高中物理选修32学案845 电磁感应现象的两类情况.docx

1、高中物理选修32学案845 电磁感应现象的两类情况4.5电磁感应现象的两类情况学习目标：知道 感生电场、感生电动势、动生电动势的概念。知道产生感生电动势的非静电力是感生电场的作用，产生动生电动势的非静电力与洛伦兹力有关。掌握：楞次定律，判断感生电场的方向，用左手定则判断洛伦兹力的方向。知道：电磁感应现象遵守能量守恒定律。重点难点考点一：感生、动生电动势的理解及应用）（重点）考点二：电磁感应中的力学问题（重点+难点）考点三：电磁感应中的能量问题（重点+难点）新知预习巧设计1.电磁感应现象中的感生电场(1)感生电场：磁场时在空间激发的一种电场。(2)感生电动势：由产生的感应电动势。(3)感生电动势

2、中的非静电力：对自由电荷的作用。(4)感生电场的方向：与所产生的感应电流的方向相同，可根据楞次定律和右手定则判断。思考辨析1磁场一定能产生电场()2感生电场一定能产生感应电动势()3感生电场的方向与感应电流方向相反()2电磁感应现象中的洛伦兹力(1)动生电动势：由于而产生的感应电动势。(2)动生电动势中的“非静电力”：自由电荷因随导体棒运动而受到，非静电力与有关。(3)动生电动势中的功能关系：闭合回路中，导体棒做切割磁感线运动时，克服力做功，其他形式的能转化为。思考辨析导体在磁场中运动时，一定能产生动生电动势？名师课堂一点通考点一感生、动生电动势的理解及应用考点解读感生电动势与动生电动势的对比

3、感生电动势动生电动势产生原因磁场的变化导体做切割磁感线运动移动电荷的非静电力感生电场对自由电荷的电场力导体中自由电荷所受洛伦兹力沿导体方向的分力回路中相当于电源的部分处于变化磁场中的线圈部分做切割磁感线运动的导体方向判断方法由楞次定律判断通常由右手定则判断，也可由楞次定律判断大小计算方法由En计算由EBlvsin计算，也可由En计算考题印证典例1如图所示，两根平行金属导轨固定在水平桌面上，每根导轨每米的电阻为r00.10 ，导轨的端点P、Q用电阻可忽略的导线相连，两导轨间的距离l0.20 m。有随时间变化的磁场垂直于桌面向下，已知磁感应强度B与时间t的关系为Bkt，比例系数k0.020 T/s

4、。一电阻不计的金属杆可在导轨上无摩擦地滑动，在滑动过程中保持与导轨垂直，在t0时刻，金属杆紧靠P、Q端，在外力作用下，杆以恒定的加速度a1 m/s2从静止开始向导轨的另一端滑动，求在t0.6 s时金属杆所受的安培力。思路探究(1)由金属杆切割磁感线产生动生电动势。(2)由磁场随时间变化产生感生电动势。(3)回路中的电动势应等于两个电动势的合电动势。总结提能(1)EBlvsin是由En在一定条件下推导出来的，若B不变，则EBlvsin和En是等效替代关系。(2)若导体切割磁感线的同时，磁感应强度B是变化的，则EBlvsin和En是同时存在的。强化训练1.如图所示，金属棒ab置于水平放置的光滑框架

5、cdef上，棒与框架接触良好，匀强磁场垂直于ab棒斜向下。从某时刻开始磁感应强度均匀减小，同时施加一个水平方向上的外力F使金属棒ab保持静止，则F()A方向向右，且为恒力B方向向右，且为变力C方向向左，且为变力D方向向左，且为恒力考点二电磁感应中的力学问题考点解读1电磁感应问题往往跟力学问题联系在一起，这类问题需要综合运用电磁感应规律和力学的相关规律解决。因此，处理此类问题的一般思路是“先电后力”。具体如下：(1)先做“源”的分析分离出电路中由电磁感应所产生的电源，求出电源参数E和r。(2)再进行“路”的分析画出必要的电路图，分析电路结构，弄清串、并联关系，求出相关部分的电流大小，以便安培力的

