物理选择性必修 第二册第二章 电磁感应综合与测试课堂教学ppt课件

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专题一　“三定则一定律”的应用1.适用于不同现象(“左”判“力”,“右”判“电”,安培定则“磁感线”)安培定则适用于运动电荷或电流产生的磁场;左手定则判定磁场对运动电荷或通电导线作用力的方向;右手定则判定部分导体切割磁感线产生的感应电流的方向;楞次定律判断电磁感应中感应电动势和感应电流的方向。2.左手定则和右手定则的因果关系不同左手定则是因为有电,结果是受力,即“因电而动”;右手定则是因为受力运动,而结果是有电,即“因动而电”。
例1 在水平面上放置两个完全相同的带中心轴的金属圆盘(电阻不为零),它们彼此用导线把中心轴和对方圆盘的边缘相连接,组成电路如图所示,一匀强磁场穿过两圆盘垂直向外,若不计一切摩擦,当a盘在外力作用下做逆时针转动时,转盘b(　　)A.沿与a盘相同的方向转动B.沿与a盘相反的方向转动C.转动的角速度可能大于a盘的角速度D.转动的角速度可能等于a盘的角速度
解析:如图所示,金属圆盘可看作由多根金属辐条组成,a盘在外力作用下逆时针转动时,圆盘切割磁感线,由右手定则判知,电动势方向为由O1→A,在闭合电路中有方向为O1AO2BO1的感应电流,而对b盘,由左手定则和能量守恒定律判知,b盘顺时针转动且其转动的角速度一定小于a盘的角速度,选项B正确。
变式训练1(多选)如图所示,在匀强磁场中放置一个电阻不计的平行金属导轨,导轨跟大线圈M相连,导轨上放一根导线ab,磁感线垂直于导轨所在平面,欲使M所包围的小闭合线圈N产生顺时针方向的感应电流,则导线的运动情况可能是(　　)A.匀速向右运动B.加速向右运动C.减速向右运动D.加速向左运动
解析:导线ab匀速向右运动时,导线ab产生的感应电动势和感应电流恒定不变,大线圈M产生的磁场恒定不变,穿过小线圈N中的磁通量不变,没有感应电流产生,故A错误; 导线ab加速向右运动时,导线ab中产生的感应电动势和感应电流增加,由右手定则判断出来ab电流方向由a→b,根据安培定则判断可知,M产生的磁场方向垂直纸面向里,穿过N的磁通量增大,由楞次定律判断得知,线圈N产生逆时针方向的感应电流,不符合题意,故B错误;导线ab减速向右运动时,导线ab产生的感应电动势和感应电流减小,由右手定则判断出来ab电流方向由a→b,根据安培定则判断可知,M产生的磁场方向垂直纸面向里,穿过N的磁通量减小,由楞次定律判断得知,线圈N产生顺时针方向的感应电流,故C正确;导线ab加速向左运动时,导线ab中产生的感应电动势和感应电流增加,由右手定则判断出来ab电流方向由b→a,根据安培定则判断可知,M产生的磁场方向垂直纸面向外,穿过N的磁通量增大,由楞次定律判断得知,线圈N产生顺时针方向的感应电流,故D正确。答案:CD
专题二　电磁感应中的力学问题解决这类问题的关键在于通过运动状态的分析来寻找过程中的临界状态,如速度、加速度取最大值或最小值的条件等。1.做好受力情况、运动情况的动态分析:导体运动产生感应电动势→感应电流→通电导体受安培力→合外力变化→加速度变化→速度变化→感应电动势变化。周而复始循环,最终加速度等于零,导体达到稳定运动状态。2.利用好导体达到稳定状态时的平衡方程往往是解决该类问题的突破口。
例2 如图所示,固定于水平桌面上足够长的两平行光滑导轨PQ、MN,其电阻不计,间距d=0.5 m,P、M之间接有一只理想电压表,整个装置处于竖直向下的,磁感应强度B0=0.2 T的匀强磁场中,两金属棒L1、L2平行地搁在导轨上,其电阻均为r=0.1 Ω,两金属棒的长度均为0.5 m,质量分别为m1=0.3 kg和m2=0.5 kg。固定棒L1,使L2在水平恒力F=0.8 N的作用下,由静止开始运动。试求:(1)当电压表读数为U=0.2 V时,棒L2的加速度大小;(2)棒L2能达到的最大速度vm的大小。
