2019-2020学年高二物理人教版选修3-2课件第四章习题课 电磁感应中的动力学及能量问题
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高二物理人教版选修3-2课件:第四章 电磁感应
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拉力,并保持拉力的功率恒为P,导体棒最终以2v的速度匀速运
动.导体棒始终与导轨垂直且接触良好,不计导轨和导体棒的电
阻,重力加速度为g.下列选项正确的是 ( )
1
2
P=2mgvsin θ
v 2 3
当导体棒速度达到 时加速度大小 为 sin θ
P=3mgvsin θ
g 2
4
四.在导体棒速度达到2v以后匀速 运动的过程中,R上产生
定则 右手定则、左手定则、安培定则的区别
法拉第电磁 感应电 定义:在电磁感应现象中产生的电动势
感应定律(感 动势 应电动势的
产生的条件: 磁通量 发生变化
大小)
磁通量的变化率:单位时间内磁通量的变化
法拉第电磁感应定律(感应电动势的大小)
法拉第电磁 感应定律
ΔΦ
E=n Δt ,适合求E的平均值
切割 E= Blv ,适合求E的瞬时值 公式 条件:B、l、v三者互相垂直
自感现象及 互感现象
其应用(特殊
的电磁感应
自感现象
现象)
定义: 自身电流 发生变化而产生的电磁 感应现象
自感电动势:总是阻碍 自身电流 的变化
自感系数L:与线圈的大小、形状、圈数,
自感现象
以及是否有铁芯等因素有
自感现象及
关
其应用(特殊 的电磁感应
应用和防止 定义:块状金属在变化的磁场中产生的环形
现象)
03 利 用 好 导 体达到稳定 状态时的平衡 方程,往往是 解答该 类问题的突破口.
例4 如图4所示,相距为L的两条足够长的光滑
平行金属导轨与水平面的夹角为θ,上端接有定
值电阻R,匀强磁场垂直于导轨平面,磁感应强
度为B.将质量为m的导体棒由静止释放,当速度
2019-2020学年高二物理人教版选修3-2课件第四章 5电磁感应现象的两类情况
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答案:×
(2)处于变化磁场中的导体,其内部自由电荷定向移动,是由于受 到感生电场的作用。 ( )
解析:在变化的磁场中,导体中的自由电荷将发生定向移动,产生 感应电流,或者说导体中产生感应电动势,其非静电力就是这种感 生电场作用产生的。
答案:√
-5-
5 电磁感应现象的两类情况
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感生电场力虽然是电场力但不是静电力。它是一种 非静电力。
-12-
5 电磁感应现象的两类情况
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随堂检测
探究一
探究二
典例剖析 【例题1】 著名物理学家费曼曾设计过这样一个实验装置:一块 绝缘圆板可绕其中心的光滑轴自由转动,在圆板的中部有一个线圈, 圆板的四周固定着一圈带电的金属小球,如图所示。当线圈接通电 源后,将有图示方向的电流流过,则下列说法正确的是( ) A.接通电源瞬间,圆板不会发生转动 B.线圈中电流的增大或减小会引起 圆板向相同方向转动 C.接通电源后,保持线圈中电流不变, 圆板转动方向与线圈中电流流向相同 D.若金属小球带负电,接通电源瞬间圆板转动方向与线圈中电流 流向相同
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解析:感生电场中磁场的方向用楞次定律来判定:原磁场向上且 磁感应强度在增大,在周围有闭合导线的情况下,感应电流的磁场 方向应与原磁场方向相反,即感应电流的磁场方向向下,再由右手 螺旋定则知感应电流的方向即感生电场的方向:从上向下看应为顺 时针方向;同理可知,原磁场方向向上且磁感应强度减小时,感生电 场的方向从上向下看应为逆时针方向,所以A、D正确。
期减小,选项D错误。
答案:A
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(2)处于变化磁场中的导体,其内部自由电荷定向移动,是由于受 到感生电场的作用。 ( )
解析:在变化的磁场中,导体中的自由电荷将发生定向移动,产生 感应电流,或者说导体中产生感应电动势,其非静电力就是这种感 生电场作用产生的。
答案:√
-5-
5 电磁感应现象的两类情况
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感生电场力虽然是电场力但不是静电力。它是一种 非静电力。
-12-
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探究一
