高中物理人教版选修3-2 电磁感应中的联系实际问题分析 (共36张PPT)

1、电磁感应中的联系实际问题分析发电机和电动机的原理分析 发电机电动机SNSN课前学习任务一 请同学们借助导体棒、平行导轨、匀强磁场，设计一个简单的发电装置！借助电磁感应原理实现发电的装置： 间距为 L 的两根光滑导轨，平行且水平放置，一端连接着电阻，导轨所在空间存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度为 B。导体棒 MN 放在导轨上，其长度恰好等于导轨间距，与导轨接触良好，假设导轨足够长，导体棒在水平力作用下以速度v向右做匀速运动。问题1 电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置，图中谁是电源？电源内部是谁充当的非静电力？关于发电机原理的探讨任务一： “电源”是谁？问题1 电源导体棒；非

2、静电力自由电子受到的洛伦兹力vF=evB关于发电机原理的探讨任务一： “电源”是谁？问题2 在电源内部，电源移动电荷，增加电荷的电势能。在物理学中，我们用非静电力所做的功与所移动的电荷量之比来表示电源的这种特性，叫作电动势（electromotiveforce）请从非静电力做功角度求出电源电动势。关于发电机原理的探讨任务一： “电源”是谁？vF=evB问题2Wn e B LEBLqne非vvvF=evB关于发电机原理的探讨任务一： “电源”是谁？关于发电机原理的探讨任务二： “电能”从哪里来？问题3 若电路中电流为I，经过时间 t 电源产生多少电能？vF=evB关于发电机原理的探讨任务二： “

3、电能”从哪里来？问题3 若电路中电流为I，经过时间t，电源产生的电能：EEItBLIt电vvF=evB关于发电机原理的探讨任务二： “电能”从哪里来？问题4 时间 t 电源产生的电能与电源内部非静电力(洛伦兹力）做功什么关系？BL ItBLqn e B LvvvvF=evB关于发电机原理的探讨任务二： “电能”从哪里来？ 在磁场一章我们学过“洛伦兹力”不做功，那么这里却推测充当非静电力的洛伦兹力做功，前后矛盾矛盾么？vF=evB问题5提示1：从自由电子受力视角分析！提示2：从能量守恒视角分析！vF=evB关于发电机原理的探讨任务二： “电能”从哪里来？问题5提示1：从自由电子受力视角分析：ev

4、B只是洛伦兹力的一个分力，由于电子沿电路定向移动(速度为u)，因此洛伦兹力的另一个分力euB也是要考虑的。vF=evBuF=euB关于发电机原理的探讨任务二： “电能”从哪里来？问题5问题5提示1：W1=evBut W2=- euBvtW1 +W2=0因此，洛伦兹力不做功，但是每一个分力都做功，每一个分力做功的意义又是什么？vuF=euBF电F=evB关于发电机原理的探讨任务二： “电能”从哪里来？提示1：从自由电子受力视角分析！提示2：从能量守恒视角分析！关于发电机原理的探讨任务二： “电能”从哪里来？问题5提示2： 一定是外力F做功给系统带来了能量，那外力F 对导体棒做正功，导体棒的机械能

5、为什么没有增加？问题5关于发电机原理的探讨任务二： “电能”从哪里来？提示2： 导体棒还要克服安培力做功，所以外力做功带来的能量又通过导体棒克服安培力做功转化了，所以导体棒的机械能并没有增加。关于发电机原理的探讨任务二： “电能”从哪里来？问题5F安F安F=euB问题6关于发电机原理的探讨任务二： “电能”从哪里来？安培力F安是导体棒内所有自由电子受洛伦兹力（F=euB）的宏观体现。FILBneuSLBnSL euBnSL F安F安F=euB问题6关于发电机原理的探讨任务二： “电能”从哪里来？关于发电机原理的探讨任务二： “电能”从哪里来？问题7：结合提示1和2，请反思梳理：“电能”从哪里来

6、？怎么来的？课前学习任务二 请同学们借助电源、导体棒、平行导轨、匀强磁场，设计一个电动机的简易装置！ 将“电阻”变成“电源”，就实现了将“电能”转化为“机械能”，同学们你想到了么？ 上述装置实现了将“电能”转化为“机械能”的装置，如果想让机械能继续传输出去，我们还可以做进一步调整。关于电动机的探讨任务一： “机械能”从哪里来？ 。 问题1：简化情景导体棒通过滑轮匀速提升重物，速度为v，此时电路中的电流为I ，求时间 t 内电动机输出的 “机械能”（其他条件不变）？关于电动机的探讨任务一： “机械能”从哪里来？ 。 E机=BILvt问题1：简化情景导体棒通过滑轮匀速提升重物，速度为v，此时电路中

7、的电流为I ，求时间 t 内电动机输出的 “机械能”（其他条件不变）？问题2：为什么安培力做功等于机械能增量？关于电动机的探讨任务一： “机械能”从哪里来？ 。 因为导体棒牵系重物匀速运动，所以： mg= BLI E机=BILvtF安mg关于电动机的探讨任务二： “电能”是怎么转化为机械能的？ 。 提示：从微观视角分析问题3：如果说“电能”转化为“机械能”是借助安培力做功实现的，安培力做功等于电能减少量么？ 。 关于电动机的探讨任务二： “电能”是怎么转化为机械能的？vuF=evBF=euB问题3：如果说“电能”转化为“机械能”是借助安培力做功实现的，安培力做功等于电能减少量么？ 。 微观视角

8、：自由电子受到的洛伦兹力F=evB是阻碍电荷定向移动的，这个力做功使电能减少。关于电动机的探讨任务二： “电能”是怎么转化为机械能的？问题3：如果说“电能”转化为“机械能”是借助安培力做功实现的，安培力做功等于电能减少量么？vuF=evBF=euBF电f问题4：基于电磁感应的知识，导体棒匀速运动的过程中也会产生一个电动势E反 =BLv，我们将它叫做反电动势，经过上述分析，你能理解“反”的含义么？ 。 关于电动机的探讨任务二： “电能”是怎么转化为机械能的？vuF=evBF=euB 。 E机=BILvt=BLvIt= E反It电源电动势给电路带来电能，而“反”电动势却使电能减少。关于电动机的探讨

9、任务二： “电能”是怎么转化为机械能的？vuF=evBF=euB总结提升： 经历了对电动机和发电机工作原理的探究，同学们对“功是能量转化的量度”这句话有没有更进一步的认识？由“磁”生“电”机械能电能发电机电能机械能电动机例：磁场磁感应强度为B，光滑金属轨道相距为L，电阻不计；直流电源内阻不计、电动势为E。金属杆 ab 电阻为 R ，物块质量为m，最初细绳处于伸直状态（细绳足够长）。接通电路后，杆ab拉着物块由静止开始做加速运动。由于杆ab切割磁感线，因而产生感应电动势E。a请分析杆ab在加速的过程中所受安培力F 如何变化，并求杆的最终速度vm；b当电路中的电流为 I 时，请证明电源的电 能转化为机械能的功率为EI。22B LFRvEEIRFmgFILB例：磁场磁感应强度为B，光滑金属轨道相距为L，电阻不计；直流电源内阻不计、电动势为E。金属杆 ab 电阻为 R ，物块质量为m，最初细绳处于伸直状态（细绳足够长）。接通电路后，杆ab拉着物块由静止开始做加速运动。由于杆ab切割磁感线，因而产生感应电动势E 。a请分析杆ab在加速的过程中所受安培力F 如何变化，并求杆的最终速度vm；m22EmgRBLB LvEBLv例：磁场磁感应强度为B，光滑金属轨道相