教科版选修32 第一章 第4、5节 楞次定律 电磁感应中的能量转化与守恒 学案.doc

第4、5节楞次定律_电磁感应中的能量转化与守恒1.闭合电路的一部分导体做切割磁感线的运动时，可用右手定则判断感应电流的方向。2楞次定律的内容是：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。3感应电流的效果总是要反抗产生感应电流的原因。4在由于回路与磁场间发生相对运动引起的电磁感应中产生的电能是通过克服安培力做功转化而来的，克服安培力做的功等于产生的电能，这些电能又通过电流做功转化为其他形式的能量，如使电阻发热产生内能；在由于磁场变化引起的电磁感应中产生的电能是由磁场能转化来的。一、右手定则1内容将右手手掌伸平，使大拇指与其余并拢的四指垂直，并与手掌在同一平面内，让磁感线从手心进入，大拇指指向导体运动方向，这时四指所指的方向就是感应电流的方向，也就是感应电动势的方向。2适用情景闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动产生感应电流的方向判断。二、楞次定律1实验探究(1)实验目的探究决定感应电流方向的因素以及所遵循的规律。 (2)实验过程实验前先查明电流的方向与电流表指针偏转方向的关系，然后将螺线管与电流表组成闭合回路，分别将条形磁铁的n极、s极插入、抽出线圈，如图142所示，记录感应电流方向如下。图141图142(3)实验记录及分析线圈内磁通量增加时的情况。图号磁场方向感应电流方向(俯视)感应电流的磁场方向归纳总结甲向下逆时针向上感应电流的磁场阻碍磁通量的增加乙向上顺时针向下线圈内磁通量减少时的情况。图号磁场方向感应电流方向(俯视)感应电流的磁场方向归纳总结丙向下顺时针向下感应电流的磁场阻碍磁通量的减少丁向上逆时针向上2楞次定律感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。三、电磁感应中的能量转化与守恒1在导线做切割磁感线运动而产生感应电流时，电路中的电能来源于机械能。2克服安培力做了多少功，就产生多少电能。3电流做功时又将电能转化为其他形式的能量。4电磁感应现象中，能量在转化过程中是守恒的。1自主思考判一判(1)导体棒不垂直切割磁感线时，也可以用右手定则判断感应电流方向。()(2)凡可以用右手定则判断感应电流方向的，均能用楞次定律判断。()(3)右手定则即右手螺旋定则。()(4)由楞次定律知，感应电流的磁场一定与引起感应电流的磁场方向相反。()(5)电路不闭合，穿过回路的磁通量变化时，也会产生“阻碍”作用。()(6)感应电流的磁场一定阻碍引起感应电流的磁场的磁通量的变化。()2合作探究议一议(1)楞次定律中两磁场间有什么关系？提示：闭合电路中有两个磁场，一是引起感应电流的磁场，即原磁场；二是感应电流的磁场。当引起感应电流的磁通量(原磁通量)要增加时，感应电流的磁场要阻碍它的增加，两个磁场方向相反；当原磁通量要减少时，感应电流的磁场阻碍它的减少，两个磁场方向相同。(2)如何选择楞次定律还是右手定则？提示：对一个具体的问题，能用楞次定律判断出感应电流方向，不要想着也一定能用右手定则判断出来。若是导体不动，回路中的磁通量变化，能用楞次定律判断感应电流方向，而不能用右手定则判断；若是回路中的一部分导体做切割磁感线运动产生感应电流，用右手定则判断较为简单，用楞次定律也能进行判断，但较为麻烦。(3)为什么说楞次定律是能量守恒定律在电磁感应中的表现？提示：感应电流的磁场阻碍引起感应电流的原磁场的磁通量发生变化，因此，为了维持原磁场磁通量的变化，就必须有动力克服感应电流的磁场的阻碍作用而做功，将其他形式的能转化为感应电流的电能，所以楞次定律中的阻碍过程，实质上就是能量转化的过程，楞次定律是能量守恒定律在电磁感应中的表现。 右手定则的应用典例如图143，直角三角形金属框abc放置在匀强磁场中，磁感应强度大小为b，方向平行于ab边向上。当金属框绕ab边以角速度逆时针转动时，a、b、c三点的电势分别为ua 、ub、uc。已知bc边的长度为l。下列判断正确的是()图143auauc，金属框中无电流bubuc，金属框中电流方向沿abcacubcbl2，金属框中无电流duacbl2，金属框中电流方向沿acba思路点拨解答本题时应明确以下三点：(1)右手定则中四指指向感应电动势的正极一端。