人教版高中物理选修3-2第四章《电磁感应》单元复习课件(共22页)
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《电磁感应》单元复习
三门中学
刘堂锦
Part one 知识梳理
目录
第1部分：电磁感应现象的发现
现象 规律
第2部分：电磁感应的规律
本质
应用
第3部分：电磁感应的本质
第4部分：电磁感应现象及应用
思维导图
奥斯特发现“电流的磁效应” 发现史 法拉第发现“电磁感应现象”
条件 结果 产生 结果 闭合 回路
磁通量的变化
E I Biblioteka Baidu.1A R
的圆形区域内存在垂直于金属环平面向里的匀强 磁场，磁场的变化规律如图乙所示，在10s时间 内，金属环产生的焦耳热是多少？
金属环产生的焦耳热
Q I 2 Rt 0.01J
0.1 0.2
（二）焦耳热Q问题
【例题4】如图所示，磁感应强度为B的匀强磁场 解析：
竖直向上穿过水平放置的固定金属框架，框架宽 为L，右端接有电阻R，一根质量为m、电阻为r 的金属棒以初速度v0沿框架向左运动，金属棒在 整个运动过程中，电阻R上产生的热量是多少?
E I 0.1A R
的圆形区域内存在垂直于金属环平面向里的匀强 磁场，磁场的变化规律如图乙所示，在0.1s到0.2s 时间内，通过金属环的电荷量是多少？
通过金属环截面的电荷量
q I t 0.01C
0.1 0.2
（一）电荷量q问题
【例2】如图所示，一边长为a，电阻为R的单匝
线框ABCD在外力作用下以速度v向右匀速进入磁 感应强度为B的匀强磁场。在这一过程中，通过 导线框的电荷量是多少？ A D 解析： 线框进入磁场产生的感应电动势
棒的位移 x
qR BL 1 2 Q mv0 mgx 能量守恒 2 1 2 mgqR 解得： Q mv0 2 BL R 1 2 mgqR QR ( mv0 ) Rr 2 BL
（二）焦耳热Q问题
总结归纳
I恒定
Q＝I2Rt
焦耳热Q 的计算
I变化
❶动能定理+（Q=E电=WF安）
2 BS q 2R
（一）电荷量q问题
总结归纳
电荷量q 的计算
（一）电荷量q问题
【拓展 2】如图所示，放在绝缘水平面上的两条平行导轨 MN和PQ之间宽度为L，置于磁感应强度为B的匀强磁场中 ， B 的方向垂直于导轨平面，导轨左端接有阻值为 R 的电 阻，其他部分不计，导轨右端接一电容为 C的电容器。长 为2L的金属棒a放在导轨PQ上与导轨垂直且接触良好，设 导轨长度比 2L 长得多，现将金属棒以 a 端为轴以角速度 ω 沿导轨平面顺时针旋转 90°角，在这一过程中通过电阻 R 的总电荷量是多少？
解析： 金属棒从b转到f的过程 q1
3BL2 q2 CEm 2BL2C 电容器所带的电荷量 2R 3 2 2 2C ) 金属棒转到f的瞬间 Em B 2L L 2BL 总电荷量 q q1 q2 BL ( 2R
（二）焦耳热Q问题
【例3】如图甲所示，有一面积为S1=120cm2的金 属环，电阻为R＝0.1 Ω，环中面积为S2=100cm2 解析： 由法拉第电磁感应定律 B En S 2 0.01V t t 由闭合电路的欧姆定律
三种情况 1.S不变，B变化 2.B不变，S变化 3.B和S同时变化
感应电动势
感应电流
B变化
S变化
涡流 电磁阻尼和电磁驱
Part two 典型问题
（一）电荷量q问题
【例1】如图甲所示，有一面积为S1=120cm2的金 属环，电阻为R＝0.1 Ω，环中面积为S2=100cm2 解析： 由法拉第电磁感应定律 B En S 2 0.01V t t 由闭合电路的欧姆定律
B a q R
2
（一）电荷量q问题
【拓展 1】如图甲所示，一个电阻为 R 面积为 S的 解析：
