高中物理 1.6 法拉第电磁感应定律(二)同步备课课件 粤教版选修32

g，求：
链 接
第二十九页，共35页。
(1)金属杆下落的最大速度；
(2)金属杆由静止开始下落至速度最大过程中，电阻 (diànzǔ)R上产生的热量Q.
解析：(1)金属杆速度最大时，安培力和重力平衡，
栏 目
链
有 mg＝BIL.
接
金属杆中的电动势 E＝BLvmax
由欧姆定律得：I＝RE
则有：vmax＝Bm2gLR2.
栏 目 链 接
第七页，共35页。
栏 目 链 接
第八页，共35页。
如上图所示，导电液体在垂直于磁场的非磁性测
量管内流动，与流动方向垂直的方向上产生与流量成
正比的感应电动势．设感应电动势为 E，磁感应强度为
栏 目
链
B，测量管截面内平均流速为 v，流量计导管内径为 d， 接
管壁 ab 两点间的感应电动势 E＝Bvd.管中沿途的流量
链 接
处理方法：根据牛顿第二定律(dìnglǜ)进行动态分析或结合功
能关系分析．
第十三页，共35页。
2．解决电磁感应中的动力学问题的一般思路
(1)“先电后力”，即：先作“源”的分析——分离出电路中由电
磁感应所产生的电源，求出电源参数 E 和 r；
(2)再进行“路”的分析——分析电路结构，弄清串、并联关系， 栏
据流量的定义式 Q＝bcv ，可得选项 A 正确．
答案：A
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电 磁 感 应 中 的 动 力 学 问 题 (wèntí) 分析
导体的两种状态及处理方法
(1)导体的平衡态——静止状态或匀速直线运动状态．
处理方法：根据平衡条件合外力等于零列式分析．
栏 目
(2)导体的非平衡态——加速度不为零．
栏 目 链 接
第十八页，共35页。
(1)由 b 向 a 方向看到的装置如上图(b)所示，请在此图中画出 ab
杆在下滑过程中某时刻的受力示意图；
(2)在加速下滑过程中，当 ab 杆的速度大小为 v 时，求此时 ab 杆
中的电流及其加速度的大小；
栏 目
链
(3)求在下滑的过程中，ab 杆可以达到的速度最大值．
力做功的过程，是电能转化为其他形式能的过程．安培力做了多少功，
就有多少电能转化为其他形式的能．
2．求解思路
(1)若回路中电流恒定，可以利用电路结构及 W＝UIt 或 Q＝I2Rt
栏 目
直接进行计算．
链 接
(2)若电流变化，则：
①利用安培力做的功求解：电磁感应中产生的电能等于克服安培
力所做的功；
②利用能量守恒求解：若只有电能与机械能的转化，则机械能的
用与导轨平行的恒定拉力F作用在金属杆上，杆最终将做匀速运动．当
链 接
改变拉力的大小时，相对应的匀速运动速度v也会变化，v和F的关系如
图所示．
第二十三页，共35页。
栏 目 链 接
第二十四页，共35页。
(1)金属杆在匀速运动之前做什么运动？
(2)若 m＝0.5 kg，L＝0.5 m，R＝0.5 Ω，则磁感应强
栏 目 链 接
第十五页，共35页。
栏 目 链 接
第十六页，共35页。
栏 目 链 接
第十七页，共35页。
如下图(a)所示，两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行 放置在倾角为θ的绝缘斜面上，两导轨间距为L.M、P两点间 接有阻值为R的电阻．一根质量为m的均匀金属杆ab放在两 导轨上，并与导轨垂直(chuízhí)．整个装置处于磁感应强度 为B的匀强磁场中，磁场方向垂直(chuízhí)斜面向下．导轨 和金属杆接触良好，不计它们之间的摩擦．
答案：(1)见解析图 (2)gsin θ－B2mLR2v
链 接
mgRsin θ (3) B2L2
第二十二页，共35页。
►练习
1．水平
面上两根足够长的光滑金属导轨平行固定放置(fàngzhì)，间距
为L，一端通过导线与阻值为R的电阻连接；导轨上放一质量为m的金属
杆(如右图所示)，金属杆与导轨的电阻忽略不计．均匀磁场竖直向下，栏目
度 B 为多大？
栏
解析：(1)金属杆在运动过程中受到拉力、安培力(阻力)作用，拉
目 链
接
力恒定，安培力随着速度的增大而逐渐增大，因此，金属杆的加速度
越来越小，即金属杆做加速度越来越小的变加速运动，杆最终将做匀
速运动．
(2)金属杆的感应电动势 E＝BLv
感应电流 I＝ER
第二十五页，共35页。
所以，金属杆受到的安培力 F＝BIL＝B2RL2v 当金属杆受到的拉力等于安培力，即合力为零时，杆做匀速
链
的功率之比P1∶P2＝________，线圈中产生的焦耳热之比
接
Q1∶Q2＝__________.
第三十二页，共35页。
栏 目 链
解析：设线圈的 ab 边长为 L，bc 边长为 L′，整个线圈的电阻为 接 R，把 ab 边拉出磁场时，cd 边以速度 v 匀速运动切割磁感线产生的感 应电动势 E＝BLv.
