電路斷路時導(dǎo)體兩端的電壓等于感應(yīng)電動勢.例例3如圖3所示，光滑金屬導(dǎo)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(dǎo)體棒的電阻為2 .垂直穿過導(dǎo)軌平面的勻強磁場的磁感應(yīng)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(dǎo)體棒上產(chǎn)生的感應(yīng)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(dǎo)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(dǎo)軌平面，磁感應(yīng)強度為B.將質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒由靜止釋放，當速度達到v時開始勻速運動，此時對導(dǎo)體棒施加一平行于導(dǎo)軌向下的拉力，并保持拉力的功率恒為P，導(dǎo)體棒最終以2v的速度勻速運動.導(dǎo)體棒始終與導(dǎo)軌垂直且接觸良好，不計導(dǎo)軌和導(dǎo)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(yīng)中的動力學(xué)問題圖4A.P2mgvsin B.P3mgvsin C.當導(dǎo)體棒速度達到 時加速度大小為 sin D.在導(dǎo)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(dǎo)體棒的速度達到v時，對導(dǎo)體棒進行受力分析如圖甲所示.甲當導(dǎo)體棒的速度達到2v時，對導(dǎo)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(dǎo)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(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生感應(yīng)電流的過程，實質(zhì)上是能量的轉(zhuǎn)化過程.(2)電磁感應(yīng)過程中產(chǎn)生的感應(yīng)電流在磁場中必定受到安培力的作用，因此，要維持感應(yīng)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(yīng)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(jié)構(gòu)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(yīng)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(dǎo)軌固定在同一水平面內(nèi)，導(dǎo)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(dǎo)軌上，整個裝置置于豎直向上的勻強磁場中，磁場的磁感應(yīng)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(dǎo)軌足夠長且電阻不計，金屬棒在運動過程中始終與導(dǎo)軌垂直且兩端與導(dǎo)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(shè)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(xué)公式得v22ax 設(shè)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(guān)系可知WFQ1Q2 由式得WF5.4 J.達標檢測31.(楞次定律的理解與應(yīng)用)如圖6所示，豎直放置的螺線管與導(dǎo)線abcd構(gòu)成回路，導(dǎo)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(dǎo)體圓環(huán)，導(dǎo)線abcd所圍區(qū)域內(nèi)磁場的磁感應(yīng)強度按下列哪一圖線所表示的方式隨時間變化時，導(dǎo)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(dǎo)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(yīng)中的動力學(xué)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(dǎo)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(yīng)強度B00.2 T的勻強磁場中，兩金屬棒L1、L2平行地擱在導(dǎo)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(shè)此時電路電流為Im，則F安B0Imd1234