《2018-2019高中物理 第四章 電磁感應(yīng) 4.5 電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況課件 新人教版選修3-2.ppt》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2018-2019高中物理 第四章 電磁感應(yīng) 4.5 電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況課件 新人教版選修3-2.ppt（100頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、5 電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況,一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的感生電場 1.感生電場:英國物理學(xué)家麥克斯韋認(rèn)為,_____變化時(shí) 會(huì)在空間激發(fā)一種電場,這種電場與靜電場不同,它不 是由電荷產(chǎn)生的,我們把它叫作感生電場。 2.感生電動(dòng)勢:_________產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢。 3.感生電動(dòng)勢中的非靜電力:感生電場對(duì)_________的 作用。,磁場,感生電場,自由電荷,二、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的洛倫茲力 1.成因:導(dǎo)體棒做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí),棒中的_________ 隨棒一起定向運(yùn)動(dòng),并因此受到洛倫茲力。 2.動(dòng)生電動(dòng)勢:由于_________而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢。 3.動(dòng)生電動(dòng)勢中的非靜電力:與洛倫茲力有關(guān)。,自由電荷

2、,導(dǎo)體運(yùn)動(dòng),【思考辨析】 (1)如果空間不存在閉合電路,變化的磁場周圍不會(huì)產(chǎn)生感生電場。( ) (2)處于變化磁場中的導(dǎo)體,其內(nèi)部自由電荷定向移動(dòng),是由于受到感生電場的作用。( ) (3)感生電場就是感應(yīng)電動(dòng)勢。( ),(4)動(dòng)生電動(dòng)勢(切割磁感線產(chǎn)生的電動(dòng)勢)產(chǎn)生的原因 是導(dǎo)體內(nèi)部的自由電荷受到洛倫茲力的作用。 ( ) (5)產(chǎn)生動(dòng)生電動(dòng)勢時(shí),洛倫茲力對(duì)自由電荷做了 功。 ( ),提示:(1)。麥克斯韋認(rèn)為,磁場的變化在空間激發(fā)一種電場,這種電場與是否存在閉合電路無關(guān)。 (2)√。導(dǎo)體處于變化磁場中時(shí),導(dǎo)體中的自由電荷將發(fā)生定向移動(dòng),產(chǎn)生感應(yīng)電流,或者說導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢,其非靜電力就是這

3、種感生電場產(chǎn)生的。,(3)。感應(yīng)電動(dòng)勢是導(dǎo)體中產(chǎn)生的,與感生電場不是一個(gè)物理概念。 (4)√。洛倫茲力提供非靜電力,產(chǎn)生了動(dòng)生電動(dòng)勢。 (5)。洛倫茲力在任何情況下都不會(huì)對(duì)電荷做功。,【生活鏈接】 發(fā)電機(jī)為什么需要?jiǎng)恿?,提示:導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動(dòng)切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電流一定受到與導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向相反的安培力,阻礙導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng),從而使得其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能。,知識(shí)點(diǎn)一 感生電動(dòng)勢與動(dòng)生電動(dòng)勢的比較 探究導(dǎo)入: 著名物理學(xué)家費(fèi)曼曾設(shè)計(jì)過這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置:一塊絕緣圓板可繞其中心的光滑軸自由轉(zhuǎn)動(dòng),在圓板中部有一個(gè)線圈,圓板四周固定著一圈帶電的金屬球,如圖所示。當(dāng)線圈接通電源后,發(fā)現(xiàn)圓板轉(zhuǎn)動(dòng)起來,圓板為什么會(huì)

4、轉(zhuǎn)動(dòng)呢?,提示:在線圈接通電源的瞬間,線圈中的電流是增大的,產(chǎn)生的磁場是逐漸增強(qiáng)的,逐漸增強(qiáng)的磁場會(huì)產(chǎn)生電場。在小球所在圓周處相當(dāng)于有一個(gè)環(huán)形電場,小球因帶電而受到電場力作用從而會(huì)使圓板轉(zhuǎn)動(dòng)。,【歸納總結(jié)】 感生電動(dòng)勢與動(dòng)生電動(dòng)勢的比較:,【易錯(cuò)提醒】(1)感生電場的產(chǎn)生跟空間是否存在閉合電路無關(guān)。 (2)動(dòng)生電動(dòng)勢的產(chǎn)生與電路是否閉合無關(guān)。 (3)動(dòng)生電動(dòng)勢的產(chǎn)生過程中,洛倫茲力對(duì)自由電子并不做功。,【典題通關(guān)】 考查角度1 動(dòng)生電動(dòng)勢的分析 【典例1】如圖所示,在豎直向下的勻強(qiáng)磁場①中,將一水平放置的金屬棒ab以水平初速度v0拋出②,設(shè)在整個(gè)過程中棒的方向不變且不計(jì)空氣阻力③,則在金屬棒運(yùn)

