新高中物理 1.5电磁感应规律的应用（讲授式）课件 粤教版选修32.ppt

第一章电磁感应 学案5电磁感应规律的应用 知识回顾 求平均感应电动势 t近于0时 e为瞬时感应电动势 求平均感应电动势 v是平均速度 求瞬时感应电动势 v是瞬时速度 如下图所示 长为l的铜杆oa以o为轴在垂直于匀强磁场的平面内以角速度 匀速转动 磁场的磁感应强度为b 求杆oa两端的电势差 导体棒转动 一 导体切割磁感线运动时的电动势 1831年10月28日 法拉第在一次会议上展示的圆盘发电机 如图 有一匀强磁场b 1 0 10 3t 在垂直磁场的平面内 有一金属棒ao 绕平行于磁场的o轴顺时针转动 已知棒长l 0 20m 角速度 20rad s 求 棒产生的感应电动势有多大 1 解法2 取棒中点的速度代表棒的平均速度 如图 有一匀强磁场b 1 0 10 3t 在垂直磁场的平面内 有一金属棒ao 绕平行于磁场的o轴顺时针转动 已知棒长l 0 20m 角速度 20rad s 求 棒产生的感应电动势有多大 1 1 确定所研究的回路 明确回路中相当于电源的部分和相当于外电路的部分 画出等效电路图 3 运用闭合电路欧姆定律 部分电路欧姆定律 串并联电路的电压 电流 电阻特点 电功率公式等进行计算求解 2 由楞次定律或右手定则判断感应电动势的方向 由法拉第电磁感应定律或导体切割磁感线公式写出感应电动势表达式 二 电磁感应中的电路问题 2 用电阻为18 的均匀导线弯成图中直径d 0 80m的封闭金属圆环 将圆环垂直于磁感线方向固定在磁感应强度b 0 50t的匀强磁场中 磁场方向垂直于纸面向里 一根每米电阻为1 25 的直导线pq 沿圆环平面向左以3 0m s的速度匀速滑行 忽略接触处的电阻 当它通过环上a b位置时 求 1 直导线ab段产生的感应电动势 并指明该段直导线中电流的方向 2 此时圆环的路端电压 1 由题意可知l 0 8m e blv 1 2v方向由a到b 2 设棒有效电阻为r ab左边电阻为r1 右边为r2 p q 1 电磁感应现象中的能量守恒 2 电磁感应现象中的能量转化方式 电磁感应现象中 感应电流总要阻碍导体和磁场的相对运动 在这种 阻碍 的过程中 其他形式的能转化为电能 电磁感应中的电能是通过克服安培力做功转化过来的 所以克服安培力做多少功 就产生多少电能 三 电磁感应中的能量转化问题 3 分析求解电磁感应现象中能量问题的一般思路 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 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 三 电磁感应中的能量转化问题 4 电磁感应中焦耳热的计算技巧 1 感应电路中电流恒定 则电阻产生的焦耳热等于电流通过电阻做的功 即q i2rt 2 感应电路中电流变化 可用以下方法分析 利用动能定理 求出克服安培力做的功 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 即q e其他 三 电磁感应中的能量转化问题 如图所示 足够长的光滑金属框竖直放置 框宽l 0 5m 框的电阻不计 匀强磁场的磁感应强度b 1t 方向与框面垂直 金属棒mn的质量为100g 电阻为1 现让mn无初速的释放并与框保持接触良好的竖直下落 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2c 求此过程回路中产生的电能为多少 g 10m s2 由 解得 e 3 2j 3 四 反电动势 v 此电动势阻碍电路中原来的电流 故称之为反电动势 电动机转动时产生的感应电动势总要削弱电源产生的电流 四 反电动势 1 能量转化 线圈要维持原来的转动就必须向电动机提供电能 电能转化为机械能 2 说明 正因为反电动势的存在 所以电动机中欧姆定律不成立 电动机停止转动时就没有了反电动势 电动机可能会因电流过大烧毁 四 反电动势 五 电磁感应现象中的感生电场 变化的磁场在周围空间激发的电场 叫感生电场 由感生电场产生的感应电动势称为感生电动势 感生电动势的非静电力就是感生电场对自由电荷的作用 方向 可由楞次定律判断 铁 芯 线圈 电 束 子 环形真空室 b 磁场 电子感应加速器是利用感生电场使电子加速的设备 4 柱形电磁铁产生磁场 磁场中安置一个环形真空管道 当磁场发生变化时 就会沿管道方向产生感应电场 射入其中的电子就受到感应电场的持续作用而被不断加速 4 电子感应加速器是用感生电场来加速电子的一种设备 它的基本原理如图示 上下为电磁铁的两个磁极 磁极之间有一个环形真空室 电子在真空室中做圆周运动 电磁铁线圈电流的大小 方向可以变化 产生的感生电场使电子加速 上图为真空室的俯视图 如果从上向下看 电子沿逆时针方向运动 当电磁铁线圈电流的方向与图示方向一致时 电流的大小应该怎样变化才能使电子加速 电子带负电 4 电场应沿顺时针方向 由楞次定律可知 原磁场应该由弱变强 1 如图所示 在磁感应强度为b的匀强磁场中 有半径为r的光滑半圆形导体框架 oc为一端绕o点在框架上滑动的导体棒 oa之间连一个阻值为r的电阻 其余电阻都不计 若使oc以角速度 匀速转动 试求 1 图中哪部分相当于电源 2 感应电动势e为多少 3 流过电阻r的电流i为多少 导体棒oc 3如图所示 两根电阻不计的光滑平行金属导轨倾角为 导轨下端接有电阻r 匀强磁场垂直斜面向上 质量为m 电阻不计的金属棒ab在沿斜面与棒垂直的恒力f作用下沿导轨匀速上滑 上升高度为h 在这个过程中 a 金属棒所受各力的合力所做的功等于零b 金属棒所受各力的合力所做的功等