电磁感应与法拉第电磁感应定律版课件

1、专题二十八 电磁感应与法拉第电磁感应定律第1页，共45页。8/5/2022自主学习1电磁感应中产生的感应电流在磁场中将受到 的作用，因此电磁感应问题往往跟力学问题联系在一起2解决这类问题，一方面要考虑电磁学中的有关规律，如楞次定律、法拉第电磁感应定律、左手定则、右手定则等；另一方面还要考虑力学的有关规律，如牛顿运动定律、动量定理、动量守恒定律、动能定理等安培力第2页，共45页。8/5/2022针对训练如图所示，有两根和水平方向成角的光滑平行的金属轨道，上端接有可变电阻R，下端足够长，空间有垂直于轨道平面的匀强磁场，磁场应强度为B.一根质量为m的金属杆从轨道上由静止滑下，经过足够长的时间后，金属

2、杆的速度会趋近于一个最大速度vm，则()A如果B增大，vm将变大B如果变大，vm将变大C如果R变大，vm将变大D如果m变小，vm将变大第3页，共45页。8/5/2022解析：以金属杆为研究对象，受力如图根据牛顿第二定律得 mgsinF安ma，其中F安当a0时，vvm，结合此式分析即得B、C选项正确答案：BC 第4页，共45页。8/5/20221电磁感应过程实质是不同形式的能量转化的过程，电磁感应过程中产生的感应电流在磁场中必定受到 作用因此要维持安培力存在，必存有“外力”克服 做功此过程中，其他形式的能转化为 “外力”克服安培力做多少功，就有多少其他形式的能转化为 当感应电流通过用电器时，电能

3、又转化为其他形式的能安培力安培力电能电能第5页，共45页。8/5/2022 同理，安培力做功的过程，是 转化为其他形式的能的过程，安培力做多少功，就有多少 转化为其他形式的能电能电能第6页，共45页。8/5/2022深化拓展电能求解思路主要有三种：(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：机械能的减小量等于产生的电能；(3)利用电路特征来求解：通过电路中所产生的电能来计算第7页，共45页。8/5/2022(2009高考天津理综)如图所示，竖直放置的两根平行金属导轨之间接有定值电阻R，质量不能忽略的金属棒与两导轨始终保持垂直并良好接触且无摩

4、擦，棒与导轨的电阻均不计，整个装置放在匀强磁场中，磁场方向与导轨平面垂直，棒在竖直向上的恒力F作用下加速上升的一段时间内，力F做的功与安培力做的功的代数和等于()第8页，共45页。8/5/2022A棒的机械能增加量B棒的动能增加量C棒的重力势能增加量 D电阻R上放出的热量解析：本题考查了能量守恒及电磁感应相关知识，意在考查考生的综合运用物理知识解决物理问题的能力对金属棒受力分析可知，设金属棒所受重力为G、上升高度h，则根据能量守恒可得：FhW安GhE，即拉力及安培力所做的功的代数和等于金属棒机械能的增加量，A正确答案：A第9页，共45页。8/5/2022规律方法电磁感应和力学问题的综合，其联系

5、桥梁是安培力分析此类问题首先应明确两大研究对象及其之间的相互制约关系：第10页，共45页。8/5/2022这类问题中的导体一般不是做匀变速运动，而是经历一个动态变化过程再趋于一个稳定状态，故正确进行动态分析确定最终状态是关键可分别从运动和力的关系入手，运用牛顿第二定律；也可从能量关系入手，运用动能定理或动量守恒定律第11页，共45页。8/5/2022【例1】如图(a)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

6、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第12页，共45页。8/5/2022(1)由b向a方向看到的装置如图(b)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；(2)在加速下滑过程中，当ab杆的速度大小为v时，求此时ab杆中的电流及其加速度的大小；(3)求在下滑过程中，ab杆可以达到的速度最大值第13页，共45页。8/5/2022思维点拨杆ab由静止开始加速下滑，由于电磁感应现象，杆受到随速度增大而增大的安培力，方向沿斜面向上当安培力大小等于重力沿斜面向下的分力时，杆ab速度达最大值解析(1)如图所示，杆ab受：重力mg，竖