矩形导线框abcd，水平放置在匀强磁场中，磁场 的磁感应强度为 B ，方向与 ad 边垂直并与线框平 面成 45 °角， OO′ 分别是 ab 和 cd 边的中点。现将 线框右半边 ObcO′ 绕 OO′ 逆时针旋转 90 °到图乙 所示位置。在这一过程中，导线中通过的电荷量 是多少？
q It
电流的平均值
E Ba I R t R t R
2
解得：
B
C
Ba q R
2
（一）电荷量q问题
【变式3】如图所示，一半径为a，电阻为R的圆
形线框在外力作用下以速度v向右匀速进入磁感 应强度为B的匀强磁场。在这一过程中，通过导 线框的电荷量是多少？ 解析： 通过金属环截面的电荷量
E Bav
由闭合电路的欧姆定律
E Bav I R R
通过金属环截面的电荷量
Bav a Ba 2 q I t R v R
B
C
（一）电荷量q问题
【变式1】如图所示，一边长为a ，电阻为R的n
匝线框ABCD在外力作用下以速度v向右匀速进入 磁感应强度为B的匀强磁场。在这一过程中，通 过导线框的电荷量是多少？ A D 解析： 线框进入磁场产生的感应电动势
（二）焦耳热Q问题
【变式】如图所示，磁感应强度为B的匀强磁场 解析： 通过棒的电荷量 BLx q I t n R R
竖直向上穿过水平放置的固定金属框架，框架宽 为L，右端接有电阻R，一根质量为m、电阻为r 的金属棒以初速度v0沿框架向左运动，棒与框架 的动摩擦因数为μ，测得棒在整个运动过程中， 通过任一截面的电量为q，求：电阻R上产生的热 量。
E nBav
由闭合电路的欧姆定律
E nBav I R R
通过金属环截面的电荷量
nBav a nBa 2 q I t R v R
B
C
（一）电荷量q问题
【变式2】如图所示，一边长为a，电阻为R的单
匝线框ABCD在外力作用下向右进入磁感应强度 为B的匀强磁场。在这一过程中，通过导线框的 电荷量是多少？ A D 解析： 通过金属环截面的电荷量
❷能量守恒： Q＝ΔE其他
（二）焦耳热Q问题
如图所示，一对光滑的平行金属导轨固定在同一水平面内，导轨间距 l＝0.5 m，左端接有阻值 R＝0.3 Ω 的电 阻.一质量 m＝0.1 kg、电阻 r＝0.1 Ω 的金属棒 MN 放置在导轨上，整个装置置于竖直向上的匀强磁场中，磁 场的磁感应强度 B＝0.4 T.金属棒在水平向右的外力作用下，由静止开始以 a＝2 m/s2 的加速度做匀加速运动， 当金属棒的位移 x＝9 m 时撤去外力，金属棒继续运动一段距离后停下来，已知撤去外力前、后回路中产生的 焦耳热之比 Q1∶Q2＝2∶1.导轨足够长且电阻不计， 金属棒在运动过程中始终与导轨垂直且两端与导轨保持良 好接触.求： (1)金属棒在匀加速运动过程中，通过电阻 R 的电荷量 q； (2)撤去外力后回路中产生的焦耳热 Q2。
三门中学
刘堂锦
Part one 知识梳理
目录
第1部分：电磁感应现象的发现
现象 规律
第2部分：电磁感应的规律
本质
应用
第3部分：电磁感应的本质
第4部分：电磁感应现象及应用
思维导图
奥斯特发现“电流的磁效应” 发现史 法拉第发现“电磁感应现象”
条件 结果 产生 结果 闭合 回路
磁通量的变化
E I Biblioteka Baidu.1A R
的圆形区域内存在垂直于金属环平面向里的匀强 磁场，磁场的变化规律如图乙所示，在10s时间 内，金属环产生的焦耳热是多少？
金属环产生的焦耳热
Q I 2 Rt 0.01J
0.1 0.2
（二）焦耳热Q问题
【例题4】如图所示，磁感应强度为B的匀强磁场 解析：
竖直向上穿过水平放置的固定金属框架，框架宽 为L，右端接有电阻R，一根质量为m、电阻为r 的金属棒以初速度v0沿框架向左运动，金属棒在 整个运动过程中，电阻R上产生的热量是多少?