5、動(dòng)過程中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢大小變化情況以及哪端電勢高 ( ),A.越來越大、a端電勢高 B.越來越小、b端電勢高 C.保持不變、a端電勢高 D.保持不變、b端電勢高,【審題關(guān)鍵】,【正確解答】選C。棒ab水平拋出后做平拋運(yùn)動(dòng),其速度越來越大,但只有水平分速度v0切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢,故E=Blv0保持不變,選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤;導(dǎo)體中的自由電荷是帶負(fù)電的電子隨金屬棒一塊運(yùn)動(dòng),由左手定則可知電子在洛倫茲力的作用下向b端運(yùn)動(dòng),所以a端的電勢高,選項(xiàng)C正確,D錯(cuò)誤。,考查角度2 感應(yīng)電動(dòng)勢的分析 【典例2】(2018石家莊高二檢測)將一段導(dǎo)線繞成圖甲所示的閉合回路,并固定在水平面(紙面)內(nèi)?；芈返腶

6、b邊置于垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場Ⅰ中?；芈返膱A環(huán)區(qū)域內(nèi)有垂直紙面的磁場Ⅱ,以向里為磁場Ⅱ的正方向,其磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t變化的圖象如圖乙所示。用F表示ab邊受到的安培力,以水平向右為F的正方向,能正確反映F隨時(shí)間t變化的圖象是 世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號(hào)86176015( ),【正確解答】選B。根據(jù)楞次定律,在前半個(gè)周期內(nèi),圓環(huán)內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向?yàn)轫槙r(shí)針,即通過ab邊的電流方向?yàn)橛蒪指向a,再根據(jù)左手定則判斷,ab邊受到的安培力為水平向左,即負(fù)方向。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,前半個(gè)周期內(nèi)ab中的電流為定值,則所受安培力也為定值。結(jié)合選項(xiàng)可知B正確。,【過關(guān)訓(xùn)練】 1.(2018衡水高二檢測)如圖所示,有一匝

7、接在電容器 C兩端的圓形導(dǎo)線回路,垂直于回路平面以內(nèi)存在著向 里的勻強(qiáng)磁場B,已知圓的半徑r=5 cm,電容C=20 μF, 當(dāng)磁場B以410-2 T/s的變化率均勻增加時(shí),則 ( ),A.電容器a板帶正電,電荷量為2π10-9 C B.電容器a板帶負(fù)電,電荷量為2π10-9 C C.電容器b板帶正電,電荷量為4π10-9 C D.電容器b板帶負(fù)電,電荷量為4π10-9 C,【解析】選A。根據(jù)楞次定律可判斷a板帶正電,線圈 中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢E= =π10-4 V, 板上帶電荷量Q=CE=2π10-9 C,選項(xiàng)A正確。,2.如圖所示,可繞固定軸OO′轉(zhuǎn)動(dòng)的正方形線框的邊長為L,不計(jì)摩擦和

8、空氣阻力,線框從水平位置由靜止釋放,到達(dá)豎直位置所用的時(shí)間為t,ab邊的速度為v,設(shè)線框始終處在豎直向下、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中,試求:,(1)這個(gè)過程中回路中的感應(yīng)電動(dòng)勢。 (2)到達(dá)豎直位置時(shí)回路中的感應(yīng)電動(dòng)勢。,【解析】(1)線框從水平位置到達(dá)豎直位置的過程中 回路中的感應(yīng)電動(dòng)勢E= (2)線框到達(dá)豎直位置時(shí)回路中的感應(yīng)電動(dòng)勢E′=BLv。 答案:(1) (2)BLv,【補(bǔ)償訓(xùn)練】 1.(多選)一個(gè)面積S=410-2 m2、匝數(shù)n=100的線圈 放在勻強(qiáng)磁場中,磁場方向垂直于線圈平面,磁感應(yīng)強(qiáng) 度B隨時(shí)間t變化的規(guī)律如圖所示,則下列判斷正確的 是 ( ),A.在開始的2 s內(nèi)穿過線