7、直向下；支持力FN，垂直于斜面向上；安培力F，沿斜面向上第14页，共45页。8/5/2022(2)当ab杆速度为v时，感应电动势EBLv，此时电路中电流 ab杆受到安培力FBIL 根据牛顿运动定律，有mamgsinFmgsinagsin 第15页，共45页。8/5/2022(3)当a0时，ab杆有最大速度：答案(1)见解析图第16页，共45页。8/5/2022如图所示，水平光滑平行导轨间距L1m，左端接有阻值R1.5的定值电阻，在距左端s02m处垂直导轨放置一根质量m1kg、电阻r0.5的导体棒，导体棒与导轨始终保持良好接触，导轨的电阻可忽略，整个装置处在竖直向上的匀强磁场中第17页，共45页

8、。8/5/2022(1)若磁场的感应强度B随时间t变化的关系为B0.50.1t(式中B的单位为T，t的单位为s)，为使导体棒保持静止，求作用在导体棒上的水平拉力F随时间t变化的规律；(2)若磁场的磁感应强度B0.5T恒定，t0时导体棒在水平拉力F的作用下从静止开始向右做匀加速直线运动，已知t4s时F3N，求此时导体棒两端的电势差第18页，共45页。8/5/2022解析：(1)由法拉第电磁感应定律为使导体棒保持静止，则F应与安培力等大反向，即：(2)由牛顿第二定律：FBILma联立得：第19页，共45页。8/5/2022代入数据解得：a2m/s2，v8m/s，E4V，I2A电势差：UIR21.5

9、V3V.答案：(1)F(5t)102(N)(2)3V第20页，共45页。8/5/2022规律方法解决这类问题的基本方法：(1)根据导体的运动状态确定其受力情况(2)分析导体在运动过程中共有几个力对它做功(3)分析导体机械能的变化，用能量守恒定律得到其机械能的改变与回路中产生的焦耳热所满足的方程综合以上基本方法，对于电磁感应现象，我们应遵循这样的分析思路：第21页，共45页。8/5/2022(1)凡遇到求电流、电压、电功率等问题时，应把产生感应电动势的那部分导体(或线圈)当做电源，画出等效电路进行分析，计算求解(2)闭合电路中的导体在磁场中做切割磁感线运动产生了感应电流，此电流又受到磁场力的作用

10、，随着v的变化，感应电流也变化，因此导体的加速度、速度也变化遇到这类电学与力学的综合题，应进行动态分析，画出必要的受力分析平面图，应用力学、电学知识求解第22页，共45页。8/5/2022(3)电磁感应现象中图象问题的分析，要抓住磁通量的变化是否均匀，从而推知感应电动势(或电流)是否大小恒定，用楞次定律判断出感应电动势(或电流)的方向，从而确定其正负以及在坐标中的范围(4)涉及做功及能量的问题，要考虑使用能量守恒定律，在分析受力的基础上，弄清各力的做功情况及能量转化的方向第23页，共45页。8/5/2022【例2】如图所示，将边长为a、质量为m、电阻为R的正方形导线框竖直向上抛出，穿过宽度为b

11、、磁感应强度为B的匀强磁场，磁场的方向垂直纸面向里线框向上离开磁场时的速度刚好是进入磁场时的一半，线框离开磁场后继续上升一段高度，然后落下并匀速进入磁场整个运动过程中始终存在着大小恒定的空气阻力f且线框不发生转动求：第24页，共45页。8/5/2022分析线框匀速下落进入磁场时，受力平衡，线框上升阶段：重力和空气阻力均做负功，穿越磁场时，还有安培力做负功；线框下落阶段：重力做正功，空气阻力做负功，穿越磁场时，安培力做负功，用动能定理求解解析(1)下落阶段匀速进入，则有：第25页，共45页。8/5/2022(2)由动能定理知，离开磁场后的上升阶段有：(mgf)h下落阶段有：(mgf)h 代入数据