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典例剖析 【例题1】 著名物理学家费曼曾设计过这样一个实验装置:一块 绝缘圆板可绕其中心的光滑轴自由转动,在圆板的中部有一个线圈, 圆板的四周固定着一圈带电的金属小球,如图所示。当线圈接通电 源后,将有图示方向的电流流过,则下列说法正确的是( ) A.接通电源瞬间,圆板不会发生转动 B.线圈中电流的增大或减小会引起 圆板向相同方向转动 C.接通电源后,保持线圈中电流不变, 圆板转动方向与线圈中电流流向相同 D.若金属小球带负电,接通电源瞬间圆板转动方向与线圈中电流 流向相同
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解析:感生电场中磁场的方向用楞次定律来判定:原磁场向上且 磁感应强度在增大,在周围有闭合导线的情况下,感应电流的磁场 方向应与原磁场方向相反,即感应电流的磁场方向向下,再由右手 螺旋定则知感应电流的方向即感生电场的方向:从上向下看应为顺 时针方向;同理可知,原磁场方向向上且磁感应强度减小时,感生电 场的方向从上向下看应为逆时针方向,所以A、D正确。
期减小,选项D错误。
答案:A
-17-
人教版高二物理选修3-2:4.4法拉第电磁感应定律课件
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高二物理选修3-2 第四章电磁感应 第4节法拉第电磁感应定律
感应电动势
1.穿过闭合导体回路的磁通量发生变化,其中就有感应电 流。既然有感应电流,电路中就一定有电动势。如果电路没 有闭合,这时虽然没有感应电流,电动势依然存在。
2.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就相当于电源。电源内部的电流方 向由电源负极流到电源正极。电源外部的电流方向由电源正 极流出,从电源负极流入。
(1)I=0.2A (2)E=0 (3)Q=5.76J
磁感线,产生的感应电动势为
E=BLv1=BLvsinθ
4.导线切割磁感线时的感应电动势
(1)若B、L、v三者相互垂直时,感应电动势E=BLv
(2)若B、L、v有二者相互垂直,第三者与其中一者夹角为 θ时,感应电动势E=BLvsinθ
(3)若B、L、v三者间两两夹角分别为θ1和θ2时,感应电动 势E=BLvsinθ1sinθ2 (4)若切割磁感线是N匝线圈,且B、L、v三者相互垂直时, 感应电动势E=NBLv
9.一个由电阻均匀的导线绕制成的闭合线圈放在磁场中, 如图所示,线圈平面与磁场方向成60°角,磁感应强度随时 间均匀变化,下列方法可使感应电流增加一倍的是( C ) A.把线圈匝数增加一倍 B.把线圈面积增加一倍 C.把线圈半径增加一倍 D.改变线圈与磁场方向的夹角
10.如图甲所示,一个圆形线圈匝数n=1000,线圈面积 S=200cm2,线圈电阻r=1Ω,线圈外接一个阻值R=4Ω的电阻, 把线圈放入一方向垂直线圈平面向里的匀强磁场中,磁感应 强度随时间变化规律如图乙所示。求: (1)前4s内通过电阻R的感应电流 (2)前5s内的感应电动势 (3)前6s内电阻R产生的热量
圈的n倍,即 E n t
感应电动势
1.穿过闭合导体回路的磁通量发生变化,其中就有感应电 流。既然有感应电流,电路中就一定有电动势。如果电路没 有闭合,这时虽然没有感应电流,电动势依然存在。
2.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就相当于电源。电源内部的电流方 向由电源负极流到电源正极。电源外部的电流方向由电源正 极流出,从电源负极流入。
(1)I=0.2A (2)E=0 (3)Q=5.76J
磁感线,产生的感应电动势为
E=BLv1=BLvsinθ
4.导线切割磁感线时的感应电动势
(1)若B、L、v三者相互垂直时,感应电动势E=BLv
(2)若B、L、v有二者相互垂直,第三者与其中一者夹角为 θ时,感应电动势E=BLvsinθ
(3)若B、L、v三者间两两夹角分别为θ1和θ2时,感应电动 势E=BLvsinθ1sinθ2 (4)若切割磁感线是N匝线圈,且B、L、v三者相互垂直时, 感应电动势E=NBLv
9.一个由电阻均匀的导线绕制成的闭合线圈放在磁场中, 如图所示,线圈平面与磁场方向成60°角,磁感应强度随时 间均匀变化,下列方法可使感应电流增加一倍的是( C ) A.把线圈匝数增加一倍 B.把线圈面积增加一倍 C.把线圈半径增加一倍 D.改变线圈与磁场方向的夹角
10.如图甲所示,一个圆形线圈匝数n=1000,线圈面积 S=200cm2,线圈电阻r=1Ω,线圈外接一个阻值R=4Ω的电阻, 把线圈放入一方向垂直线圈平面向里的匀强磁场中,磁感应 强度随时间变化规律如图乙所示。求: (1)前4s内通过电阻R的感应电流 (2)前5s内的感应电动势 (3)前6s内电阻R产生的热量