9、圈的磁通量變化率等于 0.08 Wb/s B.在開始的2 s內(nèi)穿過線圈的磁通量的變化量等于零 C.在開始的2 s內(nèi)線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢等于8 V D.在第3 s末線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢等于零,【解析】選A、C。磁通量的變化率 ,其中磁 感應(yīng)強(qiáng)度的變化率 即為B-t圖象的斜率。由題圖知 前2 s的 =2 T/s,所以 =2410-2 Wb/s= 0.08 Wb/s,選項(xiàng)A正確;在開始的2 s內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度B由 2 T減到0,又從0向相反方向增加到2 T,所以這2 s內(nèi)的 磁通量的變化量ΔΦ=B1S+B2S=2BS=22410-2 Wb =0.16 Wb,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;在開始的2 s內(nèi)E=n,=10

10、00.08 V=8 V,選項(xiàng)C正確;第3 s末的感應(yīng)電動(dòng) 勢等于2～4 s內(nèi)的平均電動(dòng)勢,E= =1002410-2 V=8 V,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。,2.(多選)如圖所示,不計(jì)電阻的光滑金屬直軌道AB和CD固定在同一水平面內(nèi),兩軌道間的寬度為1 m。平行軌道左端接一阻值為0.5 Ω的電阻。軌道處于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B=2 T,方向垂直導(dǎo)軌平面向下的勻強(qiáng)磁場中。一電阻為0.5 Ω的導(dǎo)體棒ab垂直于軌道放置。導(dǎo)體棒在垂直導(dǎo)體棒且水平向右的外力F作用下向右勻速運(yùn)動(dòng),速度大小v=5 m/s,導(dǎo)體棒與軌道始終接觸良好并且相互垂直,則 ( ),A.通過電阻的電流大小為5 A B.作用在導(dǎo)體棒上的外力大小為10 N

11、C.導(dǎo)體棒克服安培力做功的功率為100 W D.通過電阻的電流為從A到C,【解析】選C、D。導(dǎo)體棒ab切割磁感線產(chǎn)生的電動(dòng)勢 E=Blv=215 V=10 V,根據(jù)閉合電路歐姆定律有I= =10 A,導(dǎo)體棒ab受到安培力F安=BIL =2101 N=20 N,由于導(dǎo)體棒ab勻速運(yùn)動(dòng),則F=F安= 20 N,導(dǎo)體棒克服安培力的功率P安=F安v=205 W=100 W, 故選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤,選項(xiàng)C正確;根據(jù)右手定則判斷通過 電阻的電流為從A到C,故選項(xiàng)D正確。,知識(shí)點(diǎn)二 電磁感應(yīng)中的力學(xué)問題 探究導(dǎo)入: 如圖所示,將線圈勻速向右拉出磁場。,請思考:拉力F與安培力有什么關(guān)系? 提示:拉力F與安培

12、力大小相等,方向相反。,【歸納總結(jié)】 1.導(dǎo)體中的感應(yīng)電流在磁場中將受到安培力作用,所以電磁感應(yīng)問題往往與力學(xué)問題聯(lián)系在一起,處理此類問題的基本方法:,(1)用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律求感應(yīng)電動(dòng)勢的大小和方向。 (2)求回路中的電流大小和方向。 (3)分析研究導(dǎo)體受力情況(包括安培力)。 (4)列動(dòng)力學(xué)方程或平衡方程求解。,2.電磁感應(yīng)現(xiàn)象中涉及的具有收尾速度的力學(xué)問題,關(guān)鍵要抓好受力情況和運(yùn)動(dòng)情況的動(dòng)態(tài)分析:,周而復(fù)始地循環(huán),達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí),加速度等于零,導(dǎo)體達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。,3.兩種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的處理思路: (1)達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)后,導(dǎo)體勻速運(yùn)動(dòng),受力平衡,應(yīng)根據(jù)平衡條件——合外力為零

13、,列式分析平衡態(tài)。 (2)導(dǎo)體達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)之前,往往做變加速運(yùn)動(dòng),處于非平衡態(tài),應(yīng)根據(jù)牛頓第二定律或結(jié)合功能關(guān)系分析非平衡態(tài)。,【典題通關(guān)】 考查角度1 感應(yīng)電流受安培力的平衡問題 【典例1】(多選)如圖所示,有兩根和水平方向成α角的光滑平行的金屬軌道,間距為l,上端接有可變電阻R,下端足夠長,空間有垂直于軌道平面的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。一根質(zhì)量為m的金屬桿從軌道上由靜止滑下,經(jīng)過足夠長的時(shí)間后,金屬桿的速度會(huì)趨于一個(gè)最大速度vm,除R外其余電阻不計(jì),則 ( ),A.如果B變大,vm將變大 B.如果α變大,vm將變大 C.如果R變大,vm將變大 D.如果m變小,vm將變大,【正確解答

