高中物理第2章楞次定律和自感现象章末整合课件鲁科版选修3_2
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
������
所以 a=gsin θ-������2������2������。
������������
(3)由于 ab 杆受到的安培力 F=������2������2������随着速度的增大而增大,所
������
以加速度 a 随着速度的增大而减小,当 a 减小到 0 时,速度达到最大
值 vm
当������2������2������������ =mgsin
丙 (2)当 ab 杆速度为 v 时,感应电动势 E=BLv 此时电路电流 I=������=������������������
������ ������
ab 杆受到的安培力 F=BIL=������2������2������
������
根据牛顿第二定律,有:
ma=mgsin θ-F=mgsin θ-������2������2������
5������
15
【点拨】解此题要明确:①哪部分导体相当于电源;②产生感应 电动势的导体的有效长度;③画出等效电路图,明确外电路的组成, 知道 MN 两端的电压是外电压,而不是电动势。其中画等效电路图是 解题的关键。
拓展三:电磁感应中的动力学问题 3.如图甲所示,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 的均匀直金属杆 ab 放在两导轨上,并与导轨垂 直。整套装置处于磁感应强度为 B 的匀强磁场中,磁场方向垂直斜面 向下,导轨和金属杆的电阻可忽略。让 ab 杆沿导轨由静止开始下滑, 导轨和金属杆接触良好,不计它们之间的摩擦。
3
示),此时 MP 长度为������ ,MP 中的感应电动势 E 相当于电源,MP 的电阻即
3
是电源的内阻 r,等效电路如图丙所示 根据电磁感应定律有:E=1Blv
3
且 r=13R,RaM 和 RMb 的并联电阻为 r 并=1313������������×+2323������������=29R
【答案】D
拓展二:电磁感应中的电路问题
甲
2.如图甲所示,直角三角形导线框 abc 固定在匀强磁场中,ab 是
一段长为 l、电阻为 R 的均匀导线,ac 和 bc 的电阻可不计,ac 长度
为������ 。磁场的磁感应强度为 B,方向垂直纸面向里。现有一段长度为������ 、
2
2
电阻为������的均匀导体杆 MN 架在导线框上,开始时紧靠 ac,然后沿 ab
当 F 安<mg,即 v0<������������2���������������2���
时,线圈做加速运动,且由 a=g-������2������2������
������������
可知
加速度越来越小
当 F 安>mg,即 v0>������������2���������������2���
解得:a=������-������安=4.5 m/s2。
������
(3)当线圈匀速运动时速度最大,故有 F=F 安=BImL 最大感应电动势 Em=BLvm 最大感应电流 Im=������������������ 联立可得 vm=���������2���������������2=10 m/s。 【答案】(1)0.1 V (2)4.5 m/s2 (3)10 m/s
2
方向以恒定速度 v 向 b 端滑动,滑动中始终与 ac 平行并与导线框保
持良好接触。当 MN 滑过的距离为������ 时,问:
3
(1)导线 ac 中的电流是多大?方向如何? (2)导线 MN 两端的电压为多大?哪端电势较高?
乙
【解析】设 MN 滑过距离为������ 时,它与 bc 的接触点为 P(如图乙所
【解析】由于线框进入和穿出磁场时,感应电动势 E=BLv 恒定, 因此在线框中产生的感应电流大小不变。由楞次定律可知,线框进入 和穿出磁场时感应电流的方向是相反的。而线框全部在磁场中运动 时,磁通量不发生变化,没有感应电流产生。故本题应选 B 项。
【答案】B
甲 3.(多选)如图甲所示,闭合线圈 abcd 从高处自由下落一段时间 后垂直于磁场方向进入一有界磁场,在 ab 边刚进入磁场到 cd 边刚进 入磁场的这段时间内,线圈运动的 v-t 图象可能是图乙中的( )。
【解析】设 ab 边刚进入磁场时的速度大小为 v0,线圈总电阻为
R,ab
边长为
L,则此时感应电动势
E=BLv0,回路电流
I=������������������0
������
ab
边受到的安培力
F
安=BIL=������2
������2 ������
������0
当 F 安=mg,即 v0=������������2���������������2��� 时,线圈在进入磁场的过程中做匀速运动
D 两项中电流情况相同,在 2 s~3 s 内,负向的磁感应强度均匀增大,
由法拉第电磁感应定律可知,产生的感应电动势 E=������������恒定,电流 i=������
������������
������
恒定,由楞次定律知,电流方向为顺时针方向,即正方向,在 i-t 图象
上是一段平行于 t 轴的直线,且方向为正,只有 D 项符合。