圈的n倍,即 E n t
人教版3-2《第四章 电磁感应》章末总结(课件) (共30张PPT)
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和 I-t 图象。对于切割磁感线产生感应电动势和感应电流的情况,还 常涉及感应电动势 E 和感应电流 I 随线圈位移 x 变化的图象,即 E-x 图象和 I-x 图象。图象问题大体可分为两类:
(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常需利用右手定则、楞次 定律和法拉第电磁感应定律等分析解决。
人教版 高中物理选修3-2
《第四章 电磁感应》章末总结
知识网络
电流的磁效应 划时代的发现 电磁感应现象
产生感应电流的条件:穿过闭合电路的磁通量发生变化
电磁感应现象
感应电流的大小:法拉第电磁感应定律
������
=
������
������ ������
(适用于所有情况)
������ = ������������������sin������(适用于导线切割磁感线的情况)
(3)利用 E=nΔΔ������������或 E=BLvsin θ 求感应电动势的大小。 (4)分析电路结构,画出等效电路图,利用欧姆定律和 串、并联电路的规律求解。
2.电磁感应的过程本质是其他能转化 为电能的过程,产生的电能又同时转化为其 他能量,所以,电磁感应问题往往与能的转化 与守恒相联系,解决这类问题要搞清能量的 转化过程。
【解析】火车做匀加速运动,速度为 v v0 at ,以火车为参照系,线圈是运动的,线 圈 左 ( 或 右 ) 边 切 割 磁 感 线 产 生 的 感 应 电 动 势 为 E BLv , 线 圈 两 端 的 电 压 u E BLv BLv0 BLat ,由此可知,u 随时间均匀增大.线圈完全磁场中时,磁通
(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常需利用右手定则、楞次 定律和法拉第电磁感应定律等分析解决。
人教版 高中物理选修3-2
《第四章 电磁感应》章末总结
知识网络
电流的磁效应 划时代的发现 电磁感应现象
产生感应电流的条件:穿过闭合电路的磁通量发生变化
电磁感应现象
感应电流的大小:法拉第电磁感应定律
������
=
������
������ ������
(适用于所有情况)
������ = ������������������sin������(适用于导线切割磁感线的情况)
(3)利用 E=nΔΔ������������或 E=BLvsin θ 求感应电动势的大小。 (4)分析电路结构,画出等效电路图,利用欧姆定律和 串、并联电路的规律求解。
2.电磁感应的过程本质是其他能转化 为电能的过程,产生的电能又同时转化为其 他能量,所以,电磁感应问题往往与能的转化 与守恒相联系,解决这类问题要搞清能量的 转化过程。
【解析】火车做匀加速运动,速度为 v v0 at ,以火车为参照系,线圈是运动的,线 圈 左 ( 或 右 ) 边 切 割 磁 感 线 产 生 的 感 应 电 动 势 为 E BLv , 线 圈 两 端 的 电 压 u E BLv BLv0 BLat ,由此可知,u 随时间均匀增大.线圈完全磁场中时,磁通
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A.金属棒所受各力的合力所做的功等于零 B.金属棒所受各力的合力所做的功等于mgh和电阻R上产生的焦 耳热之和 C.恒力F与重力的合力所做的功等于棒克服安培力所做的功与 电阻R上产生的焦耳热之和 D.恒力F与重力的合力所做的功等于电阻R上产生的焦耳热
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习题课:电磁感应中的动力学及能量问题
探究一 探究二
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习题课:电磁感应中的动力学及能量问题
探究一 探究二
课堂篇 探究学习
随堂检测
2.电磁感应现象中涉及具有收尾速度的力学问题时,关键是做好 受力情况和运动情况的动态分析:
3.处理此类问题的基本方法: (1)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。 (2)求回路中的感应电流的大小和方向。 (3)分析研究导体受力情况(包括安培力)。 (4)列动力学方程或平衡方程求解。
������ 2 ������2 2 ������ ������ ������
������
。
2
(2)方法一:t= ������ ,Q=I Rt,所以 Q= 方法二:Q=W=FL1=
答案:(1)
������ 2 ������2 2 ������ ������
������1