14、】選B、C。金屬桿從軌道上滑下切割磁感 線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢E=Blv,在閉合電路中形成電流I= 因此金屬桿從軌道上滑下的過程中除受重力、軌道的 彈力外還受安培力F作用,F=BIl= 先用右手定則判定感應(yīng)電流方向, 再用左手定則判定出安培力方向, 如圖所示。,根據(jù)牛頓第二定律,得mgsinα- =ma,當(dāng)a=0時(shí), v=vm,解得vm= ,故選項(xiàng)B、C正確。,考查角度2 電磁感應(yīng)力學(xué)動(dòng)態(tài)分析問題 【典例2】如圖,兩固定的絕緣斜面傾角均為θ,上沿相連。兩細(xì)金屬棒ab(僅標(biāo)出a端)和cd(僅標(biāo)出c端)長度均為L,質(zhì)量分別為2m和m;用兩根不可伸長的柔軟輕導(dǎo)線將它們連成閉合回路abdca,并通過固

15、定在斜面上沿的兩光滑絕緣小定滑輪跨放在斜面上,使兩金屬棒水平。右斜面上存在勻強(qiáng)磁場,,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向垂直于斜面向上,已知兩根導(dǎo)線剛好不在磁場中,回路電阻為R,兩金屬棒與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ,重力加速度大小為g,已知金屬棒ab勻速下滑。求 (1)作用在金屬棒ab上的安培力的大小。 (2)金屬棒運(yùn)動(dòng)速度的大小。,【正確解答】(1)設(shè)導(dǎo)線的張力的大小為T,右斜面對(duì) ab棒的支持力的大小為N1,作用在ab棒上的安培力的 大小為F,左斜面對(duì)cd棒的支持力大小為N2。對(duì)于ab棒, 由力的平衡條件得2mgsinθ=μN(yùn)1+2T+F ① N1=2mgcosθ ② 對(duì)于cd棒,同理有mgsin

16、θ+μN(yùn)2=2T ③ N2=mgcosθ ④ 聯(lián)立①②③④式得F=mg(sinθ-3μcosθ) ⑤,(2)由安培力公式得F=BIL ⑥ 這里I是回路abdca中的感應(yīng)電流。ab棒上的感應(yīng) 電動(dòng)勢為E=BLv ⑦ 式中v是ab棒下滑速度的大小。由歐姆定律得 I= ⑧ 聯(lián)立⑤⑥⑦⑧式得v= ⑨ 答案:(1)mg(sinθ-3μcosθ) (2),【規(guī)律方法】電磁感應(yīng)中力學(xué)問題的解題技巧 (1)將安培力與其他力一起進(jìn)行分析。 (2)要特別注意安培力的大小和方向都有可能變化,不像重力或其他力一樣是恒力。 (3)列出穩(wěn)定狀態(tài)下的受力平衡方程往往是解題的突破口。,【過關(guān)訓(xùn)練】

17、 1.如圖所示,L1=0.5 m,L2=0.8 m,回路總電阻為R= 0.2 Ω,M=0.04 kg,導(dǎo)軌光滑,開始時(shí)磁場B0=1 T?，F(xiàn) 使磁感應(yīng)強(qiáng)度以 =0.2 T/s的變化率均勻地增大,試 求:當(dāng)t為多少時(shí),M剛好離開地面?(g取10 m/s2),【解析】回路中原磁場方向向下,且磁感應(yīng)強(qiáng)度增加,由楞次定律可以判知,感應(yīng)電流的磁場方向向上,根據(jù)安培定則可以判知,ab中的感應(yīng)電流的方向是a→b,由左手定則可知,ab所受安培力的方向水平向左,從而向上拉起重物。,設(shè)ab中電流為I時(shí)M剛好離開地面,此時(shí)有 F=BIL1=Mg ① 電流I= ② 由法拉第電磁感應(yīng)定律 E= =L

