物理选择性必修 第二册第二章 电磁感应第三节 电磁感应定律的应用教课内容ppt课件

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课时1　法拉第电机、电磁感应中的电路问题
知识点一　法拉第电机1.原理.如图，把圆盘看作是由无数根长度等于半径的紫铜导体组成的，在转动圆盘时，每根辐条都做切割磁感线的运动，电路中便有了持续不断的电流.2.应用.（1）在法拉第电机中，产生感应电动势的那部分导体相当于电源.（2）法拉第电机与其他部分的导体或线框构成闭合电路，遵从闭合电路欧姆定律.3.电流方向.在电源内部，感应电流方向从电源的负极流向正极；在外电路中，电流从电源的正极经用电器流向负极.
知识点二　电磁感应中的能量转化1.电磁感应中的能量：在由导体切割磁感线产生的电磁感应现象中，导体克服安培力做多少功，就有多少其他形式的能转化为电能，即电能是通过克服安培力做功转化来的.2.电磁感应现象符合能量守恒定律.
小试身手1.如图所示，一个绕圆心轴MN匀速转动的金属圆盘，匀强磁场垂直于圆盘平面，磁感应强度为B，圆盘中心和圆盘边缘通过电刷与螺线管相连，圆盘转动方向如图所示，则下述结论中正确的是（　　）A.圆盘上的电流由圆心流向边缘B.圆盘上的电流由边缘流向圆心C.金属圆盘上各处电势相等D.螺线管产生的磁场，F端为N极
解析：当圆盘转动方向如题图所示时，根据右手定则可判断出圆盘上的感应电流方向是从圆心流向边缘的，故A正确，B错误；由于圆盘上存在感应电流，故其上的电势并不相等，C错误；由螺线管中的电流方向，由安培定则可判断出E端为N极，故D是错误的.
2.如图所示，一闭合的小金属环用一根绝缘细杆挂在固定点O处，使金属圆环在竖直线OO′的两侧来回摆动的过程中穿过水平方向的匀强磁场区域，磁感线的方向和水平面垂直，若悬点摩擦和空气阻力均不计，则（　　）A.金属环每次进入和离开磁场区域都有感应电流，而且感应电流的方向相同B.金属环进入磁场区域后越靠近OO′线时速度越大，而且产生的感应电流越小C.金属环开始摆动后，摆角会越来越小，摆角小到某一值后不再减小D.金属环在摆动过程中，机械能将全部转化为环中的电能
解析：当金属环进入或离开磁场区域时磁通量发生变化，都会产生感应电流，金属环进入磁场时，磁通量增大，离开磁场时磁通量减小，根据楞次定律得知两个过程感应电流的方向相反，故A错误；金属环进入磁场后，由于没有磁通量的变化，因而圆环中没有感应电流，不受磁场力作用，离平衡位置越近，则速度越大，故B错误；由于从左侧摆到右侧的过程中，线框中磁通量发生变化，因而产生感应电流，线框中将产生焦耳热，根据能量守恒知线框的机械能不断减少，故在左侧线框的高度将高于起始时右侧的高度，所以摆角会越来越小，当环完全在磁场中来回摆动时，磁通量不变，没有感应电流，圆环的机械能守恒，摆角不变，在磁场区域来回摆动，故C正确，D错误.
探究一　法拉第电机原理，转动切割电动势的计算1.感应电动势的高低.图中导体棒ab在转动切割磁感线时产生感应电动势，相当于电源，如果它与用电器连接构成闭合电路，则产生的感应电流方向由b向a（右手定则），而电源内部电流方向是由负极流向正极，所以a相当于电源的正极，b相当于电源的负极，即a端电势高于b端电势.
2.导体转动切割磁感线产生的电动势的计算.如图所示，长为L的导体棒Oa以O为圆心，以角速度ω在磁感应强度为B的匀强磁场中匀速转动，感应电动势大小可用两种方法分析.
1.如图所示，在蹄形磁铁的两极间有一可以自由转动的铜盘（不计各种摩擦），现让铜盘转动.下面对观察到的现象的描述及解释正确的是（　　）A.铜盘中没有感应电动势、没有感应电流，铜盘将一直转动下去B.铜盘中有感应电动势、没有感应电流，铜盘将一直转动下去C.铜盘中既有感应电动势又有感应电流，铜盘将很快停下D.铜盘中既有感应电动势又有感应电流，铜盘将越转越快
解析：铜盘转动时，根据法拉第电磁感应定律及楞次定律知，盘中有感应电动势，也产生感应电流，并且受到阻尼作用，机械能很快转化为电能进而转化为焦耳热，铜盘将很快停下，故C正确，A、B、D错误.
