高中物理 第一章 电磁感应 第五节 电磁感应规律的应用学案 粤教版选修3-2-粤教版高中选修3-2物理学案VIP免费

第五节电磁感应规律的应用1.知道法拉第电机的工作原理．2.理解电磁感应现象中的能量转化，并会运用能量观点分析电磁感应问题．,[学生用书P14])一、法拉第电机1．法拉第电机的原理：如图所示是法拉第做成的世界上第一台发电机模型的原理图．把一个铜盘放在磁场里，使磁感线垂直穿过铜盘；转动铜盘，就可以使闭合电路获得持续的电流．2．感应电动势的大小(1)铜盘可以看作由无数根长度等于铜盘半径的导体棒组成，导体棒在转动过程中要切割磁感线(如图所示)．(2)铜盘转动时，由于棒上各处速率不等，故不能直接用公式E＝BLv进行求解，由v＝ωr可知，棒上各点线速度跟半径成正比，故可用棒的中点的速度作为平均切割速度代入公式E＝BLv计算，根据v＝有：E＝BL2ω．3．感应电动势的方向：导体Oa在转动切割磁感线时产生感应电动势，相当于电源．如果它与用电器连接构成闭合电路，则产生感应电流的方向由a→O(右手定则)．而电源内部电流方向是由负极流向正极，所以O为电动势的正极，a为电动势的负极．1．教材图1－5－5中，哪一部分是等效电源？哪一部分是外电路？分析闭合电路中电流的方向．提示：导体棒是等效电源，R和Rg是外电路，电流方向是efDAe和efCBe.二、电磁感应中的能量转化在电磁感应现象中，产生感应电动势的那部分导体相当于电源．如果电路闭合，电路中会产生感应电流，而导体又处在磁场中，因此导体将受到安培力的作用，如图所示．导体ab向右运动，会产生由b流向a的感应电流，在磁场中，通电导体ab要受到向左的安培力作用．电磁感应现象中产生的电能是通过克服安培力做功转化而来的．克服安培力做了多少功，就有多少电能产生，而这些电能又通过电流做功而转化为其他形式的能．因此，电磁感应现象符合能量守恒定律．2．如图所示，下面是螺线管和灵敏电流表组成的闭合电路，上面是弹簧和条形磁铁组成的振动装置，线圈直径大于磁铁的线度．使磁铁在线圈内振动，试分析磁铁如何运动？能量如何转化？提示：磁铁上下振动，振幅越来越小，直至停止机械能转化为电能导体棒在匀强磁场中的转动问题[学生用书P15]1．用E＝BLv求解：用E＝BLv求解感应电动势时，要求导体上各点的切割速度相同或能求其等效切割速度．2．用E＝求解：设经过Δt时间AB棒扫过的扇形面积为ΔS，则ΔS＝LωΔtL＝L2ωΔt磁通量的变化量为ΔΦ＝BΔS＝BL2ωΔt，所以E＝n＝B＝BL2ω(n＝1)，所以E＝BL2ω.长为l的金属棒ab以a点为轴在垂直于匀强磁场的平面内以角速度ω做匀速转动，如图所示，磁感应强度为B，求ab两端的电势差．[思路点拨](1)用E＝Blv求解时，由于棒上各点速度不同，v应取速度的平均值．(2)用E＝求解，关键是设想闭合回路，确定Δt时间内金属棒扫过的面积．[解析]法一：ab两端的电势差等于金属棒切割磁感线产生的感应电动势，由v＝ωr知，棒上各点的线速度和该点离转轴的距离成正比，所以导体棒切割磁感线的平均速度为：v＝＝vb＝ωlEab＝Blv＝Bl2ω故Uab＝Eab＝Bl2ω.法二：设Δt时间内金属棒扫过的扇形面积为ΔS，则ΔS＝l2θ＝l2ωΔtΔΦ＝BΔS＝Bl2ωΔt由法拉第电磁感应定律知E＝＝＝Bl2ω故Uab＝Bl2ω.[答案]Bl2ω如图，直角三角形金属框abc放置在匀强磁场中，磁感应强度大小为B，方向平行于ab边向上．当金属框绕ab边以角速度ω逆时针转动时，a、b、c三点的电势分别为Ua、Ub、Uc.已知bc边的长度为l.下列判断正确的是()A．Ua>Uc，金属框中无电流B．Ub>Uc，金属框中电流方向沿a－b－c－aC．Ubc＝－Bl2ω，金属框中无电流D．Ubc＝Bl2ω，金属框中电流方向沿a－c－b－a解析：选C.金属框abc平面与磁场平行，转动过程中磁通量始终为零，所以无感应电流产生，选项B、D错误；转动过程中bc边和ac边均切割磁感线，产生感应电动势，由右手定则判断Ua＜Uc，Ub＜Uc，选项A错误；由转动切割产生感应电动势的公式得Ubc＝－Bl2ω，选项C正确．电磁感应中的电路问题[学生用书P15]1．内电路和外电路(1)切割磁感线运动的导体或磁通量发生变化的线圈都相当于电源，该部分导体的电阻或线圈的电阻相当于电源的内阻(r)．(2)除电源外其余部分是外电路．2．解决与电路相联系的电磁感应问题的基本方法(1)用法拉第电磁感应定...