18、1L2 ,B=B0+( )t ③ 由①②③解得F=0.4 N,I=0.4 A,B=2 T,t=5 s。 答案:5 s,2.如圖所示,兩條相距d的平行金屬導(dǎo)軌位于同一水平面內(nèi),其右端接一阻值為R的電阻。質(zhì)量為m的金屬桿靜置在導(dǎo)軌上,其左側(cè)的矩形勻強(qiáng)磁場區(qū)域MNPQ的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向豎直向下。當(dāng)該磁場區(qū)域以速度v0勻速地向右掃過金屬桿后,金屬桿的速度變?yōu)関。導(dǎo)軌和金屬桿的電阻不計(jì),導(dǎo)軌光滑且足夠長,桿在運(yùn)動(dòng)過程中始終與導(dǎo)軌垂直且兩端與導(dǎo)軌保持良好接觸。求:,(1)MN剛掃過金屬桿時(shí),桿中感應(yīng)電流的大小I。 (2)MN剛掃過金屬桿時(shí),桿的加速度大小a。 (3)PQ剛要離開金屬桿時(shí),感應(yīng)電流

19、的功率P。,【解析】(1)感應(yīng)電動(dòng)勢E=Bdv0,感應(yīng)電流I= , 解得I= 。 (2)安培力F=BId, 由牛頓第二定律得F=ma, 解得a=,(3)金屬桿切割磁感線的速度v′=v0-v,則 感應(yīng)電動(dòng)勢E′=Bd(v0-v) 電功率P= 解得P= 答案:(1) (2) (3),知識(shí)點(diǎn)三 電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化問題 探究導(dǎo)入: 如圖所示是一種環(huán)保型手電筒,這種手電筒不用化學(xué)電池作為電源。使用時(shí),只要將它來回?fù)u晃,它的燈泡就能發(fā)光;并且來回?fù)u晃得越快,燈泡就越亮。這種手電筒能量轉(zhuǎn)化情況如何? 提示:機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。,【歸納總結(jié)】 1.電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化: (1)與感生電動(dòng)勢有關(guān)的

20、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中,磁場能轉(zhuǎn)化為電能,若電路是純電阻電路,轉(zhuǎn)化過來的電能將全部轉(zhuǎn)化為電路的內(nèi)能。,(2)與動(dòng)生電動(dòng)勢有關(guān)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象中,通過克服安培力做功,把機(jī)械能或其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能。克服安培力做多少功,就產(chǎn)生多少電能。若電路是純電阻電路,轉(zhuǎn)化過來的電能將全部轉(zhuǎn)化為電路的內(nèi)能。可簡單表述如下:,2.電磁感應(yīng)中的能量問題分析思路: (1)分析回路,分清電源和外電路。在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中,切割磁感線的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化的回路將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢,該導(dǎo)體或回路就相當(dāng)于電源,其余部分相當(dāng)于外電路。 (2)分清有哪些力做功,明確有哪些形式的能量發(fā)生了轉(zhuǎn)化。 (3)根據(jù)功能關(guān)系列式求解。,【易錯(cuò)提醒】 (1

21、)不能混淆安培力做功還是克服安培力做功,前者是電能轉(zhuǎn)化為其他形成的能,后者是其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能。 (2)克服安培力做的功產(chǎn)生的電能以及電磁感應(yīng)電路中產(chǎn)生的熱量指的是同一個(gè)量,在列方程時(shí)不能重復(fù)使用。,【典題通關(guān)】 【典例】如圖所示,一對(duì)光滑的平行金屬導(dǎo)軌固定在同一水平面內(nèi),導(dǎo)軌間距l(xiāng)=0.5 m,左端接有阻值R=0.3 Ω 的電阻。一質(zhì)量m=0.1 kg,電阻r=0.1 Ω的金屬棒MN放置在導(dǎo)軌上,整個(gè)裝置置于豎直向上的勻強(qiáng)磁場中,磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.4 T。棒在水平向右的外力作用下,由靜止開始以a=2 m/s2的加速度做勻加速運(yùn)動(dòng),,當(dāng)棒的位移x=9 m時(shí)撤去外力,棒繼續(xù)運(yùn)動(dòng)一段距

22、離后停下來,已知撤去外力前后回路中產(chǎn)生的焦耳熱之比Q1∶Q2=2∶1。導(dǎo)軌足夠長且電阻不計(jì),棒在運(yùn)動(dòng)過程中始終與導(dǎo)軌垂直且兩端與導(dǎo)軌保持良好接觸。求:,(1)棒在勻加速運(yùn)動(dòng)過程中,通過電阻R的電荷量q。 (2)撤去外力后回路中產(chǎn)生的焦耳熱Q2。 (3)外力做的功WF。,【正確解答】(1)金屬棒在做勻加速運(yùn)動(dòng)過程中, 回路的磁通量變化量為:ΔΦ=Blx ① 由法拉第電磁感應(yīng)定律得,回路中的平均感應(yīng)電動(dòng)勢 為: ② 由閉合電路歐姆定律得,回路中的平均電流為: ③ 則通過電阻R的電荷量為:q= Δt ④ 由以上各式聯(lián)立,代入數(shù)據(jù)解得:q=4.5 C ⑤,(2)設(shè)撤去外力時(shí)棒的

