高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第二册第三节 电磁感应定律的应用课文内容ppt课件

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必备知识 自主学习
三、航母阻拦技术航母阻拦技术的原理是飞机着舰时钩住轨道上的一根金属棒并关闭动力系统，金属棒在磁场中做 运动而受到 作用使飞机做 运动，电磁阻拦减少了对阻拦索的依赖，提高了飞机着舰的安全性和可靠性。
2．情景思考夏天将到，在北半球，当我们抬头观看教室内的电扇时，发现电扇正在逆时针转动(扇叶OA长为L)。金属材质的电扇示意图如图所示，由于地磁场的存在，试确定A、O两点的电势高低及电势差的大小。
要点1　电磁感应中的电路问题 1．对电源的理解(1)在电磁感应现象中，产生感应电动势的那部分导体相当于电源，如切割磁感线的导体棒、内有磁通量变化的线圈等，这种电源将其他形式的能转化为电能。
(2)判断感应电流和感应电动势的方向，都是利用相当于电源的部分根据右手定则或楞次定律判定的。实际问题中应注意外电路电流由高电势处流向低电势处，而内电路则相反。
2．对电路的理解(1)内电路是切割磁感线的导体或磁通量发生变化的线圈，外电路由电阻、电容等电学元件组成。(2)在闭合电路中，相当于“电源”的导体两端的电压与真实的电源两端的电压一样，等于路端电压，而不等于感应电动势。
4．解决电磁感应中的电路问题的基本思路(1)明确哪部分导体或电路产生感应电动势，该导体或电路相当于电源，其他部分是外电路。(2)用法拉第电磁感应定律或切割磁感线公式确定感应电动势的大小，用楞次定律或右手定则确定感应电动势的方向。(3)分清内外电路，画出等效电路图。(4)运用闭合电路欧姆定律、串并联电路特点、电功率、电热等公式联立求解。
[答案]　(1)2.5 V　B→A方向　(2)1.7 V
导体棒在匀强磁场运动过程中的变与不变(1)外电阻的变与不变若外电路由无阻导线和定值电阻构成，导体棒运动过程中外电阻不变；若外电路由考虑电阻的导线组成，导体棒运动过程中外电阻改变。(2)内电阻与电动势的变与不变切割磁感线的有效长度不变，则内电阻与电动势均不变。反之，则发生变化。处理电磁感应过程中的电路问题时，需特别关注电动势及内、外电阻是否变化。
针对训练1.(多选)法拉第圆盘发电机的示意图如图所示。铜圆盘安装在竖直的铜轴上，两铜片P、Q分别与圆盘的边缘和铜轴接触。圆盘处于方向竖直向上的匀强磁场B中。圆盘旋转时，关于流过电阻R的电流，下列说法正确的是(　　)
A．若圆盘转动的角速度恒定，则电流大小恒定B．若从上向下看，圆盘顺时针转动，则电流沿a到b的方向流动C．若圆盘转动方向不变，角速度大小发生变化，则电流方向可能发生变化D．若圆盘转动的角速度变为原来的2倍，则电流在R上的热功率也变为原来的2倍
2．如图所示，ab、cd为足够长、水平放置的光滑固定导轨，导体棒MN的长度为L＝2 m，电阻r＝1 Ω，有垂直abdc平面向下的匀强磁场，磁感应强度B＝1.5 T，定值电阻R1＝4 Ω，R2＝20 Ω，当导体棒MN以v＝4 m/s的速度向左做匀速直线运动时，电流表的示数为0.45 A，灯泡L正常发光。求：
(1)导体棒切割磁感线产生的感应电动势和灯泡L的额定电压；(2)维持导体棒匀速运动的外力功率为多大；(3)正常发光时灯泡L的电阻值。
解析：(1)导体棒MN产生的感应电动势为：E＝BLv＝1.5×2×4 V＝12 Vb、d间并联电压为：Ubd＝UL＝U2＝I2R2＝0.45×20 V＝9 V。(2)由闭合电路欧姆定律得：E＝U2＋I(r＋R1)解得通过导体棒的电流为：I＝0.6 A根据能量守恒可得，维持导体棒匀速运动的外力功率等于整个装置产生的总电功率
答案：(1)12 V　9 V　(2)7.2 W　(3)60 Ω
要点2　电磁感应中的动力学问题 1．通电导体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：(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)求回路中电流的大小和方向。(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)两种状态的处理：达到稳定运动状态后，导体匀速运动，受力平衡，应根据平衡条件合力为零列式分析平衡态；导体达到稳定运动状态之前，往往做变加速运动，处于非平衡态，应根据牛顿第二定律或结合功能关系分析非平衡态。
