【全优课堂】2014秋高中物理 第一章 电磁感应章末整合课件 粤教版选修3-2

电磁感应专题1楞次定律的理解和应用1．楞次定律解决的问题是感应电流的方向问题，它涉及两个磁场，感应电流的磁场(新产生的磁场)和引起感应电流的磁场(原来就有的磁场)，前者和后者的关系不是“同向”和“反向”的简单关系，而是前者“阻碍”后者“变化”的关系．2．对“阻碍意义的理解”(1)阻碍原磁场的变化．“阻碍”不是阻止，而是“延缓”，感应电流的磁场不会阻止原磁场的变化，只能使原磁场的变化被延缓或者说被迟滞了，原磁场的变化趋势不会改变，不会发生逆转．(2)阻碍的是原磁场的变化，而不是原磁场本身，如果原磁场不变化，即使它再强，也不会产生感应电流．(3)阻碍不是相反，当原磁通量减小时，感应电流的磁场与原磁场同向，以阻碍其减小；当磁体远离导体运动时，导体运动将和磁体运动同向，以阻碍其相对运动．(4)由于“阻碍”，为了维持原磁场的变化，必须有外力克服这一“阻碍”而做功，从而导致其他形式的能量转化为电能，因而楞次定律是能量转化和守恒定律在电磁感应中的体现．3．运用楞次定律处理问题的思路(1)判定感应电流方向问题的思路运用楞次定律判定感应电流方向的基本思路可以总结为“一原、二感、三电流”．①明确原磁场：弄清原磁场的方向以及磁通量的变化情况．②确定感应磁场：即根据楞次定律中的“阻碍”原则，结合原磁场磁通量变化情况，确定出感应电流产生的感应磁场的方向．③判定电流方向：即根据感应磁场的方向，运用安培定则判断出感应电流方向．(2)判断闭合电路(或电路中可动部分导体)相对运动类问题的分析策略在电磁感应问题中，有一类综合性较强的分析判断类问题，主要是磁场中的闭合电路在一定条件下产生了感应电流，而此电流又处于磁场中，受到安培力作用，从而使闭合电路或电路中可动部分的导体发生了运动．【例1】如图1所示是著名物理学家费曼设计的一个实验，在一块绝缘板中部安装一个线圈，并接有电源，板的四周有许多带负电的小球．将整个装置悬挂起来．当接通开关瞬间，整个圆盘将(自上而下看)()A．顺时针转动一下B．逆时针转动一下C．顺时针不断转动D．逆时针不断转动图1解析：开关接通瞬间，穿过带电小球所在空间向下的磁通量突然增加，由楞次定律知，在带电小球所处空间将产生逆时针方向(从上往下看)的电动势(确切讲，应为逆时针方向电场)，从而使带负电小球受到顺时针方向作用力．由于该变化是瞬间的，故选A.答案：A专题2电磁感应中的力学问题通过导体的感应电流在磁场中将受到安培力作用，从而引起导体速度、加速度的变化．(1)基本方法①用法拉第电磁感应定律和楞次定律求出感应电流的方向和感应电动势的大小．②求出回路中电流的大小．③分析研究导体受力情况(包括安培力，用左手定则确定其方向)④列出动力学方程或者平衡方程求解．(2)基本思路：电磁感应力学问题中，要抓好受力情况、运动情况的动态分析：导体受力运动产生感应电动势→感应电流→通电导体受到安培力→合外力变化→加速度变化→速度变化，周而复始的循环，循环结束时，加速度为零，导体达稳定状态，速度达到最值．【例2】如图2所示，线圈abcd每边长l＝0.20m，线圈质量m1＝0.10kg、电阻R＝0.10Ω，重物质量为m2＝0.14kg.线圈上方的匀强磁场磁感应强度B＝0.5T，方向垂直线圈平面向里，磁场区域的宽度为h＝0.20m．重物从某一位置下降，使ab边进入磁场开始做匀速运动，求线圈做匀速运动的速度．(g＝10m/s2)图2解析：该题的研究对象为线圈，线圈在匀速上升时受到的安培力F安、绳子的拉力F和重力mg相互平衡，即F＝F安＋m1g①，重物受力也平衡：F＝m2g②，线圈匀速上升，在线圈中产生的感应电流为I＝BlvR③，因此线圈受到向下的安培力F安＝BIl④，联立①②③④式得v＝m2－m1gRB2l2，代入数据解得v＝4m/s.