23、速度為v,則由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得: v2=2ax ⑥ 由動(dòng)能定理得,棒在撤去外力后的運(yùn)動(dòng)過程中安培力 做功為:W=0- mv2 ⑦ 由功能關(guān)系知,撤去外力后回路中產(chǎn)生的焦耳熱為: Q2=-W ⑧ 聯(lián)立⑥⑦⑧式,代入數(shù)據(jù)得:Q2=1.8 J ⑨,(3)因?yàn)槌啡ネ饬η昂蠡芈分挟a(chǎn)生的焦耳熱之比為: Q1∶Q2=2∶1,所以Q1=3.6 J ⑩ 由功能關(guān)系可知,在棒運(yùn)動(dòng)的整個(gè)過程中:WF=Q1+Q2 ? 聯(lián)立⑨⑩ ?式得:WF=5.4 J 答案:(1)4.5 C (2)1.8 J (3)5.4 J,【規(guī)律方法】焦耳熱的計(jì)算技巧 (1)電路中感應(yīng)電流恒定,則電阻產(chǎn)生的焦耳熱等于電流通過電

24、阻做的功,即Q=I2Rt。 (2)電路中感應(yīng)電流變化,可用以下方法分析: ①利用動(dòng)能定理,根據(jù)產(chǎn)生的焦耳熱等于克服安培力做的功,即Q=W安。 ②利用能量守恒,即感應(yīng)電流產(chǎn)生的焦耳熱等于電磁感應(yīng)現(xiàn)象中其他形式能量的減少,即Q=ΔE其他。,【過關(guān)訓(xùn)練】 1.(多選)(2018滄州高二檢測)如圖所示,ABCD為固定的水平光滑矩形金屬導(dǎo)軌,處在方向豎直向下,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中,AB間距為L,左、右兩端均接有阻值為R的電阻,質(zhì)量為m、長為L且不計(jì)電阻的導(dǎo)體棒MN放在導(dǎo)軌上,與導(dǎo)軌接觸良好,并與輕質(zhì)彈簧組成彈簧振動(dòng)系統(tǒng)。開始時(shí),彈簧處于自然長度,導(dǎo)體棒MN,具有水平向左的初速度v0,經(jīng)過一段

25、時(shí)間,導(dǎo)體棒MN第一次運(yùn)動(dòng)到最右端,這一過程中AB間R上產(chǎn)生的焦耳熱為Q,則 ( ),A.初始時(shí)刻棒所受的安培力大小為 B.從初始時(shí)刻至棒第一次到達(dá)最左端的過程中,整個(gè) 回路產(chǎn)生的焦耳熱為 C.當(dāng)棒第一次到達(dá)最右端時(shí),彈簧具有的彈性勢能為 -2Q D.當(dāng)棒再一次回到初始位置時(shí),AB間電阻的熱功率為,【解析】選A、C。根據(jù)F=BIL,E=BLv0,電路總電阻為 ,A正確;從初始時(shí)刻至棒第一次到達(dá)最右端的過程中 能量守恒,滿足 =Ep+2Q,解得此時(shí)彈性勢能Ep= -2Q,所以C正確;振動(dòng)中由于安培力作用,導(dǎo)體棒平均速 度在減小,從初始時(shí)刻至棒第一次到達(dá)最左端的過程中, 整個(gè)回路產(chǎn)生的焦耳熱大于

26、 Q,所以B錯(cuò)誤;當(dāng)棒再次回 到初始位置時(shí),其速度小于v0,所以D錯(cuò)誤。,2.如圖所示,兩根足夠長的固定平行金屬導(dǎo)軌位于傾 角θ=30的斜面上,導(dǎo)軌上、下端各接有一個(gè)阻值 R=20 Ω的電阻,導(dǎo)軌電阻忽略不計(jì),導(dǎo)軌寬度L=2 m, 在整個(gè)導(dǎo)軌平面內(nèi)都有垂直于導(dǎo)軌平面向上的勻強(qiáng)磁 場,磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1 T。質(zhì)量m=0.1 kg、連入電路的電 阻為r=10 Ω的金屬棒ab在導(dǎo)軌斜面較高處由靜止釋放, 當(dāng)金屬棒ab下滑高度h=3 m時(shí),速度恰好達(dá)到最大值,v=2 m/s。金屬棒ab在下滑過程中始終與導(dǎo)軌垂直且接觸良好,g取10 m/s2。求:,(1)金屬棒ab由靜止至下滑高度為3 m 的運(yùn)動(dòng)過程中機(jī)