12、，联立解得：(3)分析线框在穿越磁场的过程中，设刚进入磁场时的速度为v0，由能量守恒有：第26页，共45页。8/5/2022又由题意知：v02v1第27页，共45页。8/5/2022总结提升本题把电磁感应、安培力、物体的运动等知识巧妙地结合在一起，涉及力的平衡、动能定理、能量守恒定律等知识，知识容量大第28页，共45页。8/5/2022如图所示，固定在水平光滑金属导轨，间距为L，左端接有阻值为R的电阻，处在方向竖直、磁感应强度为B的匀强磁场中，质量为m的导体棒与固定弹簧相连放在导轨上，导轨与导体棒的电阻均可忽略初始时刻，弹簧恰处于自然长度，导体棒具有水平向右的初速度v0，在沿导轨往复运动的过程

13、中，导体棒始终与导轨垂直并保持良好接触第29页，共45页。8/5/2022(1)求初始时刻导体棒受到的安培力(2)若导体棒从初始时刻到速度第一次为零时，弹簧的弹性势能为Ep，则这一过程中安培力所做的功W1和电阻R上产生的焦耳热Q1分别为多少？(3)导体棒往复运动，最终将静止于何处？从导体棒开始运动直到最终静止的过程中，电阻R上产生的焦耳热Q为多少？第30页，共45页。8/5/2022解析：(1)初始时刻棒中感应电动势EBLv0棒中感应电流I作用于棒上的安培力FBIL联立得：F由右手定则和左手定则判断可知，安培力方向水平向左第31页，共45页。8/5/2022(2)由功和能的关系，得安培力做功W

14、1Ep 电阻R上产生的焦耳热 (3)由能量转化及平衡条件等，可判断：棒最终将静止于初始位置第32页，共45页。8/5/2022第33页，共45页。8/5/2022【例3】如图所示，两根正对的平行金属直轨道MN、MN位于同一水平面上，两轨之间的距离l0.50m，轨道的M、M端之间接一阻值R0.40的定值电阻，N、N端与两条位于竖直面内的半圆形光滑金属轨道NP、NP平滑连接，两半圆轨道的半径均为R00.50m.直轨道的右端处于竖直向下、磁感应强度B0.64T的匀强磁场中，磁场区域的宽度d0.80m，且其右边界第34页，共45页。8/5/2022与NN重合现有一质量m0.20kg、电阻r0.10的导

15、体杆ab静止在距磁场的左边界s2.0m处在与导体杆垂直的水平恒力F2.0N的作用下ab杆开始运动，当ab杆运动至磁场的左边界时撤去F，结果导体杆ab恰好能以最小速度通过半圆形轨道的最高点PP.已知导体杆ab在运动过程中与轨道接触良好，且始终与轨道垂直，导体杆ab与直轨道之间的动摩擦因数0.10，轨道的电阻可忽略不计，取g10m/s2，求：第35页，共45页。8/5/2022(1)导体杆刚进入磁场时，通过导体杆上的电流大小和方向；(2)导体杆穿过磁场的过程中通过电阻R上的电荷量；(3)导体杆穿过磁场的过程中整个电路中产生的焦耳热第36页，共45页。8/5/2022解析(1)设导体杆在恒力F的作用

16、下运动至磁场的左边界时的速度为v1，根据动能定理有(Fmg)s 导体杆刚进入磁场时产生的感应电动势EBlv1此时通过导体杆上的电流大小IE/(Rr)3.8A(或3.84A)根据右手定则可知，电流方向为由b向a.第37页，共45页。8/5/2022(2)设导体杆在磁场中运动的时间为t，产生的感应电动势的平均值为E平均，则由法拉第电磁感应定律有E平均/tBld/t通过电阻R的感应电流的平均值I平均E平均/(Rr)通过电阻R的电荷量qIt0.512C(或0.51C)(3)设导体杆离开磁场时的速度大小为v2，运动到圆轨道最高点的速度为v3，因导体杆恰好能通过半圆形轨道的最高点，根据牛顿第二定律对导体杆