6、求解。(3)然后是“力”的分析画出必要的受力分析图，分析力学所研究对象(常是金属杆、导体线圈等)的受力情况，尤其注意其所受的安培力。(4)接着进行“运动”状态分析根据力和运动的关系，判断出正确的运动模型。2两种状态处理方法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。考题印证典例2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

7、轨和金属棒的电阻不计，金属棒与导轨间的动摩擦因数为。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。思路探究(1)切割磁感线运动的金属棒ab相当于电源，可画出等效电路图。(2)对金属棒进行运动和受力分析。总结提能(1)导体运动切割磁感线产生感应电流，会使导体由此受到安培力，而安培力的大小往往因速度的改变而改变。(2)导体运动的加速度为零时，对应的速度最大，此时回路中的电流也最大。强化训练2.如图所示，固定于水平桌面上的金属框架cdef，处在竖直向下的匀强磁场中，金属棒ab搁在框架上，可无摩擦滑动。此时adeb构成一个边长为l的正方形。金属棒的电阻为r，其余部分电阻不计。开始时磁感

8、应强度为B0。(1)若从t0时刻起，磁感应强度均匀增加，每秒增加k，同时保持棒静止，求金属棒中的感应电流大小和方向；(2)在上述(1)情况中，始终保持金属棒静止，当tt1末时需加的垂直于棒的水平拉力为多大？考点三电磁感应中的能量问题考点解读1电磁感应现象中的能量转化(1)与感生电动势有关的电磁感应现象中，磁场能转化为电能，若电路是纯电阻电路，转化过来的电能将全部转化为电阻的内能。(2)与动生电动势有关的电磁感应现象中，通过克服安培力做功，把机械能或其他形式的能转化为电能。克服安培力做多少功，就产生多少电能。若电路是纯电阻电路，转化过来的电能也将全部转化为电阻的内能。2电磁感应现象中能量变化的特

9、点做功情况能量变化特点滑动摩擦力做功有内能产生重力做功重力势能必然发生变化克服安培力做功必然有其他形式的能转化为电能，并且克服安培力做多少功，就产生多少电能安培力做正功电能转化为其他形式的能3.求解电磁感应现象中能量守恒问题的一般思路(1)确定感应电动势的大小和方向。(2)画出等效电路，求出回路中消耗的电功率表达式。(3)分析导体机械能的变化，用能量守恒关系得到机械功率的改变与回路中的电功率的改变所满足的方程。考题印证典例3如图所示，固定的水平光滑金属导轨，间距为L，左端接有阻值为R的电阻，处在方向竖直向下、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

10、电阻可忽略。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中，导体棒始终与导轨垂直并保持良好接触。(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？思路探究(1)导体棒运动切割磁感线产生感应电流。(2)安培力做功与电阻R上产生的焦耳热的关系。总结提能(1)安培力做负功的过程就是其他形式的能量转化为电能的过程。(2)导体棒动能、弹性势

11、能、回路中的电能在转移或转化过程中总量是守恒的。强化训练3.英国物理学家麦克斯韦认为，磁场变化时会在空间激发感生电场。如图所示，一个半径为r的绝缘细圆环水平放置，环内存在竖直向上的匀强磁场B，环上套一带电荷量为q的小球。已知磁感应强度B随时间均匀增加，其变化率为k，若小球在环上运动一周，则感生电场对小球的作用力所做功的大小是()A0 B.r2qkC2r2qkDr2qk电磁感应中的力电综合问题：典例4如图所示，间距l0.3 m的平行金属导轨a1b1c1和a2b2c2分别固定在两个竖直面内，在水平面a1b1b2a2区域内和倾角37的斜面c1b1b2c2区域内分别有磁感应强度B10.4 T、方向竖直

