高中物理 第一章 第五节 电磁感应规律的应用 课件 粤教版选修33.ppt

第五节 电磁感应规律的应用 知识点1法拉第电机 1 法拉第发电机的原理图 如图1 5 1所示 在oa间 接上负载 就可以进行正常工作 图1 5 1 2 电机工作时电动势的大小 注意 只适用于导体旋转的方向垂直于磁场方向 且l为 有效长度 3 电势高低的判断方法 由楞次定律 电荷由a o聚集 oa相当于电源 因此o点电势高 知识点2电磁感应中的能量转化 1 能量转化 电磁感应现象中 外力克服安培力做功转化成电能 电能通过电流做功 转化成其他形式的能 2 能量守恒 外力克服安培力做的功与产生的电能相等 知识点3导体在磁场中做旋转运动产生的感应电动势的计算1 电动势计算式 在匀速转动时 电动势等于平均值 于 2 适用条件 只在匀强磁场中导体作切割磁感线运动时产 生的电动势 e nbs 3 可以利用公式 计算闭合线圈在磁场中绕某个轴旋转运动产生的感应电动势 例题 如图1 5 2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为一能绕o在框架上滑动的导体棒 oc之间连一个电阻r 导体框架与导体电阻均不计 若要使oc能以角速度 匀速转动 则外力做功的 功率是 图1 5 2 a b2 2r4 rb b2 2r4 2r c b2 2r4 4r d b2 2r4 8r 答案 c 1 如图1 5 3所示 ab为一金属杆 它处在垂直于纸面向里的匀强磁场中 可绕a点在纸面内转动 s为以a为圆心位于纸面内的金属圆环 在杆转动过程中 杆的b端与金属环保持良好接触 a为电流表 其一端与金属环相连 一端与a点良好接触 当杆沿顺时针方向转动时 某时刻ab杆的位置如 图 则此时刻 图1 5 3 a 有电流通过电流表 方向由c d 作用于ab的安培力 向右 b 有电流通过电流表 方向由c d 作用于ab的安培力 向左 c 有电流通过电流表 方向由d c 作用于ab的安培力 向右 d 无电流通过电流表 作用于ab的安培力为零 解析 当导体杆ab顺时针方向转动时 切割磁感线 由法拉第电磁感应定律知产生感应电动势 由右手定则可知将产生由a到b的感应电流 安培表的d端与a端相连 c端与b端相连 则通过安培表的电流是由c到d 而导体杆在磁场中会受到磁场力的作用 由左手定则可判断出磁场力的方向为水平向右 阻碍导体杆的运动 所以a正确 答案 a 知识点4电路中各点电势高低的比较 当导体作切割磁感线运动时会产生感应电动势 在导体内部各点的电势高低的判断 可以根据电源内部电流从低电势向高电势流动确定 1 利用法拉第电磁感应定律计算感应电动势 2 利用闭合电路欧姆定律和电路的串并联知识计算电路 中各部分的电压 3 利用电势的有关知识判断电路中各点电势的高低 例题 如图1 5 4所示 有一夹角为 的金属角架 角架所围区域内存在匀强磁场 磁场的磁感应强度为b 方向与角架所在平面垂直 一段直导线ab 从角顶c贴着角架以速度v向右匀速运动 求 图1 5 4 1 t时刻角架的瞬时感应电动势 2 t时间内角架的平均感应电动势是多少 解析 导线ab从顶点c向右匀速运动 切割磁感线的有效长度de随时间变化 设经时间t ab运动到de的位置 则de cetan vttan 1 t时刻的瞬时感应电动势为 e blv bv2ttan 2 t时间内平均感应电动势为 答案 见解析 2 如图1 5 5所示 有一匀强磁场b 1 0 10 3 t 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 1 o a哪一点电势高 2 棒产生的感应电动势有多大 答案 1 a 2 e 4 10 4v图1 5 5 1 正确使用电功率的公式 知识点5利用电功率 电功及欧姆定律解答电路中有关能量问题利用电功率 电功 能量守恒定律可计算电磁感应现象中的能量问题 2 利用能量守恒定律正确处理电磁感应现象中的能量转化问题 例题 如图1 