高中物理万有引力机械运动动量与能量课件

高二物理（第四讲）韩英高级教师大连一中一、学习内容电磁感应二、学习要求重点掌握法拉弟电磁感应定律，楞次定律，右手定则，突破感应电流方向判定及电学知识综合应用两难点。三、学习指导电磁感应现象感应电流产生的条件感应电流（电动势）的方向：楞次定律右手定则感应电动势的大小：tnBLv用牛顿定律，全电路欧姆定律解决力、电综合问题，用能量观点解决电磁感应问题。自感现象（一）知识结构（二）专题导析1、磁通量（1）定义：（S为线圈垂直于磁场B方向的面积）SBSB0cosBS（2）单位：韦伯（Wb）1Wb=1T·m2（3）磁通量是标量，但有正负之分，其正、负表示磁场穿越平面时，与规定的正面相同还是相反。（4）区别磁通量Φ；磁通量的变化ΔΦ=Φ2-Φ1（表示磁通量变化大小）；磁通量的变化率（表示磁通量变化的快慢）t例：两个同心放置的共面金属园环a、b，套在一条形磁铁上，环面与条形磁铁垂直，则穿过两环的磁通量Φa和Φb的大小关系为（）A、Φa=ΦbB、ΦaΦbC、ΦaΦbD、无法判断NSSabB2、感应电流（1）定义：电磁感应现象中产生的电流。（2）产生条件：穿过闭合回路的磁通量发生变化，或闭合回路的一部分做切割磁感线运动。例套在条形磁铁上有一根由金属丝绕制成的闭合环（如图），当闭合环收缩导致它的面积减小时，闭合环中是否有感应电流产生？_________有NS3、感应电动势大小——法拉第电磁感应定律在闭合回路中，有了电源才能使电路中出现持续电流，在电磁感应现象中出现感应电流，表明必存在与此相对应的电动势，即感应电动势。（1）定义：在电磁感应现象中产生的电动势叫做感应电动势，产生感应电动势的那部分导体相当于电源。（2）感应电动势与感应电流关系：感应电动势是形成感应电流的必要条件，有感应电动势不一定存在感应电流（要看电路是否闭合），有感应电流一定存在感应电动势。（3）法拉弟电磁感应定律：实验表明：电路中，感应电动势大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比，若线圈有n匝，相当于n个串联，所以，整个线圈的电动势为tnE（4）法拉弟电磁感应定律的作用——导体做垂直切割磁感线运动。BLVtEVtLBBV所以且匀速由于,GaaVbb（5）与E=BLV关系①是计算感应电动势的一般式，而E=BLV是应用的特例——导体切割磁感线运动。②所得是Δt时间内电动势的平均值，而E=BLV即可计算E的平均值（V是平均速度时）也可计算E的瞬时值（V是瞬时速度时）tnEtnEtnEtnE例：如图，一水平放置的平行导体框架宽度L=0.5m，接有电阻R=0.1Ω，磁感应强度B=0.4T的匀强磁场垂直导轨平面方向向下，今有一导体棒ab跨放在框架上，并能无摩擦地沿框架滑动，框架电阻均不计，导体ab电阻r=0.1Ω，当ab以v=4m/s的速度向右匀速滑动时，求：①导体ab上的感应电动势E=？②电压表的读数U=？③要维持ab向右匀速运动，作用在ab上的水平外力多大？方向如何？④电阻R上产生的焦耳热功率多大？VRabu解析：①导体ab垂直切割磁感线，产生的电动势大小：E=BLV=0.4×0.5×4=0.8(V)②导体ab相当于电源，由闭合电路欧姆定律得回路电流：③导体ab所受的安培力F=BIL=0.4×4×0.5=0.8(N),由于ab匀速运动，所以水平拉力F’=F=0.8N)(41.01.08.0ArREI④R上的焦耳热功率P=I2R=42×0.1=1.6(W)注意：根据电磁感应现象中的能量守恒关系知机械功率P0’=F·v=0.8×4=3.2(W)机械功率转化成外电阻R与内电阻r所产生的焦耳热功率。4、感应电流（电动势）方向——楞次定律，右手定则。在存在感应电动势的闭合电路中，感应电流具有一定的流向，感应电流的（流向）方向遵循楞次定律。