27、械能的減少量。 (2)金屬棒ab由靜止至下滑高度為3 m 的運(yùn)動(dòng)過程中導(dǎo)軌上端電阻R中產(chǎn)生的熱量。,【解析】(1)金屬棒ab機(jī)械能的減少量: ΔE=mgh- mv2=2.8 J。 (2)速度最大時(shí)金屬棒ab產(chǎn)生的電動(dòng)勢:E=BLv 產(chǎn)生的電流:I= 此時(shí)的安培力:F=BIL 由題意可知,所受摩擦力:Ff=mgsin30-F,由能量守恒得,損失的機(jī)械能等于金屬棒ab克服摩擦力 做功和產(chǎn)生的電熱之和,電熱:Q=ΔE- 又上、下端電阻并聯(lián)后再與金屬棒ab串聯(lián), 公式Q=I2(r+ )t, 則上端電阻R中產(chǎn)生的熱量:QR= 聯(lián)立以上幾式得:QR=0.55 J。 答案:(1)2.8 J (2)0.55

28、J,【補(bǔ)償訓(xùn)練】 (多選)如圖所示,兩根光滑的金屬導(dǎo)軌,平行放置在傾角為θ的斜面上,導(dǎo)軌的左端接有電阻R,導(dǎo)軌自身的電阻可忽略不計(jì)。斜面處在一勻強(qiáng)磁場中,磁場方向垂直于斜面向上。質(zhì)量為m、電阻可以不計(jì)的金屬棒ab,在沿著斜面與棒垂直的恒力F作用下沿導(dǎo)軌勻速上滑,并上升高度h,在這一過程中 ( ),A.作用于金屬棒上的各個(gè)力的合力所做的功等于零 B.作用于金屬棒上的各個(gè)力的合力所做的功等于mgh與電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱之和 C.恒力F與安培力的合力所做的功等于零 D.恒力F與重力的合力所做的功等于電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱,【解析】選A、D。金屬棒勻速上滑的過程中,對(duì)金屬棒受力分析可知,有三個(gè)力對(duì)棒做功

29、:恒力F做正功、重力做負(fù)功、安培力阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng),沿斜面向下,做負(fù)功。勻速運(yùn)動(dòng)時(shí),所受合力為零,故合力做功為零,A項(xiàng)正確,B、C項(xiàng)錯(cuò)誤;克服安培力做多少功就有多少其他形式的能轉(zhuǎn)化為電路中的電能,電能又等于R上產(chǎn)生的焦耳熱,故恒力F與重力的合力所做的功等于電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱,D正確。,【拓展例題】考查內(nèi)容:電磁感應(yīng)圖象問題 【典例】(多選)如圖所示為三個(gè)有界勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B,方向分別垂直紙面向外、向里和向外,磁場寬度均為L,在磁場區(qū)域的左側(cè)邊界處,有一邊長為L的正方形導(dǎo)體線框,總電阻為R,且線框平面與磁場方向垂直,現(xiàn)用外力F使線框以速度v勻速穿過磁場區(qū)域,以初始位置為計(jì)時(shí)起點(diǎn),規(guī)定

30、電流沿逆時(shí)針方向時(shí),的電動(dòng)勢E為正,磁感線垂直紙面向里時(shí)的磁通量Φ為正值,外力F向右為正。則以下能反映線框中的磁通量Φ、感應(yīng)電動(dòng)勢E、外力F和電功率P隨時(shí)間變化規(guī)律圖象的是 ( ),【正確解答】選A、B、D。當(dāng)線框開始進(jìn)入磁場時(shí),磁 通量開始增加,當(dāng)全部進(jìn)入時(shí)達(dá)到最大;此后向內(nèi)的磁 通量增加,總磁通量減小;當(dāng)運(yùn)動(dòng)到1.5L時(shí),磁通量最小, 當(dāng)運(yùn)動(dòng)到2L時(shí)磁通量變?yōu)橄蚶锏淖畲?故A正確;當(dāng)線框 進(jìn)入第一個(gè)磁場時(shí),由E=BLv可知,E保持不變,感應(yīng)電流 為順時(shí)針方向;而開始進(jìn)入第二個(gè)磁場時(shí),兩端同時(shí)切 割磁感線,電動(dòng)勢應(yīng)為2BLv,方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向?yàn)檎?,故B正確;因安培力總是與運(yùn)動(dòng)方向相反,故