电磁流量计由___流__量___(l_i_ú_l_ià_n__g_)和传_感转__器换__器___两大部分组成．它
具有_测__量__范__围___宽__、_反__应___(f_ǎ_n__y易_ìn、与g_)其快__他__自__动__控__制__装__置__(_zh__u_ā_n_g_z等hì)配套
栏
优点．
目
链
2．电磁感应中的能量．
接
电磁感应现象中产生的电能是通过_克__服__安__培___力 做功转变而
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_ 使电阻发热转变成内能．
第五页，共35页。
栏 目 链 接
第六页，共35页。
电磁流量计的工作(gōngzuò)原 理
目
求出相关部分的电流大小，以便求解安培力；
链
接
(3)然后是“力”的分析——分析研究对象(常是金属杆、导体线
圈等)的受力情况，尤其注意其所受的安培力；
(4)接着进行“运动”状态的分析——根据力和运动的关系，判断
出正确的运动模型．
第十四页，共35页。
3．在电磁感应中的动力学问题(wèntí)中有两类常见的模型
为14πd2v，所以 Q＝4πBdE.
第九页，共35页。
电磁流量计广泛应用于测量可导电流体(如污水)在管中的流量
(在单位时间内通过管内横截面的流体的体积)，假设流量计是如下图
所示的横截面为长方形的一段管道，其中空部分的长、宽、高分别为
图中的 a、b、c，流量计的两端与输送液体的管道相连接(图中虚线)．图
减少量等于产生的电能．
第二十八页，共35页。
如右图所示，平行光滑的金属导轨竖直放置，宽为 L，上端
接有电阻为 R 的定值电阻．质量为 m 的金属杆与导轨垂直放置且接触
良好．匀强磁场垂直于导轨平面，磁感应强度为 B.导轨和杆的电阻不
计，金属杆由静止开始下落，下落 h 时速度达到最大，重力加速度为
栏 目
ab 杆受到的安培力 F＝BIL＝B2LR2v
栏 目
设杆的加速度为 a，由牛顿第二运动定律有
链 接
mgsin θ－B2LR2v＝ma
得 a＝gsin θ－Bm2LR2v.
第二十一页，共35页。
(3)当B2LR2v＝mgsin θ 时，ab 杆达到最大速度 vm
vm＝mgBR2sLi2n
θ .
栏mgh ＝ Q ＋
栏
解得：Q＝mgh－
目 链
接
答案：(1)
(2)
第三十一页，共35页。
►练习
2．把一个矩形线圈从有理想边界的匀强磁场中匀速拉出
(如下图)，第一次速度为v1，第二次速度为v2，且v2＝2v1，则
栏
两种情况下拉力(lālì)的做功之比W1∶W2＝________，拉力(lālì) 目
栏 目
中流量计的上、下两面是金属材料，前、后两面是绝缘材料，现在流
链 接
量计所在处加磁感应强度为 B 的匀强磁场，磁场方向垂直于前后两
面，当导电液体稳定地流经流量计时，在管外将流量计上、下表面分
别与一串接了电阻 R 的电流表的两端连接，I 表示测得的电流值，已
知流体的电阻率为 ρ，不计电流表的内阻，则可求得流量为( )
栏
目
(2)电磁感应过程中产生的感应电流在磁场中必定受
链 接
到安培力的作用，因此，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
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．
第二十七页，共35页。
(3)当感应电流通过用电器时，电能又转化为其他形式的能．安培
第十页，共35页。
栏 目 链 接
A.BI (bR＋ρac) C.BI (cR＋ρab)
B.BI (aR＋ρbc) D.BI (cR＋ρba)
第十一页，共35页。
解析：流体中有长度为 c 的导电液体切割磁感线产生电
动势，相当于电源，感应电动势为 E＝Bcv，内电阻为 r＝ρacb.
栏 目
链
外电路电阻为 R，根据闭合电路欧姆定律得 I＝R＋E r，再根 接
运动时，即
F＝B2RL2v
栏 目
链
解得：B＝
RF vL2
接
当 F＝10 N 时，v＝16 m/s
解得：B＝
5 2
T.
答案：(1)见解析
5 (2) 2 T
第二十六页，共35页。
电磁感应(diàncí-gǎnyìng)中的能量问题
1．过程分析
(1)电磁感应现象中产生感应电流的过程，实质上是
能量的转化过程．
第六节 法拉第电磁感应(diàncí-gǎnyìng
第一页，共35页。
栏 目 链 接
第二页，共35页。
1．了解电磁流量计原理．
2．理解电磁感应中的动力学问题(wèntí)．
3．理解电磁感应中的能量问题(wèntí)．
栏 目
链
接
第三页，共35页。
栏 目 链 接
第四页，共35页。
1．电磁流量计．
其电流方向从 c 指向 d，线圈中形成的感应电流： I＝ER＝BRLv
第三十三页，共35页。
cd 边所受的安培力：F＝BIL＝ 为了维持线圈匀速运动，所需外力大小为：
F＝F′＝BIL＝
栏 目
因此拉出线圈的过程外力的功：
链 接
W＝FL′＝
外力的功率：P＝Fv＝ 线圈中产生的焦耳热：
第三十四页，共35页。
栏
由上面得出的 W、P、Q 的表达式可知，两种情况拉
目 链
接
力的功、功率、线圈中的焦耳热之比分别为 1∶2、1∶4、
1∶2.
答案：1∶2 1∶4 1∶2
第三十五页，共35页。
接
解析：(1)ab杆在下滑过程中受到三个力作用(zuòyòng)： 重力mg，竖直向下；支持力N，垂直斜面向上；安培力F， 沿斜面向上．受力分析如图所示．
第十九页，共35页。
栏 目 链 接
第二十页，共35页。
(2)当 ab 杆速度为 v 时，感应电动势 E＝BLv.此时电路中的电流 I
＝ER＝BRLv