（1）楞次定律内容：感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。注意：①引起感应电流的磁通量是指原磁通量。②“阻碍”不是“相反”，而是增加时相反，减弱时相同。（2）用楞次定律判断感应电流方向的一般步骤。①确定穿过回路原磁场的方向。②确定穿过回路磁通量是增强还是减弱。③根据楞次定律确定感应电流磁场的方向（增反，减同）。④应用安培定则，确定感应电流的方向。（3）楞次定律与右手定则①右手定则是楞次定律应用中的特例。在导体做切割磁感线运动时，可以用右手定则简单地判断出感应电流（或感应电动势）的方向。②右手定则内容：伸开右手让拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在一个平面内，让磁感线垂直从手心进入，拇指指向导体运动的方向，其余四指指的就是感应电流的方向。（4）从导体和磁体的相对运动的角度来看，感应电流所受的安培力总要阻碍相对运动。5、用牛顿定律，全电路欧姆定律解决力、电综合问题，用能量观点解决电磁感应问题。（三）巩固练习（1）如图装置中，判断下列各种情况下，A线圈中感应电流I的方向（相对R而言，填向上或向下）①断开K瞬间：_________________②滑头P向下滑动过程:________________RABKρ向上向下2、如图装置中，判断下列各种情况下，通过R的电流方向？（向上或向下）①ab棒向右加速________②ab棒向右减速________③ab棒向右匀速________④ab棒向左加速________abR向下向下向下向上3、关于感应电流，下列说法中正确的有（）A、只要闭合电路内有磁通量，闭合电路就有感应电流产生；B、穿过螺线管的磁通量发生变化时，螺线管内部就一定有感应电流发生；C、线框不闭合时，即使穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中也没有感应电流；D、只要电路的一部分作切割磁感线运动，电路中就一定有感应电流；C4、矩形闭合线圈平面跟磁感线方向平行，如图所示，下列哪种情况线圈中有感应电流（）A、线圈绕ab轴转动；B、线圈垂直纸面向外平动；C、线圈沿ab轴下移；D、线圈绕cd轴转动。abdCBA5、如图所示，当磁铁运动时，流过电阻R的电流是由A经R到B，则磁铁可能是（）A、向下运动B、向上运动C、向左平移D、以上都不可能B、CSNSNRAB6、如图所示，当磁铁突然向闭合铜环运动时，铜环的运动情况是（）A、向右摆动；B、向左摆动；C、静止；D、不能判定NSuA7、两个闭合铝环，挂在一根水平光滑的绝缘杆上，当条形磁铁N极向左插向圆环时，两圆环的运动是（）A、边向左移边分开；B、边向左移边靠拢；C、边向右移边分开；D、边向右移边靠拢B8、如图所示，金属矩形线圈abcd用细线悬挂在U形磁铁中央，磁铁可绕OO’轴转动（从上向下看是逆时针转动），则当磁铁转动时，线圈abcd的运动情况是___________________________SNabcdOO’同方向转动（但不同步）9、如图所示，MN、PQ为同一水平面的两平行导轨，导轨间有垂直于导轨平面的磁场，导体ab、cd与导轨有良好的接触并能滑动，当ab沿轨道向右滑时，则（）A、cd右滑B、cd不动C、cd左滑D、无法确定AMNPQabdc10、如图所示，在磁感应强度为0.2T的匀强磁场中，长为0.5m的导体AB在金属框架上，以10m/s的速度向右滑动，R1=R2=20Ω，其它电阻不计，则流过AB的电流是多少？