������ 2 ������2 2 ������1 ������ ������
-5-
习题课:电磁感应中的动力学及能量问题
探究一 探究二
课堂篇 探究学习
随堂检测
典例剖析 【例题1】 如图所示,空间存在B=0.5 T、方向竖直向下的匀强磁 场,MN、PQ是不计电阻水平放置的平行长直导轨,其间距L=0.2 m, 电阻R=0.3 Ω 接在导轨一端,ab是跨接在导轨上质量m=0.1 kg、电 阻r=0.1 Ω 、长度与导轨间距相等的导体棒,已知导体棒和导轨间 的动摩擦因数为0.2。从零时刻开始,对ab棒施加一个大小为 F=0.45 N、方向水平向左的恒定拉力,使其从静止开始沿导轨滑动, 过程中棒始终保持与导轨垂直且接触良好,则:(g取10 m/s2)
-2-
习题课:电磁感应中的动力学及能量问题
探究一 探究二
课堂篇 探究学习
随堂检测
(1)开始下滑的加速度为多少? (2)金属杆中感应电流的方向怎样?金属杆受的安培力向哪?如何 变化? (3)金属杆的加速度如何变化?金属杆的速度如何变化? (4)满足什么条件时金属杆达到最大速度?金属杆下滑的最大速 度是多少? 要点提示:(1)g。(2)向左,向上,变大。(3)变小,变大。(4)当安培力
由上式可以看出,随着速度的增大,安培力增大,加速度a减小,当 加速度a减小到0时,速度达到最大。
������ 2 ������2 ������
此时有 F-μmg可得 vm=
������ 2 ������2 ������m
������ +������ (������-������������������ )(������+������ ) ������ 2 ������2
I=
������
������ +������
②
导体棒受到的安培力F安=BIL③ 导体棒运动过程中受到拉力F、安培力F安和摩擦力Ff的作用,根 据牛顿第二定律得, F-μmg-F安=ma④ 由①②③④得
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习题课:电磁感应中的动力学及能量问题
探究一 探究二
课堂篇 探究学习
随堂检测
F-μmg- ������+������ =ma⑤
课堂篇 探究学习
量转化
安培力做功
2.求解焦耳热Q的三种方法
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习题课:电磁感应中的动力学及能量问题
探究一 探究二
课堂篇 探究学习
随堂检测
3.求解电磁感应现象中能量问题的一般思路 (1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律确定感应电动势的大小和 方向。 (2)画出等效电路,求出回路中电阻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 与回路中电功率的改变所满足的方程。 产生和维持感应电流的过程是其他形式的能向感应 电流的电能转化的过程,安培力做功是其他形式的能和电能之间转 化的量度。
探究一 探究二
课堂篇 探究学习
随堂检测
电磁感应中的能量问题
问题探究 在水平匀强磁场中,竖直放置一个“ ”形金属框,框面垂直于磁 场,金属杆用光滑金属套连接在框架上,如图。杆自静止开始沿框 架下滑,试分析杆自静止下滑一段时间(未达到最大速度)内,有哪些 力做了功?有哪些能量发生了变化?简述这些功能关系。
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习题课:电磁感应中的动力学及能量问题
探究一 探究二
课堂篇 探究学习
随堂检测
要点提示:重力做功和安培力做功。重力势能减少,动能增加,电 能增加。重力做的功等于重力势能的减少量,克服安培力做的功等 于电能的增加量,合力的功等于动能的增加量。
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习题课:电磁感应中的动力学及能量问题
探究一 探究二
������ 2 ������2 2 ������1 ������
(2)
������ ������ 2 ������2 2 ������1 ������
������
。
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1
2
3
1.如图所示,在一匀强磁场中有一U形导线框abcd,线框处于水平面 内,磁场与线框平面垂直,R为一电阻,ef为垂直于ab的一根导体杆,它 可在ab、cd上无摩擦地滑动。杆ef及线框中导线的电阻都可不计。 开始时,给ef一个向右的初速度,则( ) A.ef将减速向右运动,但不是匀减速 B.ef将匀减速向右运动,最后停止 C.ef将匀速向右运动 D.ef将往返运动 解析:ef向右运动,切割磁感线,产生感应电动势和感应电流,会受到 向左的安培力而做减速运动,直到停止,但不是匀减速,由