拓展四:电磁感应中的能量问题 4.如图所示,矩形导线框 abcd 的质量 m=0.2 kg, 电阻 r=1.6 Ω,边长 L1=1.0 m,L2=0.8 m。其下方距 cd 边 h=0.8 m 处有一个仅有水平上边界 PQ 的匀强 磁场,磁感应强度 B=0.8 T,方向垂直于纸面向里。 现使线框从静止开始自由下落,下落过程中 ab 边始 终水平,且 ab 边进入磁场前的某一时刻,线框便开 始匀速运动。不计空气阻力,取 g=10 m/s2。 (1)通过计算说明进入磁场的过程中线框的运动情况。 (2)求线框进入磁场过程中产生的电热。
(1)ab 杆产生的感应电动势的大小。 (2)ab 杆的加速度的大小。 (3)ab 杆在后来的运动中所能达到的最大速度。
【解析】 (1)根据法拉第电磁感应定律有: E=BLv =0.1×1×1 V=0.1 V。 (2)根据闭合电路欧姆定律:I=������=1 A
������
安培力 F 安=BIL=0.1 N 根据牛顿第二定律有:F-F 安=ma
2
【答案】A
2.如图甲所示,一宽 40 cm 的匀强磁场区域,磁场方向垂直纸面 向里,一边长为 20 cm 的正方形导线框位于纸面内,以垂直于磁场边 界的恒定速度 v=20 cm/s 通过磁场区域。在运动过程中,线框有一边 始终与磁场区域的边界平行,取它刚进入磁场的时刻为 t=0,在图乙 所示的图象中,能正确反映感应电流随时间变化规律的是( )。
丙
由闭合电路的欧姆定律,电路中的总电流 I= ������
������ +������ 并
ac 中的电流 Iac=23I 由以上各式得 Iac=25������������������������ 由右手定则,MP 中感应电流的方向由 P 流向 M,所以 ac 中电流的
方向由 a 流向 c。
(2)UMP=IR
【解析】(1)设线框进入磁场时的速度为 v,由机械能守恒 有:mgh=1mv2
2
解得:v= 2������ℎ= 2 × 10 × 0.8 m/=4.0 m/s
进入磁场瞬间,线框受到的安培力
F=BIL1=������2
������1 ������
2
������=0.82
×1.02 1.6
×
4.0
N=1.6
1.如图所示,两根相距为 l 的直导轨 ab、cd,b、d 间连一固定电阻 R,导轨电阻 可忽略不计。MN 为放在 ab 和 cd 上的一导体杆,与 ab 垂直,其电阻也为 R,整个装 置处于匀强磁场中,磁感应强度的大小为 B,磁场方向垂直于导轨所在平面(指向图 中纸面内)。现对 MN 施力使它沿导轨方向向右以速度 v 做匀速运动,令 U 表示 MN 两端电压的大小,则( )。
外=35������������������������
·2R=2������������������
9 15
。M
端电势较高。
(或 UMP=E-Ir=21������5������������)
【答案】(1)2������������������,由 a 流向 c (2)2������������������ M 端高
甲
乙
(1)由 b 向 a 方向看到的装置如图乙所示,请在此图中画出 ab 杆 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。
(3)求在下滑过程中,ab 杆可以达到的速度最大值。
【解析】(1)ab 杆受到竖直向下的重力 mg;垂直斜面向上的支持 力 FN,沿斜面向上的安培力 F,如图丙所示。
N<mg,所以线框将继续
做加速运动
而线框的加速度 a=������������ -������������������1=g-������2������12������
课时 2.4 《楞次定律和自感现象》 整合与评价
1.掌握并熟练应用楞次定律以及右手定则。 2.理解楞次定律的三个拓展含义并能应用其判断感应电流的方 向和安培力的方向。 3.进一步了解自感现象,了解自感在生活中的应用。 4.能够综合运用楞次定律、法拉第电磁感应定律解决力学、电 学问题。
重点难点:楞次定律的理解和应用,自感现象的应用。 教学建议:感应电流方向的判定是本章的重点。不仅要掌握感应 电流方向的基本判断方法,还要掌握其拓展含义,利用拓展含义解题 往往更方便。对高考经常考查的热点,如图象问题、电路问题、动力 学问题和磁通量问题等,教师先要有一个准确的把握,然后逐渐引导 学生理解、掌握。
时,线圈做减速运动,由 a=������2������2������-g 可知加
������������
速度越来越小
故 v-t 图象可能为 A、C、D 三项。
【答案】ACD
4.如图所示,水平 U 形光滑框架的宽度 L=1 m,电阻忽略不计,导 体 ab 的质量 m=0.2 kg,电阻 R=0.1 Ω,匀强磁场的磁感应强度 B=0.1 T,方向垂直框架向上。现用大小为 1 N 的水平向右的恒力 F 由静止 拉动 ab 杆,当 ab 的速度达到 v=1 m/s 时,求此时刻:
A.U=1Blv,流过固定电阻 R 的感应电流由 b 到 d
2
B.U=1Blv,流过固定电阻 R 的感应电流由 d 到 b
2
C.U=Blv,流过固定电阻 R 的感应电流由 b 到 d D.U=Blv,流过固定电阻 R 的感应电流由 d 到 b