3.长为l的金属棒ab以a点为轴在垂直于匀强磁场的平面内以角速度ω做匀速转动，如图所示，磁感应强度为B，求：（1）ab棒各点的平均速率；（2）ab两端的电势差；（3）经时间Δt金属棒ab所扫过面积中磁通量为多少？此过程中平均感应电动势多大？
探究二　电磁感应中的电路问题1.对电磁感应中电源的理解.（1）切割磁感线运动的导体或磁通量发生变化的线圈相当于电源.（2）电源的正负极、感应电流的方向、电势的高低、电容器极板带电问题，可用右手定则或楞次定律判定.
2.内电路和外电路.相当于电源的部分导体或线圈相当于内电路，其余部分是外电路.3.对电磁感应电路的理解.（1）在电磁感应电路中，相当于电源的部分把其他形式的能转化为电能.（2）“电源”两端的电压为路端电压，而不是感应电动势.（3）路端电压：U＝IR＝E－Ir.
【典例2】　面积S＝0.2 m2、n＝100匝的圆形线圈，处在如图所示的磁场内，磁感应强度随时间t变化的规律是B＝0.02t（T），电阻R＝3 Ω，电容器的电容C＝30 μF，线圈电阻r＝1 Ω，求：（1）通过R的电流方向和4 s内通过导线横截面的电荷量；（2）电容器的电荷量.
4.如图所示，用粗细相同的铜丝做成边长分别为L和2L的两只闭合线框a和b，以相同的速度从磁感应强度为B的匀强磁场区域中匀速地拉到磁场外，不考虑线框的重力，若闭合线框的电流分别为Ia、Ib，则Ia∶Ib为（　　）A.1∶4　 B.1∶2　 C.1∶1　 D.不能确定
探究三　电磁感应现象中的图像问题1.题型特点.一般可把图像问题分为三类：（1）由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图像；（2）由给定的有关图像分析电磁感应过程，求解相应的物理量；（3）根据图像定量计算.2.解题关键.弄清初始条件，正负方向的对应，明确斜率的含义，变化范围，所研究物理量的函数表达式；进、出磁场的转折点是解决问题的关键.
3.解决图像问题的一般步骤.（1）明确图像的种类，即是B-t图像还是Φ-t图像，或者是E-t图像、I-t图像等；（2）分析电磁感应的具体过程；（3）用右手定则或楞次定律确定方向对应关系；（4）结合法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿运动定律等规律写出函数关系式；（5）根据函数关系式，进行数学分析，如分析斜率的变化、截距等.（6）画出图像或判断图像.
【典例3】　一矩形线圈位于一随时间t变化的匀强磁场内，磁场方向垂直线圈所在的平面（纸面）向里，如图所示.以I表示线圈中的感应电流，以图中线圈所示方向的电流为正，则下列选项图中的I-t图像正确的是（　　）
电磁感应的图像问题解题技巧选择电磁感应方面的图像时，往往对图像采用部分图线否定法易正确选出答案.（线圈或导体刚进入时、刚离开时的电流有无、方向、大小变化情况，全部进入后运动中的电流有无，部分否定图线.）
6.在竖直向上的匀强磁场中，水平放置一个不变形的单匝金属圆线圈，规定线圈中感应电流的正方向如图甲所示，当磁场的磁感应强度B随时间t如图乙变化时，选项图中能正确表示线圈中感应电动势E变化的是（　　）
7.如图所示，在空间中存在两个相邻的、磁感应强度大小相等、方向相反的有界匀强磁场，其宽度均为L.现将宽度也为L的矩形闭合线圈，从图中所示位置垂直于磁场方向匀速拉过磁场区域，则在该过程中，下列选项中能正确反映线圈中所产生的感应电流或其所受的安培力随时间变化的图像是（　　）
解析：由楞次定律可知，当矩形闭合线圈进入磁场和出磁场时，磁场力总是阻碍线圈的运动，方向始终向左，所以外力始终水平向右，因安培力的大小不同且在中间时最大，D正确，C错误.当矩形闭合线圈进入磁场时，由法拉第电磁感应定律判断，感应电流的大小在中间时是最大的，选项A、B错误.