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习题课:电磁感应中的动力学及能量问题
探究一 探究二
课堂篇 探究学习
随堂检测
解析:设 ab 棒的有效长度为 l,S 闭合时,若 速,D 项有可能;若 能。
答案:ACD
������ 2 ������ 2 ������ ������ ������ 2 ������ 2 ������ ������
F=BIl=
������ 2 ������ 2 ������ ������
=ma 知,ef 做的是加速度减小的减速运动。故 A 正确。
答案:A
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课堂篇 探究学习
随堂检测 随堂检测
1
2
3
2.如图所示,质量为m、高为h的矩形导线框在竖直面内自由下落, 其上下两边始终保持水平,途中恰好匀速穿过一有理想边界、高亦 为h的匀强磁场区域,线框在此过程中产生的内能为( ) A.mgh B.2mgh C.大于mgh而小于2mgh D.大于2mgh 解析:因线框匀速穿过磁场,在穿过磁场的过程中合外力做功为零, 克服安培力做功为2mgh,产生的内能亦为2mgh。故选B。 答案:B
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习题课:电磁感应中的动力学及能量问题
探究一 探究二
课堂篇 探究学习
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典例剖析 【例题2】 (多选)如图所示,两根电阻不计的光滑平行金属导轨 倾角为θ,导轨下端接有电阻R,匀强磁场垂直斜面向上。质量为m、 电阻不计的金属棒ab在沿斜面与棒垂直的恒力F作用下沿导轨匀 速上滑,上升高度为h,在这个过程中( )
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习题课:电磁感应中的动力学及能量问题
探究一 探究二
课堂篇 探究学习
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变式训练2如图所示,匀强磁场方向竖直向下,磁感应强度为B。 正方形金属框abcd可绕光滑轴OO'转动,边长为L,总电阻为R,ab边 质量为m,其他三边质量不计,现将abcd拉至水平位置,并由静止释放, 经一定时间到达竖直位置,ab边的速度大小为v,则在金属框内产生 热量大小等于( )
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习题课:电磁感应中的动力学及能量问题
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随堂检测 随堂检测
1
2
3
3.如图所示,长L1、宽L2的矩形线圈电阻为R,处于磁感应强度为B的 匀强磁场边缘,线圈与磁感线垂直,求将线圈以向右的速度v匀速拉 出磁场的过程中, (1)拉力的大小F。 (2)线圈中产生的电热Q。
解析:(1)线圈出磁场时,F=BIL2,I= ,E=BL2v, 解得 F=
等于重力时,速度最大,v=
������������������ ������ 2 ������2
。
-3-
习题课:电磁感应中的动力学及能量问题
探究一 探究二
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知识归纳 由于通过导体的感应电流在磁场中将受到安培力作用,因此电磁 感应问题往往和力学问题综合在一起。 1.理解电磁感应问题中的两个研究对象及其之间的相互制约关 系。
课堂篇 探究学习
随堂检测
解析:金属框绕光滑轴转下的过程中机械能有损失但能量守恒,
损失的机械能为 mgL������ ������ 2 2
,故产生的热量为 mgL-
������ ������ 2 2
,选项 C 正确。
答案:C
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习题课:电磁感应中的动力学及能量问题
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A.
������������������ -������������ 2 2 ������������ 2 2
B.
������������������ +������������ 2 2 ������ ������ 2 2
-18-
C.mgL-
D.mgL+
习题课:电磁感应中的动力学及能量问题
探究一 探究二
习题课:电磁感应中的动力学及能量问题
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习题课:电磁感应中的动力学及能量问题