答案：4m/s专题3电磁感应中的电路问题在电磁感应中，切割磁感线的导体或磁通量变化的回路将产生感应电动势，该导体或回路相当于电源．解决电路问题的基本方法：①用法拉第电磁感应定律或楞次定律确定感应电动势的大小和方向．②画出等效电路图．③运用闭合电路欧姆定律、串并联电路性质，电功率等公式进行求解．【例3】用相同导线绕制的边长为L或2L的四个闭合导体线框，以相同的速度匀速进入右侧匀强磁场，如图3所示．在每个线框进入磁场的过程中，M、N两点间的电压分别为Ua、Ub、Uc和Ud.下列判断正确的是()图3A．UaUbUcUdB．UaUbUdUcC．Ua＝UbUc＝UdD．UbUaUdUc解析：线框进入磁场过程中产生的电动势分别为Ea＝Eb＝BLv，Ec＝Ed＝2BLv，由于单位长度电阻相等，则有：Ua＝34Ea＝34BLv，Ub＝56Eb＝56BLv，Uc＝34Ec＝32BLv，Ud＝23Ed＝43BLv，所以Ua＜Ub＜Ud＜Uc，B正确．答案：B专题4电磁感应中的图象问题电磁感应中常常涉及磁感应强度、磁通量、感应电动势、感应电流、安培力或外力随时间变化的图象．这些图象问题大体上可以分为两类：①由给定的电磁感应过程选出或画出正确图象．②由给定的有关图象分析电磁感应过程，求解相应的物理量．不管是何种类型，电磁感应中的图象问题往往需要综合右手定则、左手定则、楞次定律和法拉第电磁感应定律等规律分析解决．【例4】（双选）一闭合线圈固定在垂直于纸面的匀强磁场中，设向里为磁感应强度B的正方向，线圈中的箭头为电流i的正方向如图4甲所示．已知线圈中感应电流i随时间而变化的图象如图乙所示，则磁感应强度B随时间而变化的图象可能是()图4解析：由电磁感应定律知，感应电流i＝ER＝ΔΦRΔt＝SR·ΔBΔt.所以i∝ΔBΔt，即感应电流的大小正比于磁感应强度的变化率．由i－t图象看出0.5～1.5s，i值不变，应该有B－t图线斜率不变，故B错；由楞次定律判断在0～0.5s内A选项中应产生正方向的感应电流，故A错．因i只由ΔBΔt决定与B的大小无关，所以C正确，则D也正确．答案：CD专题5电磁感应中的能量问题电磁感应过程中产生的感应电流在磁场中必定受到安培力作用，要维持感应电流的存在，必须有“外力”克服安培力做功，此过程中，其他形式的能量转化为电能，“外力”克服安培力做了多少功，就有多少其他形式的能转化为电能．当感应电流通过用电器时，电能又转化为其他形式的能量，安培力做功的过程，是电能转化为其他形式的能的过程，安培力做了多少功，就有多少电能转化为其他形式的能量．【例5】如图5甲所示，光滑的平行水平金属导轨MN、PQ相距l，在M点和P点间连接一个阻值为R的电阻，在两导轨间cdfe矩形区域内有垂直导轨平面竖直向上、宽为d的匀强磁场，磁感应强度为B.一质量为m、电阻为r、长度也刚好为l的导体棒ab垂直搁在导轨上，与磁场左边界相距d0.现用一个水平向右的力F拉棒ab，使它由静止开始运动，棒ab离开磁场前已做匀速直线运动，棒ab与导轨始终保持良好接触，导轨电阻不计，F随ab与初始位置的距离x变化的情况如图乙，F0已知．求：图5(1)棒ab离开磁场右边界时的速度；(2)棒ab通过磁场区域的过程中整个回路所消耗的电能；(3)d0满足什么条件时，棒ab进入磁场后一直做匀速运动．解析：(1)设离开右边界时棒ab速度为v，则有E＝Blv，I＝ER＋r，对棒有2F0－BIl＝0，解得v＝2F0R＋rB2l2.(2)在棒ab运动的整个过程中，根据动能定理：F0d0＋2F0d－W安＝12mv2－0，由功能关系：E电＝W安，解得E电＝F0(d0＋2d)－2mF20R＋r2B4l4.(3)设棒刚进入磁场时的速度为v0，则有F0d0＝12mv20－0.当v0＝v，即d0＝2F0mR＋r2B4l4时，进入磁场后一直匀速运动．答案：(1)2F0R＋rB2l2(2)F0(d0＋2d)－2mF20R＋r2B4l4(3)d0＝2F0mR＋r2B4l4