__________0.1AFABR1R211、上题中，若AB棒电阻为10Ω，则在AB棒运动过程中，AB两端电压为_____；____点电势较高0.5VB12、如图所示，线圈面积S=1×10-5m2，匝数n=100，两端点连接一电容器C=20μF，线圈中的匀强磁场的磁感强度按增加，则电容器所带电量为多少__________；_________板带正电。sTtB/1.02×10-9bBab13、如图甲，螺线管的导线两端A、B通过一个电阻相接，若条形磁铁突然从螺线管中拔出，则此时A、B两点哪一点的电势较高（）NSABRB点14、在竖直平面内有一平行光滑导轨MN、PQ，轨宽0.2m，在导轨间连接电阻R=0.2Ω，导轨间有一匀强磁场，B=0.5T，方向如图所示，有一导体棒AB质量m=0.01kg，电阻不计，能与导体始终保持良好接触并能沿导轨滑动，AB从静止开始下滑，它能达到的最大速度是多少？RPBQNAMsmVRVLBLRBLVBBILmg/4.022（四）课外拓展阅读（一）物理学家楞次楞次（1804-1865）是俄国物理学家，1804年2月14日诞生于爱沙尼亚，他在中学时就酷爱物理学，1820年，以优异成绩考入家乡的杰普特大学，学习自然科学，在他读三年级时（1823年）就因为物理成绩突出被校方选中，以物理学家的身份参加了环球考察，1830年当选为科学院候补院士，30岁时（1934年）成为正式院士，后任彼得堡大学物理系主任，1862年任彼得堡大学校长。楞次在物理学上的主要成就在电磁学方面。1833年，他总结了自己的实验结果，提出了确定感应电流方向的定律，后人把这个定律称为“楞次定律”。这一定律说明电磁感应现象也是符合能量守恒和转化定律的。1833年后，楞次独立地进行电流热效应的研究，与焦耳几乎同时各自独立地发现了电流通过导体时的热效应定律，被称为“焦耳——楞次”定律。他还对发电机和电动机的可逆性，电流在分支电路中的分布等问题做了认真的研究。楞次于1865年2月10日在罗马逝世，享年61岁。（二）法拉第及其成就法拉第是英国著名的物理学家和化学家。1791年9月22日生于英格兰一个铁匠家庭，由于家境贫苦，他只在7岁至9岁读过两年小学，12岁上街卖报，13岁到一家图书装订店当学徒。他被书报吸引住，利用业余时间刻苦学习。1812年，22岁的法拉第有机会听了伦敦皇学会会长、化学家戴维的一次化学讲座，更激起他参加科学工作的热切愿望，事后，他把听讲记录寄给报告人，得到戴维的称赞，第二年，在戴维的帮助下，法拉第进入皇家学院实验室，做戴维的助手，1861年发表了第一篇有关化学方面的论文，1824年，当选为英国皇家学会会员，1825年任皇家学院实验室主任，1864年，他荣获伦福德奖章和皇家勋章，他还是法国科学院院士。1820年奥斯特关于电流磁效应的发现，引起了法拉第的深思：既然电流能产生磁，那么磁能否产生电呢？他反复研究和实验，在1831年发现了电磁感应现象，确立了电磁感应的基本定律，为经典的电磁理论和现代电工学打下了基础，他创造了电磁学史上第一台感应发电机，成为今天多种复杂电机的始祖。1833~1834年，他由实验得出了电解定律，这是电荷不连续性的最早的、最有力的证据（但在当时还没有做出这一结论）。法拉第是一位靠自学成材的伟大科学家，他自小爱思考问题，学习非常勤奋，他在科学的征途上走过了半个多世纪，始终如一地实践了自己“献身于科学”的诺言，他热爱科学，不求名利，曾多次拒绝了任命和封爵，辞去了一些报酬很高的聘请，以专心从事科学研究。法拉第在1858年从皇家学院退休，1867年8月25日在伦敦去世，终年76岁，遵照他“一辈子当一个平凡的迈克尔·法拉第”的意愿，他遗体被安葬在海格特公墓，后人为了纪念他，用他的名字命名电容的单位。（三）研究性学习课题电磁感应现象的发现，不断地改变着我们的生活。（1）通过你的家庭或走访某户家庭，看看有哪些家用电器是利用电磁感应现象来工作的。（2）就电磁感应现象的某一方面的应用，谈谈它是怎样改变着人们的生活。