31、拉力應(yīng)一直 向右,故C錯(cuò)誤;拉力的功率P=Fv,因速度不變,而線框在 第一個(gè)磁場時(shí),電流為定值,拉力也為定值;兩邊分別在 兩個(gè)磁場中時(shí),F安=2B L= ,因此安培力變 為原來的4倍,則拉力的功率變?yōu)樵瓉淼?倍,故D正確。 故選A、B、D。,物理思想方法——電磁感應(yīng)中的含容電路問題的分析方法,電磁感應(yīng)中含容電路的兩類問題,【案例示范】如圖,兩條平行導(dǎo)軌所在平面與水平地面的夾角為θ,間距為L。導(dǎo)軌上端接有一平行板電容器,電容為C。導(dǎo)軌處于勻強(qiáng)磁場中,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向垂直于導(dǎo)軌平面。在導(dǎo)軌上放置一質(zhì)量為m的金屬棒,棒可沿導(dǎo)軌下滑,且在下滑過程中保持與導(dǎo)軌垂直并良好接觸。已知金屬棒與導(dǎo)軌

32、之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,重力加速度大小為g。忽略所有電阻。讓金屬棒從導(dǎo)軌上端由靜止開始下滑,求:,(1)電容器極板上積累的電荷量與金屬棒速度大小的關(guān)系。 (2)金屬棒的速度大小隨時(shí)間變化的關(guān)系。,【解析】(1)設(shè)金屬棒下滑的速度大小為v,則感應(yīng) 電動(dòng)勢為E=BLv ① 平行板電容器兩極板之間的電勢差為U=E ② 設(shè)此時(shí)電容器極板上積累的電荷量為Q,按定義有 C= ③ 聯(lián)立①②③式得 Q=CBLv ④,(2)設(shè)金屬棒的速度大小為v時(shí)經(jīng)歷的時(shí)間為t,通過 金屬棒的電流為i。金屬棒受到的磁場的作用力方向 沿導(dǎo)軌向上,大小為f1=BLi ⑤ 設(shè)在時(shí)間間隔t～t+Δt內(nèi)流經(jīng)金屬棒的電荷

33、量為ΔQ, 按定義有i= ⑥ ΔQ也是平行板電容器在時(shí)間間隔t～t+Δt內(nèi)增加的 電荷量。由④式得ΔQ=CBLΔv ⑦,式中,Δv為金屬棒的速度變化量。按定義有a= ⑧ 金屬棒所受到的摩擦力方向斜向上,大小為 f2=μN(yùn) ⑨ 式中,N是金屬棒對(duì)于導(dǎo)軌的正壓力的大小,有 N=mgcosθ ⑩ 金屬棒在時(shí)刻t的加速度方向沿斜面向下,設(shè)其大小 為a,根據(jù)牛頓第二定律有mgsinθ-f1-f2=ma ?,聯(lián)立⑤至?式得 ? 由?式及題設(shè)可知,金屬棒做初速度為零的勻加速 運(yùn)動(dòng)。t時(shí)刻金屬棒的速度大小為 答案:(1)Q=CBLv (2),【類題訓(xùn)練】 (201

34、8揭陽高二檢測)如圖所示,兩個(gè)電阻器的阻值分別為R與2R,其余電阻不計(jì),電容器電容為C。勻強(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B,方向垂直紙面向里,金屬棒ab、cd的長度均為L,當(dāng)棒ab以速度v向左切割磁感線運(yùn)動(dòng),棒cd以速度2v向右切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí),電容器C上的電荷量為多大?,【解析】金屬棒ab以速度v向左切割磁感線運(yùn)動(dòng),產(chǎn)生 的感應(yīng)電動(dòng)勢E1=LvB 形成沿abfea方向的電流I= 從而Ufe=IR= 金屬棒cd以速度2v向右切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí),產(chǎn)生的感應(yīng) 電動(dòng)勢E2=2LvB,且c點(diǎn)電勢高,由于cd所在回路不閉合, 所以Uc d=E2=2LvB。,因?yàn)閐、f兩點(diǎn)等電勢,所以Uc e=Uc d+Ufe= 。且c點(diǎn) 電勢高,從而電容器C上的電荷量Q=CUc e= ,右側(cè) 極板帶正電。 答案:,