E I 0.1A R
的圆形区域内存在垂直于金属环平面向里的匀强 磁场，磁场的变化规律如图乙所示，在0.1s到0.2s 时间内，通过金属环的电荷量是多少？
通过金属环截面的电荷量
q I t 0.01C
0.1 0.2
（一）电荷量q问题
【例2】如图所示，一边长为a，电阻为R的单匝
线框ABCD在外力作用下以速度v向右匀速进入磁 感应强度为B的匀强磁场。在这一过程中，通过 导线框的电荷量是多少？ A D 解析： 线框进入磁场产生的感应电动势
棒的位移 x
qR BL 1 2 Q mv0 mgx 能量守恒 2 1 2 mgqR 解得： Q mv0 2 BL R 1 2 mgqR QR ( mv0 ) Rr 2 BL
（二）焦耳热Q问题
总结归纳
I恒定
Q＝I2Rt
焦耳热Q 的计算
I变化
❶动能定理+（Q=E电=WF安）
2 BS q 2R
（一）电荷量q问题
总结归纳
电荷量q 的计算
（一）电荷量q问题
【拓展 2】如图所示，放在绝缘水平面上的两条平行导轨 MN和PQ之间宽度为L，置于磁感应强度为B的匀强磁场中 ， B 的方向垂直于导轨平面，导轨左端接有阻值为 R 的电 阻，其他部分不计，导轨右端接一电容为 C的电容器。长 为2L的金属棒a放在导轨PQ上与导轨垂直且接触良好，设 导轨长度比 2L 长得多，现将金属棒以 a 端为轴以角速度 ω 沿导轨平面顺时针旋转 90°角，在这一过程中通过电阻 R 的总电荷量是多少？
解析： 金属棒从b转到f的过程 q1
3BL2 q2 CEm 2BL2C 电容器所带的电荷量 2R 3 2 2 2C ) 金属棒转到f的瞬间 Em B 2L L 2BL 总电荷量 q q1 q2 BL ( 2R
（二）焦耳热Q问题
【例3】如图甲所示，有一面积为S1=120cm2的金 属环，电阻为R＝0.1 Ω，环中面积为S2=100cm2 解析： 由法拉第电磁感应定律 B En S 2 0.01V t t 由闭合电路的欧姆定律
三种情况 1.S不变，B变化 2.B不变，S变化 3.B和S同时变化
感应电动势
感应电流
B变化
S变化
涡流 电磁阻尼和电磁驱
Part two 典型问题
（一）电荷量q问题
【例1】如图甲所示，有一面积为S1=120cm2的金 属环，电阻为R＝0.1 Ω，环中面积为S2=100cm2 解析： 由法拉第电磁感应定律 B En S 2 0.01V t t 由闭合电路的欧姆定律
B a q R
2
（一）电荷量q问题
【拓展 1】如图甲所示，一个电阻为 R 面积为 S的 解析：
矩形导线框abcd，水平放置在匀强磁场中，磁场 的磁感应强度为 B ，方向与 ad 边垂直并与线框平 面成 45 °角， OO′ 分别是 ab 和 cd 边的中点。现将 线框右半边 ObcO′ 绕 OO′ 逆时针旋转 90 °到图乙 所示位置。在这一过程中，导线中通过的电荷量 是多少？
q It
电流的平均值
E Ba I R t R t R
2
解得：
B
C
Ba q R
2
（一）电荷量q问题
【变式3】如图所示，一半径为a，电阻为R的圆
形线框在外力作用下以速度v向右匀速进入磁感 应强度为B的匀强磁场。在这一过程中，通过导 线框的电荷量是多少？ 解析： 通过金属环截面的电荷量
E Bav
由闭合电路的欧姆定律
E Bav I R R
通过金属环截面的电荷量
Bav a Ba 2 q I t R v R
B
C
（一）电荷量q问题
【变式1】如图所示，一边长为a ，电阻为R的n
匝线框ABCD在外力作用下以速度v向右匀速进入 磁感应强度为B的匀强磁场。在这一过程中，通 过导线框的电荷量是多少？ A D 解析： 线框进入磁场产生的感应电动势
（二）焦耳热Q问题
【变式】如图所示，磁感应强度为B的匀强磁场 解析： 通过棒的电荷量 BLx q I t n R R
竖直向上穿过水平放置的固定金属框架，框架宽 为L，右端接有电阻R，一根质量为m、电阻为r 的金属棒以初速度v0沿框架向左运动，棒与框架 的动摩擦因数为μ，测得棒在整个运动过程中， 通过任一截面的电量为q，求：电阻R上产生的热 量。
E nBav
由闭合电路的欧姆定律
E nBav I R R
通过金属环截面的电荷量
nBav a nBa 2 q I t R v R
B
C
（一）电荷量q问题
【变式2】如图所示，一边长为a，电阻为R的单
匝线框ABCD在外力作用下向右进入磁感应强度 为B的匀强磁场。在这一过程中，通过导线框的 电荷量是多少？ A D 解析： 通过金属环截面的电荷量
❷能量守恒： Q＝ΔE其他
（二）焦耳热Q问题
如图所示，一对光滑的平行金属导轨固定在同一水平面内，导轨间距 l＝0.5 m，左端接有阻值 R＝0.3 Ω 的电 阻.一质量 m＝0.1 kg、电阻 r＝0.1 Ω 的金属棒 MN 放置在导轨上，整个装置置于竖直向上的匀强磁场中，磁 场的磁感应强度 B＝0.4 T.金属棒在水平向右的外力作用下，由静止开始以 a＝2 m/s2 的加速度做匀加速运动， 当金属棒的位移 x＝9 m 时撤去外力，金属棒继续运动一段距离后停下来，已知撤去外力前、后回路中产生的 焦耳热之比 Q1∶Q2＝2∶1.导轨足够长且电阻不计， 金属棒在运动过程中始终与导轨垂直且两端与导轨保持良 好接触.求： (1)金属棒在匀加速运动过程中，通过电阻 R 的电荷量 q； (2)撤去外力后回路中产生的焦耳热 Q2。