【解析】 根据右手定则可得流过固定电阻 R 的感应电流由 b 到 d;MN 两端电压 U 是指路端电压,而并非 MN 产生的感应电动势,所以 U=1Blv,A 项正确。
������
gsin θ-������2������2������
������������
【点拨】恒定拉力使某导体棒切割磁感线产生电磁感应,该导体 棒在安培力的作用下往往做加速度越来越小的变加速运动,且趋于
稳定的速度:vm=������������·2���������2���。 在安培力作用下的动态问题的分析思路如下:
������
θ时,vm=���������������������2���������������������2������������ 。
【答案】(1)如图丙所示 (3)���������������������2���������������������2������������
(2)������������������
拓展一:电磁感应中的图象问题 1.如图甲所示,矩形导线框 abcd 固定在匀强磁场中,磁感线的 方向与导线框所在平面垂直,规定磁场的正方向垂直纸面向里,磁感 应强度 B 随时间变化的规律如图乙所示。若规定顺时针方向为感应 电流的正方向,则图丙中正确反应感应电流 i 随时间 t 变化的是 ( )。
丙
【解析】0 ~1 s 内,磁感应强度 B 均匀增大,由法拉第电磁感
应定律可知,产生的感应电动势 E=������������恒定,电流 i=������恒定;由楞次定
������������
������
律可知,电流方向为逆时针方向,即负方向,在 i-t 图象上是一段平
行于 t 轴的直线,且方向为负,可见,A、C 两项错误。在 1 s~2 s 内 B、
所以 a=gsin θ-������2������2������。
������������
(3)由于 ab 杆受到的安培力 F=������2������2������随着速度的增大而增大,所
������
以加速度 a 随着速度的增大而减小,当 a 减小到 0 时,速度达到最大
值 vm
当������2������2������������ =mgsin
丙 (2)当 ab 杆速度为 v 时,感应电动势 E=BLv 此时电路电流 I=������=������������������
������ ������
ab 杆受到的安培力 F=BIL=������2������2������
������
根据牛顿第二定律,有:
ma=mgsin θ-F=mgsin θ-������2������2������
5������
15
【点拨】解此题要明确:①哪部分导体相当于电源;②产生感应 电动势的导体的有效长度;③画出等效电路图,明确外电路的组成, 知道 MN 两端的电压是外电压,而不是电动势。其中画等效电路图是 解题的关键。
拓展三:电磁感应中的动力学问题 3.如图甲所示,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 的均匀直金属杆 ab 放在两导轨上,并与导轨垂 直。整套装置处于磁感应强度为 B 的匀强磁场中,磁场方向垂直斜面 向下,导轨和金属杆的电阻可忽略。让 ab 杆沿导轨由静止开始下滑, 导轨和金属杆接触良好,不计它们之间的摩擦。
3
示),此时 MP 长度为������ ,MP 中的感应电动势 E 相当于电源,MP 的电阻即
3
是电源的内阻 r,等效电路如图丙所示 根据电磁感应定律有:E=1Blv
3
且 r=13R,RaM 和 RMb 的并联电阻为 r 并=1313������������×+2323������������=29R
【答案】D
拓展二:电磁感应中的电路问题
甲
2.如图甲所示,直角三角形导线框 abc 固定在匀强磁场中,ab 是
一段长为 l、电阻为 R 的均匀导线,ac 和 bc 的电阻可不计,ac 长度
为������ 。磁场的磁感应强度为 B,方向垂直纸面向里。现有一段长度为������ 、
2
2
电阻为������的均匀导体杆 MN 架在导线框上,开始时紧靠 ac,然后沿 ab
当 F 安<mg,即 v0<������������2���������������2���
时,线圈做加速运动,且由 a=g-������2������2������
������������
可知
加速度越来越小
当 F 安>mg,即 v0>������������2���������������2���
解得:a=������-������安=4.5 m/s2。
������
(3)当线圈匀速运动时速度最大,故有 F=F 安=BImL 最大感应电动势 Em=BLvm 最大感应电流 Im=������������������ 联立可得 vm=���������2���������������2=10 m/s。 【答案】(1)0.1 V (2)4.5 m/s2 (3)10 m/s
2
方向以恒定速度 v 向 b 端滑动,滑动中始终与 ac 平行并与导线框保
持良好接触。当 MN 滑过的距离为������ 时,问:
3
(1)导线 ac 中的电流是多大?方向如何? (2)导线 MN 两端的电压为多大?哪端电势较高?