L2所受的安培力F'=B0Id=0.2 N对L2由牛顿第二定律可得F-F'=m2a解得a=1.2 m/s2。(2)安培力F安与恒力F平衡时,棒L2速度达到最大,设此时电路电流为Im,则F安=B0Imd
答案:(1)1.2 m/s2　(2)16 m/s
变式训练2如图所示,水平面内有一平行金属导轨,导轨光滑且电阻不计。匀强磁场与导轨平面垂直。阻值为R的导体棒垂直于导轨静止放置,且与导轨接触。t=0时,将开关S由1掷到2。q、i、v和a分别表示电容器所带的电荷量、棒中的电流、棒的速度和加速度。下列图像正确的是(　　)
解析:t=0时,将开关S由1掷到2,电容器通过导轨、导体棒构成的回路放电,导体棒中有电流通过,导体棒受到安培力作用,导体棒产生加速度,导体棒做加速运动;导体棒速度逐渐增大,导体棒切割磁感线产生与放电电流方向相反的感应电动势。由于放电电流逐渐减小,导体棒的加速度逐渐减小,导体棒做加速度逐渐减小的加速运动。当导体棒切割磁感线产生的感应电动势与电容器两极板之间电压相等时,电容器放电电流减小到零,导体棒做匀速运动,选项B、C错误;综合上述可知,足够长时间后,电容器所带的电荷量不为零,选项A错误,D正确。答案:D
专题三　电磁感应中的能量问题1.用能量观点解决电磁感应问题的基本思路首先做好受力分析和运动分析,明确哪些力做功,是做正功还是负功,再明确有哪些形式的能量参与转化,如何转化(如滑动摩擦力做功,必然有内能出现;重力做功,可能有机械能参与转化;安培力做负功的过程中有其他形式的能转化为电能,安培力做正功的过程中有电能转化为其他形式的能)。2.电能求解方法主要有三种(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:其他形式的能的减少量等于产生的电能。(3)利用电路特征来求解。
例3 (多选)如图所示,一粗糙的平行金属轨道平面与水平面成θ角,两轨道上端用一电阻R相连,该装置处于匀强磁场中,磁场方向垂直轨道平面向上。质量为m的金属杆ab以初速度v0从轨道底端向上滑行,滑行到某高度h后又返回到底端。若运动过程中金属杆始终保持与导轨垂直且接触良好,轨道与金属杆的电阻均忽略不计。则下列说法正确的是(　　)A.金属杆ab上滑过程与下滑过程通过电阻R的电荷量一样多B.金属杆ab上滑过程中克服重力、安培力与摩擦力所做功之和大
C.金属杆ab上滑过程与下滑过程因摩擦而产生的内能一定相等D.金属杆ab在整个过程中损失的机械能等于装置产生的焦耳热
变式训练3如图所示,一对光滑的平行金属导轨固定在同一水平面内,导轨间距l=0.5 m,左端接有阻值R=0.3 Ω的电阻。一质量m=0.1 kg、电阻r=0.1 Ω 、长度为0.5 m的金属棒MN放置在导轨上,整个装置置于竖直向上的匀强磁场中,磁场的磁感应强度B=0.4 T。金属棒在水平向右的外力作用下,由静止开始以a=2 m/s2的加速度做匀加速运动,当金属棒的位移x=9 m时撤去外力,金属棒继续运动一段距离后停下来,已知撤去外力前、后回路中产生的焦耳热之比Q1∶Q2=2∶1。导轨足够长且电阻不计,金属棒在运动过程中始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触。求:(1)金属棒在匀加速运动过程中,通过电阻R的电荷量q。(2)撤去外力后回路中产生的焦耳热Q2。
(3)外力做的功WF。
代入数据得q=4.5 C。