沪科版选修32 电磁感应的案例分析 第1课时 教案.doc

1.4 电磁感应的案例分析教学目的1.能应用电磁感应定律解释一些生活和技术中现象2.会用电磁感应定律分析计算有关问题3.知道什么是反电动势.重难点1重点是对法拉第电磁感应定律的进一步理解和运用；2难点是法拉第电磁感应定律的综合运用教学内容【基础知识巩固】1.基本知识(1)电磁感应中的能量转化如图151所示，处在匀强磁场中的水平导轨上有一根与导轨接触良好的可自由滑动的直导线ab在外力f作用下向右做匀速直线运动图151能量转化：在上述过程中，产生的电能是通过外力f克服安培力做功转化而来的而这些电能又通过感应电流做功，转化为其他形式的能量(2)电磁感应中的能量守恒能量守恒是自然界的一条普遍规律，在电磁感应现象中也不例外，在电磁感应中，外力做了多少功，就有多少电能产生(3) 反电动势电动机转动时产生的感应电动势削弱了电源的电流，这个电动势称为反电动势。反电动势的作用是阻碍线圈的转动。这样，线圈要维持原来的转动就必须向电动机提供电能，电能转化为其它形式的能。2思考判断(1)在电磁感应现象中，安培力做正功，把其他形式的能转化为电能()(2)电磁感应现象一定伴随着能量的转化，克服安培力做功的大小与电路中产生的电能相对应()(3)楞次定律中的“阻碍”，恰好说明了在电磁感应现象中能量是守恒的()3探究交流从能量转化的角度分析，电磁感应现象的本质是什么？【提示】从能量转化的角度来看，电磁感应现象的本质是通过克服安培力做功，把其他形式的能转化为电能的过程，把握好能量守恒的观点，是解决电磁感应问题的基本方法.【典型例题讲解】探究1 电磁感应中的能量转化与守恒1电磁感应中的能量守恒(1)由磁场变化引起的电磁感应现象中，磁场能转化为电能，若电路是纯电阻电路，转化过来的电能将全部转化为电阻的内能(2)由相对运动引起的电磁感应现象中，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，就产生多少电能若电路是纯电阻电路，转化过来的电能也将全部转化为电阻的内能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，分清电源和外电路在电磁感应现象中，切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势，该导体或回路就相当于电源，其余部分相当于外电路(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：做功情况能量变化特点滑动摩擦力做功有内能产生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，就产生多少电能安培力做正功电能转化为其他形式的能(3)根据能量守恒列方程求解3电能的三种求解思路(1)利用克服安培力做功求解：电磁感应中产生的电能等于克服安培力所做的功(2)利用能量守恒求解：相应的其他能量的减少量等于产生的电能(3)利用电路特征求解：通过电路中所消耗的电能来计算例1如图152所示，质量m10.1 kg，电阻r10.3 ，长度l0.4 m的导体棒ab横放在u型金属框架上框架质量m20.2 kg，放在绝缘水平面上，与水平面间的动摩擦因数0.2，相距0.4 m的mm、nn相互平行，电阻不计且足够长电阻r20.1 的mn垂直于mm.整个装置处于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度b0.5 t垂直于ab施加f2 n的水平恒力，ab从静止开始无摩擦地运动，始终与mm、nn保持良好接触，当ab运动到某处时，框架开始运动设框架与水平面间最大静摩擦力等于滑动摩擦力，g取10 m/s2.图152(1)求框架开始运动时ab速度v的大小；(2)从ab开始运动到框架开始运动的过程中，mn上产生的热量q0.1 j，求该过程ab位移x的大小探究2 电磁感应中的力学问题1通过导体中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：导体受力而运动产生感应电动势感应电流通电导体受安培力合外力加速度变化速度变化感应电动势变化周而复始地循环，达到稳定状态时，加速度等于零，导体达到稳定运动状态【特别提醒】对于电磁感应现象中，导体在安培力及其他力共同作用下运动，最终趋于一稳定状态的问题，利用好导体达到稳定状态时的平衡方程，往往是解答该类问题的突破口图154例2如图154所示，ab、cd是两根足够长的固定平行金属导轨，两导轨间距离为l，导轨平面与水平面的夹角为.在整个导轨平面内都有垂直于导轨平面斜向上方的匀强磁场，磁感应强度为b.在导轨的a、c端连接一个阻值为r的电阻一根垂直于导轨放置的金属棒ab，质量为m，从静止开始沿导轨下滑求ab棒的最大速度(已知ab和导轨间的动摩擦因数为，导轨和金属棒的电阻不计)答案例1【审题指导】解答本题时可按以下思路分析：(1)法拉第电磁感应定律感应电动势感应电流安培力开始运动列平衡方程v.(2)能量守恒定律焦耳热位移x.【解析】(1)ab对框架的压力f1m1g框架受水平面的支持力fnm2gf1依题意，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则框架受到的最大静摩擦力f2fnab中的感应电动势eblvmn中电流imn受到的安培力f安bil框架开始运动时f安f2由上述各式代入数据解得v6 m/s.(2)闭合回路中产生的总热量q总q由能量守恒定律得：fxm1v2q总代入数据解得x1.1 m.【答案】(1)6 m/s(2)1.1 m例2【审题指导】解决本题应把握以下三个关键点：(1)导体棒做什么运动取决于受力情况和初状态(2)导体棒先做加速运动后达到匀速运动状态(3)导体棒达到恒定速度时受力平衡【解析】金属棒ab下滑时产生的感应电流方向和受力如图所示，金属棒ab沿导轨下滑过程中受到重力mg，支持力n、摩擦力f和安培力f安四个力作用金属棒下滑产生的感应电动势eblv，闭合回路中产生的感应电流为i，安培力f安的方向沿斜面向上，其大小为：f安bilbl根据牛顿第二定律得：mgsin mgcos ma金属棒由静止开始下滑后，做加速度逐渐减小的变加速运动，当加速度减小到零时，速度