12、向上和B21 T、方向垂直于斜面向上的匀强磁场。电阻R0.3 、质量m10.1 kg、长为l的相同导体杆K、S、Q分别放置在导轨上，S杆的两端固定在b1、b2点，K、Q杆可沿导轨无摩擦滑动且始终接触良好。一端系于K杆中点的轻绳平行于导轨绕过轻质定滑轮自然下垂，绳上穿有质量m20.05 kg的小环。已知小环以a6 m/s2的加速度沿绳下滑，K杆保持静止，Q杆在垂直于杆且沿斜面向下的拉力F作用下匀速运动。不计导轨电阻和滑轮摩擦，绳不可伸长。取g10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8。求：(1)小环所受摩擦力的大小；(2)Q杆所受拉力的瞬时功率。审题破题审题破题小环以6m/s2的加速

13、度沿绳下滑由牛顿第二定律可知摩擦力K保持静止说明K杆水平方向所受绳拉力和安培力平衡Q杆在力F作用下做匀速运动说明Q杆所受合力为零，由此可求出力F，杆的速度v可由欧姆定律列式求出点评解决电磁感应中力学问题的基本步骤(1)明确研究对象和物理过程。(2)根据导体运动状态，应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。(3)画出等效电路图求回路中的电流。(4)对导体进行包括安培力在内的全面受力分析。(5)根据平衡条件或牛顿第二定律列方程。随堂练习1.多选某空间出现了如图所示的一组闭合电场线，方向从上向下看是顺时针的，这可能是()A沿AB方向磁场在迅速减弱B沿AB方向磁场在迅速增强C沿BA方

14、向磁场在迅速增强D沿BA方向磁场在迅速减弱2如图所示，矩形闭合金属框abcd的平面与匀强磁场垂直，若ab边受竖直向上的磁场力的作用，则可知线框的运动情况是()A向左平动进入磁场B向右平动退出磁场C沿竖直方向向上平动D沿竖直方向向下平动3多选如图所示，电阻不计的平行金属导轨固定在一绝缘斜面上，两相同的金属导体棒a、b垂直于导轨静止放置，且与导轨接触良好，匀强磁场垂直穿过导轨平面。现用一平行于导轨的恒力F作用在a的中点，使其向上运动。若b始终保持静止，则它所受摩擦力可能()A变为0B先减小后不变C等于F D先增大再减小4多选如图所示，金属杆ab以恒定的速率v在光滑平行导轨上向右滑行，设整个电路中总

15、电阻为R(恒定不变)，整个装置置于垂直纸面向里的匀强磁场中，下列叙述正确的是()Aab杆中的电流与速率v成正比B磁场作用于ab杆的安培力与速率v成正比C电阻R上产生的热功率与速率v成正比D外力对ab杆做功的功率与速率v成正比5.如图所示，L10.5 m，L20.8 m，回路总电阻为R0.2 ，M0.04 kg，导轨光滑，开始时磁场B01 T。现使磁感应强度以B/t0.2 T/s的变化率均匀地增大，试求：当t为多少时，M刚好离开地面？(g取10 m/s2) 参 考 答 案 新知预习巧设计1.(1变化(2)感生电场(3)感生电场思考辨析1()解析稳定的磁场不能产生电场，1错误。2()解析感生电场一

16、定能产生感应电动势，2正确。3()解析感生电场的方向与感应电流的方向相同，3错误。2(1)导体运动(2)洛伦兹力，洛伦兹力(3)安培，电能思考辨析解析不一定，只有导体在磁场中做切割磁感线运动时才产生电动势。考点一感生、动生电动势的理解及应用考题印证典例1解析t0.6 s时，回路中动生电动势E1Blv又Bktvat代入数据解得E11.44103 V感生电动势E2lx又xat2代入数据解得E20.72103 V又由右手定则及楞次定律知E1、E2同向，故回路中此时总电动势为EE1E22.16103 V回路中电阻R2xr03.6102 回路中电流I6102 A则金属杆受的安培力FBIlktIl1.44

