沪科版选修32 2.5电磁感应的案例分析 课件（30张）.ppt

电磁感应与现代生活 电磁感应的案例分析 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 达标检测 知识探究 1 一 反电动势 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 iu ie反 i2r 切割磁感线 相反 相反 二 电磁感应中的动力学问题 1 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 求回路中的电流强度的大小和方向 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 2 电磁感应现象中涉及的具有收尾速度的力学问题 关键要抓好受力情况和运动情况的动态分析 周而复始地循环 加速度等于零时 导体达到稳定运动状态 3 两种状态处理导体匀速运动 应根据平衡条件列式分析 导体做匀速直线运动之前 往往做变加速运动 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1如图1甲所示 两根足够长的直金属导轨mn pq平行放置在倾角为 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 图1 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 见解析图 图1 答案 解析 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 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小 答案 解析 图1 当ab杆速度为v时 感应电动势e blv 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 图1 例2 多选 如图2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 图2 答案 解析 三 电磁感应中的能量问题1 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 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 3 焦耳热的计算技巧 1 感应电路中电流恒定 焦耳热q i2rt 2 感应电路中电流变化 可用以下方法分析 利用功能关系 产生的焦耳热等于克服安培力做的功 即q w安 而克服安培力做的功可由动能定理求得 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 例3如图3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l 1 0m 下端连接r 1 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b 1 0t 质量m 0 5kg 电阻r 0 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f 5 0n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s 2 8m后速度保持不变 求 sin37 0 6 cos37 0 8 g 10m s2 1 金属棒匀速运动时的速度大小v 答案 解析 4m s 图3 金属棒匀速运动时产生的感应电流为i 由平衡条件有f mgsin bil代入数据解得v 4m 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qr 答案 解析 设整个电路中产生的热量为q 由能量守恒定律有 1 28j 图3 达标检测 2 1 电磁感应中的动力学问题 如图4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 则它在1 2 3 4位置时的加速度关系为a a1 a2 a3 a4b a1 a2 a3 a4c a1 a3 a2 a4d a1 a3 a2 a4 1 2 3 答案 解析 图4 1 2 3 线圈自由下落时 加速度为a1 g 线圈完全在磁场中时 磁通量不变 不产生感应电流 线圈不受安培力作用 只受重力 加速度为a3 g 线圈进入和穿出磁场过程中 切割磁感线产生感应电流 将受到向上的安培力 根据牛顿第二定律得知 a2 g a4 g 线圈完全在磁场中时做匀加速运动 到达4处时的速度大于2处的速度 则线圈在4处所受的安培力大于在2处所受的安培力 又知 磁场力总小于重力 则a2 a4 故a1 a3 a2 a4 所以本题选c 2 电磁感应中的能量问题 多选 如图5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 图5 1 2 3 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 图5 答案 解析 1 2 3 金属棒匀速上滑的过程中 对金属棒受力分析可知 有三个力对金属棒做功 恒力f做正功 重力做负功 安培力阻碍相对运动 沿斜面向下 做负功 匀速运动时 所受合力为零 故合力做功为零 a正确 克服安培力做多少功就有多少其他形式的能转化为电路中的电能 电能又等于r上产生的焦耳热 故外力f与重力的合力所做的功等于电阻r上产生的焦耳热 d正确 1