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高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第二册第二节 法拉第电磁感应定律多媒体教学ppt课件
展开一、法拉第电磁感应定律1.填一填(1)感应电动势:在 现象中产生的电动势。(2)感应电动势与感应电流的关系① 电路中有感应电动势就有感应电流。②电路不闭合,则没有感应 ,但仍有感应 。
(3)影响感应电动势大小的因素①实验装置②实验记录
2.判一判(1)电路中有感应电动势,一定产生感应电流。( )(2)穿过某回路的磁通量越大,产生的感应电动势就越大。( )(3)闭合电路垂直放入磁场中,当磁感应强度很大时,感应电动势可能为0。( )3.想一想感应电动势和磁通量都和线圈的匝数成正比吗?提示:感应电动势的大小和线圈匝数成正比,但磁通量和线圈的匝数无关。
(3)等效电源切割磁感线的导线等效为一个电源,其电流方向由负极流向正极,可由 判断导线的电流方向。(4)导线切割磁感线过程的能量转化 ①导线切割磁感线产生的电能是通过其他外力克服 做功转化而来的, 克服 做了多少功,就有多少电能产生。 ②电能又通过 做功转化为其他形式的能,整个过程遵守能量守恒定律。
2.判一判(1)只要导体棒的速度方向与磁场方向垂直,导体棒运动产生的电动势即为E=BLv。 ( )(2)闭合电路在匀强磁场中做切割磁感线的运动,电路中就一定有感应电流。( )(3)如图所示,导体棒平动切割磁感线产生的电动势为BLv。 ( )
3.选一选如图所示,在磁感应强度为B、方向垂直金属导轨所在平面向里的匀强磁场中,金属杆MN在平行金属导轨上以速度v向右匀速滑动,MN中产生的感应电动势为E1;若磁感应强度增大为2B,其他条件不变,MN中产生的感应电动势变为E2。通过电阻R的电流方向及E1与E2之比E1∶E2分别为( )A.c→a,2∶1 B.a→c,2∶1C.a→c,1∶2 D.c→a,1∶2解析:由右手定则判断可得,电阻R上的电流方向为a→c,由E=BLv知E1=BLv,E2=2BLv,则E1∶E2=1∶2,故选项C正确。答案:C
b.物理意义:揭开了机械能转化为电能的序幕。(3)航母阻拦技术①阻拦索阻拦模型a.示意图b.缺点:对阻拦索的硬度和韧性要求较高,制造难度大,且易出现疲劳和老化等问题。
②电磁阻拦模型a.示意图b.工作原理:飞机着舰后拉着金属棒一起做切割磁感线运动,受到安培力的阻碍作用,从而使飞机快速停止。c.优点:减少了对阻拦索的依赖,提高了飞机着舰的安全性与可靠性。
2.判一判(1)汽车通过“电子眼”处的速度越大,线圈中的电流越大,汽车通过两线圈间的时间越短。( )(2)法拉第圆盘发电机转动时,圆盘中心的电势高于圆盘边缘的电势。( )(3)飞机着舰的速度越大,其后拖着的金属棒产生的阻力也越大。( )
探究(一) 法拉第电磁感应定律的理解及应用[问题驱动] 如图所示,将条形磁铁从同一高度插入线圈中,快速插入和缓慢插入有什么相同和不同?提示:线圈中的磁通量变化相同,但磁通量变化快慢不同。快速插入时电流表指针偏转角度较大。
典例1 如图甲所示,一个圆形线圈匝数n=1 000匝、面积S=2×10-2 m2、电阻r=1 Ω。在线圈外接一阻值为R=4 Ω的电阻。把线圈放入一个匀强磁场中,磁场方向垂直线圈平面向里,磁场的磁感应强度B随时间变化规律如图乙所示。求:(1)0~4 s内,回路中的感应电动势;(2)t=5 s时,a、b两点哪点电势高;(3)t=5 s时,电阻R两端的电压U。
【素养训练】1.(2021·惠州高二检测)下列说法正确的是( )A.线圈中的磁通量变化越大,线圈中产生的感应电动势就越大B.线圈中的磁通量变化越快,线圈中产生的感应电动势就越大C.线圈中的磁通量越大,线圈中产生的感应电动势就越大D.线圈放在磁场越强的地方,线圈中产生的感应电动势就越大解析:线圈中磁通量的改变量越大,不能得出磁通量的变化率越大,所以感应电动势不一定越大,故A错误;线圈中磁通量变化越快,即磁通量的变化率越大,所以感应电动势一定越大,B正确;穿过线圈的磁通量越大,不能得出磁通量的变化率越大,所以感应电动势不一定越大,故C错误;感应电动势和磁感应强度的大小无关,D错误。答案:B