(1)由b向a方向看到的装置如图乙，在此图中画出ab杆下滑过程中某时刻的受力示意图；(2)在加速下滑时，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。[思路点拨]　由电磁感应定律确定安培力表达式，根据受力分析，利用牛顿第二定律列方程；根据方程确定最大速度的表达式。
电磁感应与力学问题的解题思路导体切割磁感线时，感应电动势E＝BLv，与导体的速度v有关，而E影响I→I影响安培力F安→安培力影响合力F(或加速度a)→合力影响运动的速度v……周而复始，相互牵连，最后达到恒定速度(收尾速度)时导体处于平衡状态，受到平衡力的作用。因此涉及电磁感应的力和运动往往都是动态变化，正确的运动分析和受力分析是解决问题的关键。
针对训练3.(多选)如图所示，有两根和水平方向成α角的光滑平行的金属轨道，间距为L，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，磁感应强度为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，金属杆的速度会趋于一个最大速度vm，除R外其余电阻不计，则(　　)A．如果B变大，vm将变大B．如果α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
4.如图所示，竖直平面内有足够长的金属导轨，轨间距为0.2 m，金属导体ab可在导轨上无摩擦地上下滑动，ab的电阻为0.4 Ω，导轨电阻不计，导体ab的质量为0.2 g，垂直纸面向里的匀强磁场的磁感应强度为0.2 T，且磁场区域足够大，当导体ab自由下落0.4 s时，突然闭合开关S，则：(1)试说出S接通后，导体ab的运动情况；(2)导体ab匀速下落的速度是多少？(g取10 m/s2)
答案：(1)先做竖直向下的加速度逐渐减小的减速运动，后做匀速运动　(2)0.5 m/s
1.一架直升机停在南半球的地磁极上空，该处地磁场的方向竖直向上，磁感应强度为B。直升机螺旋桨叶片的长度为L，螺旋桨转动的频率为f，顺着地磁场的方向看螺旋桨，螺旋桨按顺时针方向转动。螺旋桨叶片的近轴端为a，远轴端为b，如图所示。如果忽略a到转轴中心线的距离，用E表示每个叶片中的感应电动势，则(　　)
A．E＝πfL2B，且a点电势低于b点电势B．E＝2πfL2B，且a点电势低于b点电势C．E＝πfL2B，且a点电势高于b点电势D．E＝2πfL2B，且a点电势高于b点电势
2．粗细均匀的电阻丝围成如图所示的线框，置于正方形有界匀强磁场中，磁感应强度为B，方向垂直于线框平面，图中ab＝bc＝2cd＝2de＝2ef＝2fa＝2L。现使线框以同样大小的速度v匀速沿四个不同方向平动进入磁场，并且速度方向始终与线框先进入磁场的那条边垂直，则在通过如图所示位置时，下列说法中正确的是(　　)
A．ab两点间的电势差图①中最大B．ab两点间的电势差图②中最大C．回路电流图③中最大D．回路电流图④中最小
3.如图所示，质量为m的金属环用线悬挂起来，金属环有一半处于水平且与环面垂直的匀强磁场中，从某时刻开始，磁感应强度均匀减小，则在磁感应强度均匀减小的过程中，关于细线拉力大小的下列说法中正确的是(　　)A．大于环重力mg，并逐渐减小B．始终等于环重力mgC．小于环重力mg，并保持恒定D．大于环重力mg，并保持恒定
4.如图所示，在一匀强磁场中有一U形导线框abcd，线框处于水平面内，磁场与线框平面垂直，R为一电阻，ef为垂直于ab的一根导体杆，它可在ab、cd上无摩擦地滑动。杆ef及线框中导线的电阻都可不计。开始时，给ef一个向右的初速度，则(　　)A．ef将减速向右运动，但不是匀减速B．ef将匀减速向右运动，最后停止C．ef将匀速向右运动D．ef将往返运动
5.如图所示，在竖直向下的磁感应强度为B的匀强磁场中，有两根水平放置且足够长的平行金属导轨AB、CD，在导轨的A、C端连接一阻值为R的电阻。一根质量为m、长度为L的金属棒ab垂直导轨放置，导轨和金属棒的电阻不计，金属棒与导轨间的动摩擦因数为μ。若用恒力F沿水平方向向右拉金属棒使其运动，求金属棒的最大速度。