乙
【解析】设 MN 滑过距离为������ 时,它与 bc 的接触点为 P(如图乙所
【解析】由于线框进入和穿出磁场时,感应电动势 E=BLv 恒定, 因此在线框中产生的感应电流大小不变。由楞次定律可知,线框进入 和穿出磁场时感应电流的方向是相反的。而线框全部在磁场中运动 时,磁通量不发生变化,没有感应电流产生。故本题应选 B 项。
【答案】B
甲 3.(多选)如图甲所示,闭合线圈 abcd 从高处自由下落一段时间 后垂直于磁场方向进入一有界磁场,在 ab 边刚进入磁场到 cd 边刚进 入磁场的这段时间内,线圈运动的 v-t 图象可能是图乙中的( )。
【解析】设 ab 边刚进入磁场时的速度大小为 v0,线圈总电阻为
R,ab
边长为
L,则此时感应电动势
E=BLv0,回路电流
I=������������������0
������
ab
边受到的安培力
F
安=BIL=������2
������2 ������
������0
当 F 安=mg,即 v0=������������2���������������2��� 时,线圈在进入磁场的过程中做匀速运动
D 两项中电流情况相同,在 2 s~3 s 内,负向的磁感应强度均匀增大,
由法拉第电磁感应定律可知,产生的感应电动势 E=������������恒定,电流 i=������
������������
������
恒定,由楞次定律知,电流方向为顺时针方向,即正方向,在 i-t 图象
上是一段平行于 t 轴的直线,且方向为正,只有 D 项符合。
拓展四:电磁感应中的能量问题 4.如图所示,矩形导线框 abcd 的质量 m=0.2 kg, 电阻 r=1.6 Ω,边长 L1=1.0 m,L2=0.8 m。其下方距 cd 边 h=0.8 m 处有一个仅有水平上边界 PQ 的匀强 磁场,磁感应强度 B=0.8 T,方向垂直于纸面向里。 现使线框从静止开始自由下落,下落过程中 ab 边始 终水平,且 ab 边进入磁场前的某一时刻,线框便开 始匀速运动。不计空气阻力,取 g=10 m/s2。 (1)通过计算说明进入磁场的过程中线框的运动情况。 (2)求线框进入磁场过程中产生的电热。
(1)ab 杆产生的感应电动势的大小。 (2)ab 杆的加速度的大小。 (3)ab 杆在后来的运动中所能达到的最大速度。
【解析】 (1)根据法拉第电磁感应定律有: E=BLv =0.1×1×1 V=0.1 V。 (2)根据闭合电路欧姆定律:I=������=1 A
������
安培力 F 安=BIL=0.1 N 根据牛顿第二定律有:F-F 安=ma
2
【答案】A
2.如图甲所示,一宽 40 cm 的匀强磁场区域,磁场方向垂直纸面 向里,一边长为 20 cm 的正方形导线框位于纸面内,以垂直于磁场边 界的恒定速度 v=20 cm/s 通过磁场区域。在运动过程中,线框有一边 始终与磁场区域的边界平行,取它刚进入磁场的时刻为 t=0,在图乙 所示的图象中,能正确反映感应电流随时间变化规律的是( )。
丙
由闭合电路的欧姆定律,电路中的总电流 I= ������
������ +������ 并
ac 中的电流 Iac=23I 由以上各式得 Iac=25������������������������ 由右手定则,MP 中感应电流的方向由 P 流向 M,所以 ac 中电流的
方向由 a 流向 c。
(2)UMP=IR
【解析】(1)设线框进入磁场时的速度为 v,由机械能守恒 有:mgh=1mv2
2
解得:v= 2������ℎ= 2 × 10 × 0.8 m/=4.0 m/s
进入磁场瞬间,线框受到的安培力
F=BIL1=������2
������1 ������
2
������=0.82
×1.02 1.6
×
4.0
N=1.6
1.如图所示,两根相距为 l 的直导轨 ab、cd,b、d 间连一固定电阻 R,导轨电阻 可忽略不计。MN 为放在 ab 和 cd 上的一导体杆,与 ab 垂直,其电阻也为 R,整个装 置处于匀强磁场中,磁感应强度的大小为 B,磁场方向垂直于导轨所在平面(指向图 中纸面内)。现对 MN 施力使它沿导轨方向向右以速度 v 做匀速运动,令 U 表示 MN 两端电压的大小,则( )。
外=35������������������������
·2R=2������������������
9 15
。M
端电势较高。
(或 UMP=E-Ir=21������5������������)
【答案】(1)2������������������,由 a 流向 c (2)2������������������ M 端高
甲
乙
(1)由 b 向 a 方向看到的装置如图乙所示,请在此图中画出 ab 杆 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。
(3)求在下滑过程中,ab 杆可以达到的速度最大值。
【解析】(1)ab 杆受到竖直向下的重力 mg;垂直斜面向上的支持 力 FN,沿斜面向上的安培力 F,如图丙所示。
N<mg,所以线框将继续
做加速运动
而线框的加速度 a=������������ -������������������1=g-������2������12������
课时 2.4 《楞次定律和自感现象》 整合与评价
1.掌握并熟练应用楞次定律以及右手定则。 2.理解楞次定律的三个拓展含义并能应用其判断感应电流的方 向和安培力的方向。 3.进一步了解自感现象,了解自感在生活中的应用。 4.能够综合运用楞次定律、法拉第电磁感应定律解决力学、电 学问题。
重点难点:楞次定律的理解和应用,自感现象的应用。 教学建议:感应电流方向的判定是本章的重点。不仅要掌握感应 电流方向的基本判断方法,还要掌握其拓展含义,利用拓展含义解题 往往更方便。对高考经常考查的热点,如图象问题、电路问题、动力 学问题和磁通量问题等,教师先要有一个准确的把握,然后逐渐引导 学生理解、掌握。
时,线圈做减速运动,由 a=������2������2������-g 可知加
������������
速度越来越小
故 v-t 图象可能为 A、C、D 三项。
【答案】ACD
4.如图所示,水平 U 形光滑框架的宽度 L=1 m,电阻忽略不计,导 体 ab 的质量 m=0.2 kg,电阻 R=0.1 Ω,匀强磁场的磁感应强度 B=0.1 T,方向垂直框架向上。现用大小为 1 N 的水平向右的恒力 F 由静止 拉动 ab 杆,当 ab 的速度达到 v=1 m/s 时,求此时刻:
A.U=1Blv,流过固定电阻 R 的感应电流由 b 到 d
2
B.U=1Blv,流过固定电阻 R 的感应电流由 d 到 b
2
C.U=Blv,流过固定电阻 R 的感应电流由 b 到 d D.U=Blv,流过固定电阻 R 的感应电流由 d 到 b
【解析】 根据右手定则可得流过固定电阻 R 的感应电流由 b 到 d;MN 两端电压 U 是指路端电压,而并非 MN 产生的感应电动势,所以 U=1Blv,A 项正确。
������
gsin θ-������2������2������
������������
【点拨】恒定拉力使某导体棒切割磁感线产生电磁感应,该导体 棒在安培力的作用下往往做加速度越来越小的变加速运动,且趋于
稳定的速度:vm=������������·2���������2���。 在安培力作用下的动态问题的分析思路如下:
������
θ时,vm=���������������������2���������������������2������������ 。
【答案】(1)如图丙所示 (3)���������������������2���������������������2������������
(2)������������������
拓展一:电磁感应中的图象问题 1.如图甲所示,矩形导线框 abcd 固定在匀强磁场中,磁感线的 方向与导线框所在平面垂直,规定磁场的正方向垂直纸面向里,磁感 应强度 B 随时间变化的规律如图乙所示。若规定顺时针方向为感应 电流的正方向,则图丙中正确反应感应电流 i 随时间 t 变化的是 ( )。
丙
【解析】0 ~1 s 内,磁感应强度 B 均匀增大,由法拉第电磁感
应定律可知,产生的感应电动势 E=������������恒定,电流 i=������恒定;由楞次定
������������
������
律可知,电流方向为逆时针方向,即负方向,在 i-t 图象上是一段平
行于 t 轴的直线,且方向为负,可见,A、C 两项错误。在 1 s~2 s 内 B、