2.(多选)单匝线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动,穿过线圈的磁通量随时间变化的图像如图所示,则( )A.在t=0时,线圈中磁通量最大,感应电动势也最大B.在t=1×10-2 s时,感应电动势最大C.在t=2×10-2 s时,感应电动势为零D.在0~2×10-2 s时间内,线圈中感应电动势的平均值为零
典例2 如图所示,水平放置的两平行金属导轨相距L=0.50 m,左端接一电阻R=0.20 Ω,磁感应强度B=0.40 T的匀强磁场方向垂直于导轨平面向下,导体棒ac(长为L)垂直放在导轨上,并能无摩擦地沿导轨滑动,导轨和导体棒的电阻均可忽略不计。当ac棒以v=4.0 m/s的速度水平向右匀速滑动时,求:(1)ac棒中感应电动势的大小。(2)回路中感应电流的大小。(3)维持ac棒做匀速运动的水平外力的大小。
[解题指导] 本题可按以下思路进行分析:
(3)ac棒受到的安培力大小为F安=BIL=0.40×4.0×0.50 N=0.80 N,由左手定则知,安培力方向水平向左。由于导体棒匀速运动,水平方向受力平衡,则F外=F安=0.80 N,方向水平向右。[答案] (1)0.80 V (2)4.0 A (3)0.80 N
导体棒切割磁感线产生的电动势的基本步骤(1)导体棒切割磁感线,导体棒充当电路中的电源。(2)B、v、L两两垂直。(3)不垂直时要找有效部分。
【素养训练】1. 歼-20战斗机是中航工业成都飞机工业集团公司研制的第五代战斗机,如图所示,机身长为L,机翼两端点C、D的距离为d。歼-20在我国近海海域上空以速度v沿水平方向直线飞行,已知歼-20所在空间地磁场磁感应强度的竖直分量方向向下、大小为B,C、D两点间的电压为U。则( )A.U=BLv,C点电势高于D点电势B.U=BLv,D点电势高于C点电势C.U=Bdv,C点电势高于D点电势D.U=Bdv,D点电势高于C点电势
解析:歼-20在北半球的上空以速度v水平飞行,切割地磁场磁感应强度的竖直分量,切割的长度等于机翼两端点间的距离,所以U=Bdv,根据右手定则可知,感应电动势的方向由C指向D,所以D点的电势高于C点的电势,故D正确,A、B、C错误。答案:D
2. 一根弯成直角的导线放在B=0.4 T的匀强磁场中,如图所示,ab=30 cm,bc=40 cm,当导线以5 m/s的速度做切割磁感线运动时,可产生的最大感应电动势的值为 ( )A.1.4 V B.1.0 VC.0.8 V D.0.6 V解析:由题易得ac=50 cm,当切割磁感线的有效长度L=ac=50 cm时,产生的感应电动势最大,最大值Em=BLv=1.0 V,选项B正确。答案:B
探究(三) 平均电动势与瞬时电动势的求解【重难释解】平均电动势与瞬时电动势的比较
典例3 如图所示,边长为0.1 m的正方形线圈ABCD在大小为0.5 T的匀强磁场中以AD边为轴匀速转动。初始时刻线圈平面与磁感线平行,经过1 s线圈转过了90°,求:(1)线圈在1 s时间内产生的感应电动势的平均值;(2)线圈在1 s末时的感应电动势大小。
【素养训练】1.(2021·深圳高二检测)如图所示,一导线弯成半径为a的半圆形闭合回路。虚线MN右侧有磁感应强度为B的匀强磁场,方向垂直于回路所在的平面。回路以速度v向右匀速进入磁场,直径CD始终与MN垂直。从D点到达边界开始到C点进入磁场为止,下列结论错误的是( )
一、培养创新意识和创新思维1.(选自鲁科版新教材课后练习)(多选) 有一种非接触式电源供应系统,这种系统基于电磁感应原理可无线传输电力。其工作原理可用两个左右相邻或上下相对的线圈来说明,如图所示。下列说法正确的是 ( )A.若线圈A中输入电流,则线圈B中会产生感应电动势B.只有线圈A中输入变化的电流,线圈B中才会产生感应电动势C.线圈A中电流越大,线圈B中感应电动势也越大D.线圈A中电流变化越快,线圈B中感应电动势越大
解析:根据感应电动势产生的条件,只有线圈A中输入变化的电流,线圈B中的磁通量才会发生变化,线圈B中才会产生感应电动势,且线圈A中电流变化越快,线圈B中磁通量变化也越快,线圈B中的感应电动势越大,故A、C错误,B、D正确。答案:BD