17、在轨道最高点时有第38页，共45页。8/5/2022对于导体杆从NN运动到PP的过程，根据机械能守恒定律有解得v25.0m/s导体杆穿过磁场的过程中损失的机械能此过程中电路中产生的焦耳热为QEmgd0.94J.第39页，共45页。8/5/2022(2009高考江苏卷)如图所示，两平行的光滑金属导轨安装在一光滑绝缘斜面上，导轨间距为l、足够长且电阻忽略不计，导轨平面的倾角为.条形匀强磁场的宽度为d，磁感应强度大小为B、方向与导轨平面垂直长度为2d的绝缘杆将导体棒和正方形的单匝线框连接在一起组成“”形装置，总质量为m，置于导轨上导体棒中通以大小恒为I的电流(由外接恒流源产生，图中未画出)线框的边长

18、为d(dl)，电阻为R，下边与磁场区域上边界重合将装置由静止释放，导体棒恰好运动到磁场区域下边界处返回，导体棒在整个运动过程中始终与导轨垂直重力加速度为g.求：第40页，共45页。8/5/2022(1)装置从释放到开始返回的过程中，线框中产生的焦耳热Q；(2)线框第一次穿越磁场区域所需的时间t1；(3)经过足够长时间后，线框上边与磁场区域下边界的最大距离xm.第41页，共45页。8/5/2022解析：(1)设装置由静止释放到导体棒运动到磁场下边界的过程中，作用在线框上的安培力做功为W由动能定理mgsin4dWBIld0且QW解得Q4mgdsinBIld(2)设线框刚离开磁场下边界时的速度为v1

19、，则接着向下运动2d由动能定理mgsin2dBIld0装置在磁场中运动时受到的合力FmgsinF第42页，共45页。8/5/2022感应电动势Bdv感应电流I安培力FBId由牛顿第二定律，在t到tt时间内，有v则v 有v1gt1sin 第43页，共45页。8/5/2022(3)经过足够长时间后，线框在磁场下边界与最大距离xm之间往复运动由动能定理mgsinxmBIl(xmd)0解得xm 第44页，共45页。8/5/2022现代人每天生活在纷繁、复杂的社会当中，紧张、高速的节奏让人难得有休闲和放松的时光。人们在奋斗事业的搏斗中深感身心的疲惫。然而，如果你细心观察，你会发现作为现代人，其实人们每天

20、都在尽可能的放松自己，调整生活节奏，追求充实快乐的人生。看似纷繁的社会里，人们的生活方式其实也不复杂。大家在忙忙碌碌中体味着平凡的人生乐趣。由此我悟出一个道理，那就是-生活简单就是幸福。生活简单就是幸福。一首优美的音乐、一支喜爱的歌曲，会让你心境开朗。你可以静静地欣赏你喜爱的音乐，可以在流荡的旋律中回忆些什么，或者什么都不去想；你可以一个人在房间里大声的放着摇滚，也可以在网上用耳麦与远方的朋友静静地共享；你还可以一边放送着音乐，一边做着家务.生活简单就是幸福。一杯清茶，或一杯咖啡，放在你的桌边，你的心情格外的怡然。你可以浏览当天的报纸，了解最新的国内外动态，哪怕是街头趣闻；或者捧一本自己喜欢的

21、杂志、小说，从字里行间获得那种特别的轻松和愉悦.生活简单就是幸福。经过精心的烹制，一桌可心的菜肴就在你的面前，你招呼家人快来品尝，再备上最喜欢的美酒，这是多么难得的享受！生活简单就是幸福。春暖花开的季节，或是清风送爽的金秋，你和家人一起，或是朋友结伴，走出户外，来一次假日的郊游，享受大自然带给你的美丽、芬芳。吸一口新鲜的空气，忘却都市的喧嚣，身心仿佛受到一番洗涤，这是一种什么样的轻松感受！生活简单就是幸福。你参加朋友们的一次聚会，那久违的感觉带给你温馨和激动，在觥酬交错之间你享受与回味真挚的友情。朋友，是那样的弥足珍贵.生活简单就是幸福。周末的夜晚，一家老小围坐在电视机旁，尽享团圆的欢乐现代人