5 6所示 在b 0 5t的匀强磁场中 垂直于磁场方向水平放置着两根相距为h 0 1m的平行金属导轨mn和pq 导轨的电阻不计 在两根导轨的端点n q之间连接一个r 0 3 的电阻 导轨上跨放着一根长为l 0 2m 每米长的电阻为r0 2 0 的金属棒ab 金属棒与导轨垂直放置 交点为c d 当金属棒以速度v 4 0m s向左匀速运动时 试求 1 电阻r中的电流大小 2 ucd和uab 图1 5 6 解析 1 cd段导线切割磁感线产生的感应电动势为 0 12 0 5 0 2 0 1 4 0 0 32v 答案 见解析 3 如图1 5 7甲所示 直角坐标系oxy的1 3象限内有匀强磁场 第1象限内的磁感应强度大小为2b 第3象限内的磁感应强度大小为b 磁感应强度的方向均垂直于纸面向里 现将半径为l 圆心角为90 的扇形导线框opq以角速度 绕o点在纸面内沿逆时针匀速转动 导线框回路电阻为r 图1 5 7 1 求导线框中感应电流最大值 2 在图乙中画出导线框匀速转动一周的时间内感应电流i随时间t变化的图象 规定与图甲中线框的位置相对应的时刻为t 0 3 求线框匀速转动一周产生的热量 由闭合电路欧姆定律得 回路电流为i1 e1r 解 1 线框从图甲位置开始 t 0 进出第1象限的过程中 故感应电流最大值为im 联立以上各式解得i1 b l2r 同理可求得线框进出第3象限的过程中 回路电流大小为 i2 b l22r b l2r 2 i t图象如图2所示 图2 公式e 题型1 t 的理解 例题 一电阻为r的金属圆环 放在匀强磁场中 磁场与圆环所在平面垂直 如图1 5 8甲所示 已知通过圆环的磁通量随时间t的变化关系如图乙所示 图中的最大磁通量 0和变化周期t都是已知量 求 1 在t 0到t t 4的时间内 通过金属圆环某横截面的电荷量q 2 在t 0到t 2t的时间内 金属环所产生的电热q 图1 5 8 规律总结 可以利用磁通量与时间的关系通过求图线的斜率得到感应电动势 再利用电动势就能求出某段时间内的电量和金属环中产生的焦耳热 答案 见解析 1 如图1 5 9所示 半径为r的金属环 绕通过某直径的轴oo 以角速度 转动 匀强磁场的磁感应强度为b 从金属环的平面与磁场方向重合开始计时 则在转过30 的过程中 环中产生的感应电动势的平均值是多大 图1 5 9 2 如图1 5 10所示 固定在匀强磁场中的正方形导线框abcd 各边长为l 其中ab边是一段电阻为r的均匀电阻丝 其余三边均为电阻可忽略的铜导线 磁场的磁感应强度为b方向垂直纸面向里 现有一与ab段的材料 粗细 长度都相同的电阻丝pq架在导线框上 以恒定速度v从ad滑向bc 当pq滑过l 3的距离时 通过ap段电阻丝的电流强度是多大 方向如何 图1 5 10 题型2 公式e t 的应用 例题 如图1 5 11所示 质量为m 边长为l的正方形线框 在有界匀强磁场上方h高处由静止开始自由下落 线框的总电阻为r 磁感应强度为b的匀强磁场宽度为2l 线框下落过程中 ab边始终与磁场边界平行且处于水平方向 已知ab边刚穿出磁场时线框恰好做匀速运动 求 1 cd边刚进入磁场时的速度 2 线框穿过磁场的过程中产生的焦耳热 图1 5 11 答案 见解析 3 金属杆ab放在光滑的水平金属导轨上 与导轨组成闭合矩形回路 长l1 0 8m 宽l2 0 5m 回路的总电阻r 0 2 回路处在竖直方向的匀强磁场中 金属杆用水平绳通过定滑轮连接质量m 0 04kg的木块 木块放在水平面上 如图1 5 12所示 磁场的磁感应强度从b0 1t开始随时间均匀增强 5s末木块将离开水平面 不计一切摩擦 g 10m s2 求回路中的电流 图1 5 12 4 如图1 5 13所示 光滑导体棒bc固定在竖直放置的足够长的平行金属导轨上 构成框架abcd 其中bc棒电阻为r 其余电阻不计 一不计电阻的导体棒ef水平放置在框架上 且始终保持良好接触 能无摩擦地滑动 质量为m 长度为l 整个装置处在磁感应强度为