(2)ac边的有效切割长度等于bc边长。(3)电动势同向串联相加，反向串联相减。解析闭合金属框在匀强磁场中以角速度逆时针转动时，穿过金属框的磁通量始终为零，金属框中无电流。由右手定则可知ubuad。一质量为m、边长为d的正方形线框由距区域上边界某一高度处静止释放，在穿过两磁场区域的过程中，通过线框的电流及其变化情况相同。重力加速度为g，空气阻力忽略不计。则下列说法正确的是()图8a线框进入区域时与离开区域时的电流方向相同b线框进入区域时与离开区域时所受安培力的方向相同c线框有可能匀速通过磁场区域d线框通过区域和区域产生的总热量为q2mg(dh)解析：选bd由楞次定律可知，线框进入区域时感应电流为逆时针方向，而离开区域时的电流方向为顺时针方向，故选项a错误；由楞次定律可知，线框进入区域时与离开区域时所受安培力的方向相同，均向上，选项b正确；因穿过两磁场区域的过程中，通过线框的电流及其变化情况相同，则可知线圈进入磁场区域一定是减速运动，选项c错误；线圈离开磁场区域的速度应等于离开磁场区域的速度，则在此过程中，线圈的机械能的减小量等于线圈通过磁场区域产生的电能，即q2mg(dh)，则线框通过区域和区域产生的总热量为q2q22mg(dh)，选项d正确；故选b、d。10. (多选)如图9所示，电阻不计、相距l的两条足够长的平行金属导轨倾斜放置，与水平面的夹角为，整个空间存在垂直于导轨平面的匀强磁场，磁感应强度为b，导轨上固定有质量为m，电阻为r的两根相同的导体棒，导体棒mn上方轨道粗糙下方光滑，将两根导体棒同时释放后，观察到导体棒mn下滑而ef始终保持静止，当mn下滑的距离为s时，速度恰好达到最大值vm，则下列叙述正确的是()图9a导体棒mn的最大速度vmb此时导体棒ef与轨道之间的静摩擦力为mgsin c当导体棒mn从静止开始下滑s的过程中，通过其横截面的电荷量为d当导体棒mn从静止开始下滑s的过程中，导体棒mn中产生的热量为mgssin mvm2解析：选ac当mn下滑到最大速度时满足：mgsin ，解得vm，选项a正确；此时导体棒满足mgsin f安f静，故此时导体棒ef与轨道之间的静摩擦力大于mgsin ，选项b错误；当导体棒mn从静止开始下滑s的过程中，通过其横截面的电荷量为q，选项c正确；当导体棒mn从静止开始下滑s的过程中，两个导体棒中产生的总热量为mgssin mvm2，则mn中产生的热量是(mgssin mvm2)，选项d错误；故选a、c。11如图10所示，两平行金属导轨位于同一水平面上，相距l，左端与一电阻r相连，整个系统置于匀强磁场中，磁感应强度大小为b，方向竖直向下。一质量为m的导体棒置于导轨上，在水平外力作用下沿导轨以速度v匀速向右滑动，滑动过程中始终保持与导轨垂直并接触良好。已知导体棒与导轨间的动摩擦因数为，重力加速度大小为g。导轨和导体棒的电阻均可忽略。求：图10(1)电阻r消耗的功率；(2)水平外力的大小。解析：(1)导体切割磁感线运动产生的电动势为eblv，根据欧姆定律，闭合回路中的感应电流为i，电阻r消耗的功率为pi2r，联立可得p。(2)对导体棒受力分析，受到向左的安培力和向左的摩擦力，向右的外力，三力平衡，故有f安mgf，f安bilbl，故fmg。答案：(1)(2)mg12.如图11所示，“凸”字形硬质金属线框质量为m，相邻各边互相垂直，且处于同一竖直平面内，ab边长为l，cd边长为2l，ab与cd平行，间距为2l。匀强磁场区域的上下边界均水平，磁场方向垂直于线框所在平面。开始时，cd边到磁场上边界的距离为2l，线框由静止释放，从cd边进入磁场直到ef、pq边进入磁场前，线框做匀速运动，在ef、pq边离开磁场后，ab边离开磁场之前，线框又做匀速运动。线框完全穿过磁场过程中产生的热量为q。线框在下落过程中始终处于原竖直平面内，且ab、cd边保持水平，重力加速度为g。求图11(1)线框ab边将离开磁场时做匀速运动的速度大小是cd边刚进入磁场时的几倍；(2)磁场上下边界间的距离h。解析：(1)设磁场的磁感应强度大小为b，cd边刚进入磁场时，线框做匀速运动的速度为v1，cd边上的感应电动势为e1，由法拉第电磁感应定律，有e12blv1设线框总电阻为r，此时线框中电流为i1，由闭合电路欧姆定律，有i