22、越来越会生活，越来越会用各种不同的方式来放松自己。垂钓、上网、打牌、玩球、唱卡拉OK、下棋.不一而足。人们根据自己的兴趣爱好寻找放松身心的最佳方式，在相对固定的社交圈子里怡然的生活，而且不断的扩大交往的圈子，结交新的朋友有时，你会为新添置的一套漂亮时装而快乐无比；有时，你会为孩子的一次小考成绩优异而倍感欣慰；有时，你会为刚参加的一项比赛拿了名次而喜不自胜；有时，你会为完成了上司交给的一个任务而信心大增生活简单就是幸福！生活简单就是幸福，不意味着我们放弃了对目标的追逐，是在忙碌中的停歇，是身心的恢复和调整，是下一步冲刺的前奏，是以饱满的精力和旺盛的热情去投入新的“战斗”的一个“驿站”；生活简单就

23、是幸福，不意味着我们放弃了对生活的热爱，是于点点滴滴中去积累人生，在平平淡淡中寻求充实和快乐。放下沉重的负累，敞开明丽的心扉，去过好你的每一天。生活简单就是幸福！我的心徜徉于春风又绿的江南岸，纯粹，清透，雀跃，欣喜。原来，真正的愉悦感莫过于触摸到一颗不染的初心。人到中年，初心依然，纯真依然，情怀依然，幸甚至哉。生而为人，芳华刹那，真的不必太多要求，一盏茶，一本书，一颗笃静的心，三两心灵知己，兴趣爱好一二，足矣。亦舒说：“什么叫做理想生活？不用吃得太好穿得太好住得太好，但必需自由自在，不感到任何压力，不做工作的奴隶，不受名利的支配，有志同道合的伴侣，活泼可爱的孩子，丰衣足食，已经算是理想。”时间

24、如此猝不及防，生命如此仓促，忠于自己的内心才是真正的勇敢，以不张扬的姿态，将自己活成一道独一无二的风景，才是最大的成功。试问，你有多久没有靠在门槛上看月亮了，你有多久没有在家门口的那棵大树下乘凉了，你有多久没有因为一个人一件事而心生感动了，你又有多久没有审视自己的内心了？与命运的较量中，我们被迫前行，却忘记了来时的方向；我们习惯了飞翔，却成了无脚的鸟。年轻时我们并不了解自己，不知道自己需要什么。不知道什么才是自己最想要的，什么才是最适合自己的，自己又是怎么样的一个人。”时光叠加，沧桑有痕，终究懂得，漫漫人生路，得失爱恨别离，不过是生命的常态。原来，人生最曼妙的风景，就是那颗没被俗世河流污染的初

25、心。大千世界，有很多的东西可以去热爱，或许一株风中摇曳的小草，一朵迎风招展的小花，一条弯弯曲曲的小河，都足够让我们触摸迷失的初心。紫陌红尘，芸芸众生，皆是过客。若时光允许，我愿意一生柔软，爱了樱桃，爱芭蕉，静守于轮回的渡口，揣一颗云水禅心，将寂寞坐断，将孤独守成一帧最美的山水画卷。一直渴盼着，与心悦的人相守于古朴的小院，守着老旧的光阴，只闻花香，不谈悲喜，读书喝茶，不争朝夕。阳光暖一点，再暖一点，日子慢一些，再慢一些，从容而优雅地老去。浮生荡荡，阳春白雪，触目横斜千万朵，赏心不过两三枝；任凭弱水三千，只取一瓢饮。有梦的季节，有爱的润泽，走过的日子，都会成为笔尖温润如玉的诗篇。相信越是走到最后，剩下的唯有一颗向真向善向美的初心。似水流年，如花美眷，春潮带雨晚来急，野渡无人舟自横朝花夕拾，当回望过往，你是此生无憾，还是满心懊悔呢？随着芳华的流逝，我们终究会明白：任何的财富都比不上精神上的愉悦，任何的快感都不及对初心的执着。愿你不趋炎附势，不阿谀奉迎，不苟且偷生，不虚掷有限的年华，活出属于自己的风采，活在每一个当下，不忘初心，不负今生曾经有人说，成大事者必经以下三种境界：“昨夜西风凋碧树，独上高楼，望尽天涯路”，此第一境界也;“衣带渐宽终不悔，为伊消得人憔悴”，此第