17、104 N，由左手定则知方向向右。答案1.44104 N，方向向右强化训练1.解析选C由EnS可知，因磁感应强度均匀减小，感应电动势E恒定，由F安BIL，I可知，ab棒受的安培力随B的减小，均匀变小，由外力FF安可知，外力F也均匀减少，为变力，由左手定则可判断F安水平方向上的分量向右，所以外力F水平向左，C正确。考点二电磁感应中的力学问题考题印证典例2思路探究(1)切割磁感线运动的金属棒ab相当于电源，可画出等效电路图。(2)对金属棒进行运动和受力分析。总结提能(1)导体运动切割磁感线产生感应电流，会使导体由此受到安培力，而安培力的大小往往因速度的改变而改变。(2)导体运动的加速度为零时，对应

18、的速度最大，此时回路中的电流也最大。强化训练2.解析(1)根据法拉第电磁感应定律得ESkl2再根据欧姆定律得I根据楞次定律判断，“增反减同”，回路中的电流方向为逆时针方向，或棒上电流从b到a。(2)要保持棒静止，使作用到棒上的力平衡，即水平拉力等于棒受到的安培力FF安BIl(B0kt1)l(B0kt1)答案(1)，棒中电流方向由b到a(2)(B0kt1)考点三电磁感应中的能量问题考题印证典例3解析(1)初始时刻导体棒中感应电动势EBLv0 导体棒中感应电流I 作用于导体棒上的安培力FBLI 联立得F，方向水平向左。(2)由于安培力方向与位移方向相反，安培力做负功，由功能关系得W1Epmv电阻R

19、上产生的焦耳热Q1mvEp(3)由能量转化及平衡条件等，可判断棒最终静止于初始位置，Qmv答案(1)，方向水平向左(2)EpmvmvEp(3)初始位置mv强化训练3.解析选D变化的磁场产生的感生电动势为Er2kr2，小球在环上运动一周感生电场对其所做的功WqEqkr2，D项正确，A、B、C项错误。电磁感应中的力电综合问题：典例4解析(1)设小环受到的摩擦力大小为Ff，由牛顿第二定律，有m2gFfm2a代入数据解得Ff0.2 N(2)设通过K杆的电流为I1，K杆受力平衡，有FfB1I1l设回路总电流为I，总电阻为R总，有I2I1R总RR设Q杆下滑速度大小为v，产生的感应电动势为E，有IEB2lv

20、Fm1gsin B2Il拉力的瞬时功率为PFv联立以上方程，代入数据得P2 W答案(1)0.2 N(2)2 W随堂练习1.解析选AC感生电场的方向从上向下看是顺时针的，假设在平行感生电场的方向上有闭合回路，则回路中的感应电流方向从上向下看也应该是顺时针的，由右手螺旋定则可知，感应电流的磁场方向向下，根据楞次定律可知，原磁场有两种可能：原磁场方向向下且沿AB方向减弱，或原磁场方向向上，且沿BA方向增强，所以A、C有可能。2解析选A由于ab边受竖直向上的磁场力的作用，根据左手定则可判断金属框中电流方向为abcd，根据楞次定律可判断穿过金属框的磁通量在增加，所以选项A正确。3解析选AB导体棒a在恒力

21、F作用下加速运动，最后匀速运动，闭合回路中产生感应电流，导体棒b受到安培力方向应沿斜面向上，且逐渐增大，最后不变。由力平衡可知，导体棒b受到的摩擦力先沿斜面向上逐渐减小，最后不变，所以选项A、B正确，C、D错误。4解析选AB由EBlv和I得，I，所以安培力FBIl，电阻上产生的热功率PI2R，外力对ab做功的功率就等于回路产生的热功率。5.解析回路中原磁场方向向下，且磁感应强度增加，由楞次定律可以判知，感应电流的磁场方向向上，根据安培定则可以判知，ab中的感应电流的方向是ab，由左手定则可知，ab所受安培力的方向水平向左，从而向上拉起重物。设ab中电流为I时M刚好离开地面，此时有FBIL1Mg，IE/RE/tL1L2B/tBB0(B/t)t解得F0.4 N，I0.4 A，B2 T，t5 s答案5 s