2.(2021年1月新高考8省联考·福建卷)(多选)由螺线管、电阻和水平放置的平行板电容器组成的电路如图(a)所示。其中,螺线管匝数为N,横截面积为S1;电容器两极板间距为d,极板面积为S2,板间介质为空气(可视为真空)。螺线管处于竖直向上的匀强磁场中,磁感应强度大小B随时间t变化的Bt图像如图(b)所示。一电荷量为q的颗粒在t1~t2时间内悬停在电容器中,重力加速度大小为g,静电力常量为k。则( )
二、注重学以致用和思维建模3. (2021·北京高二检测)如图所示,几位同学在做“摇绳发电”实 验。把一条长导线的两端连在一个灵敏电流计的两个接线柱上, 形成闭合回路。两个同学迅速摇动AB这段“绳”。假设图中情景发生在赤道,地磁场方向与地面平行,由南指向北。图中摇“绳”同学是沿东西站立的,甲同学站在西边,手握导线的A点,乙同学站在东边,手握导线的B点。则下列说法正确的是 ( )A.当“绳”摇到最高点时,“绳”中电流最大B.当“绳”摇到最低点时,“绳”受到的安培力最大C.当“绳”向下运动时,“绳”中电流从A流向BD.在摇“绳”过程中,A点电势总是比B点电势高
解析:当“绳”摇到最高点时,绳转动的速度与地磁场方向平行,不切割磁感线,感应电流最小,故A错误。当“绳”摇到最低点时,绳转动的速度与地磁场方向平行,不切割磁感线,感应电流最小,绳受到的安培力也最小,故B错误。当“绳”向下运动时,地磁场向北,根据右手定则判断可知,“绳”中电流从A流向B,故C正确。在摇“绳”过程中,当“绳”向下运动时,“绳”中电流从A流向B,A点相当于电源的负极,B点相当于电源正极,则A点电势比B点电势低;当“绳”向上运动时,“绳”中电流从B流向A,B点相当于电源的负极,A点相当于电源正极,则B点电势比A点电势低,故D错误。答案:C
4.(多选)某同学在实验室里熟悉各种仪器的使用,他将一条形磁铁放在水平转盘上,如图甲所示,磁铁可随转盘转动,另将一磁感应强度传感器固定在转盘旁边。当转盘(及磁铁)转动时,引起磁感应强度测量值周期性地变化,该变化的周期与转盘转动周期一致。经过操作,该同学在计算机上得到了如图乙所示的图像。该同学猜测磁感应强度传感器内有一线圈,当测得磁感应强度最大时就是穿过线圈的磁通量最大时。按照这种猜测 ( )
A.在t=0.1 s时刻,线圈内产生的感应电流的方向发生了变化B.在t=0.15 s时刻,线圈内产生的感应电流的方向发生了变化C.在t=0.1 s时刻,线圈内产生的感应电流的大小达到了最大值D.在t=0.15 s时刻,线圈内产生的感应电流的大小达到了最大值解析:根据题图乙可知,t=0.1 s时刻磁感应强度达到最大,并且突然从增大变为减小,变化率也达到最大,所以感应电流应该最大并且改变方向。故A、C正确。答案:AC
5.(多选) 汽车上的小明突然不由自主地向前倾去,原来是遇到了红灯,汽车刹车。小明想,刹车过程中,汽车动能因摩擦转化为内能而无法再回收利用,何不在车厢底部靠近车轮处固定永久磁铁,在刹车时接通装在车轮上的线圈,这样就可以利用电磁感应原理,将汽车的一部分动能转化为电能,从而回收一部分能量。如图所示为小明的设计,扇形区域匀强磁场的磁感应强度为B,五个形状与磁场边界形状完全相同的线圈均匀地固定在车轮内侧,已知车轴到线圈内侧的距离为r1,到线圈外侧的距离为r2,车轮的半径为R,设某次刹车过程中某时刻的车速为v,则此时( )
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评课ppt课件: 这是一份高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第二册第三节 电磁感应定律的应用评课ppt课件,共53页。PPT课件主要包含了课前·自主预习,法拉第发电机,法拉第,闭合电路,a→O,电磁阻尼应用,电磁阻尼,微思考,感应电流的应用,感应电流等内容,欢迎下载使用。
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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多媒体教学课件ppt: 这是一份高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第二册第三节 电磁感应定律的应用多媒体教学课件ppt,共16页。PPT课件主要包含了学习目标,电势高低的判断,强化训练等内容,欢迎下载使用。