物理粤教版（2019）选择性必修第二册 2.3 电磁感应定律的应用 课件(共29张PPT)

(共29张PPT)
选修必修二 第二章第三节
法拉第电磁感应定律的应用
超速“电子眼”
情境：如图所示是目前普遍适用的一款“电子眼”即一套利用电磁感应规律制成的交通检测设备的物理模型图。在路面下
方间隔一段距离埋设两个通电线圈，当车辆通过通电线圈上方的道路时，由于车身是由金属材料制成的，做切割磁感线运动会产生感应电流，引起线圈中电流的变化。
超速“电子眼”
【思考问题】
（1）图中哪些部位是包含在超速“电子眼”工作原理内的？
（2）各部位在检测超速方面的作用分别是什么？其原理分别是什么？
法拉第电机
法拉第圆盘发电机
1831年10月28日
法拉第电机
法拉第电机
情境：1831年10月，法拉第将一个紫铜制成的圆盘置于蹄形磁极之间，发明了世界上第一台发电机——法拉第圆盘发电机，如图所示。圆盘的圆心固定一个摇柄，圆盘的边缘和圆心处各与一个黄铜电刷紧贴。当转动摇柄使铜盘旋转起来时，与电刷连接的电流计显示电路中产生了持续的电流。
【思考问题】
（1）在法拉第圆盘电机中，哪部分相当于电源？
（2）铜盘上电流的方向是怎样的？
法拉第电机
【例题3】如图所示，长为L的铜棒OA在垂直于匀强磁场的平面上绕点O以角速度ω匀速转动，磁场的磁感应强度为B。
求:铜棒中感应电动势的大小，并分析O、A两点电势的高低。
法拉第电机
【讨论与交流】在例题1中，能否根据E=BLv计算感应电动势的大小？能否根据楞次定律判断电势高低？
学习目标
练习：如图所示是法拉第圆盘发电机的示意图：铜质圆盘安装在水平铜轴上，圆盘位于两磁极之间，圆盘平面与磁感线垂直。两铜片C、D分别与转动轴和圆盘的边缘接触。使圆盘转动，电阻R中就有电流通过。
（1）圆盘如图方向转动，请判断通过 R 的电流方向。
学习目标
练习：如图所示是法拉第圆盘发电机的示意图：铜质圆盘安装在水平铜轴上，圆盘位于两磁极之间，圆盘平面与磁感线垂直。两铜片C、D分别与转动轴和圆盘的边缘接触。使圆盘转动，电阻R中就有电流通过。
（2）如果圆盘的半径为 r，匀速转动的周期为 T，圆盘全部处在一个磁感应强度为B的匀强磁场之中。请讨论这个发电机的电动势与上述物理量的关系。
电磁感应定律中的电路问题的分析步骤
【例题4】2012年11月，我国歼－15舰载机（如图甲所示）在“辽宁号”航空母舰上着舰成功，它的阻拦系统原理如图乙所示，飞机着舰时，通过阻拦索对飞机施加作用力，使飞机在甲板上短距离滑行后停止。新一代航母阻拦系统的研制，则从阻拦索阻拦转向了引入电磁学模型的电磁阻拦技术，其基本原理如图丙所示，飞机着舰时钩住轨道上的一根金属棒并关闭动力系统，在磁场中共同滑行减速。阻拦索与金属棒绝缘。
航母阻拦技术
分析：对于第（1）个问题，可以通过受力分析比较两种阻拦模型中阻力的来源，进而比较其优缺点． 对于第（2）个问题，可以将飞机和金属棒看成一个整体，综合应用动量守恒、运动学、安培力等知识，分析整个过程中的运动状态．
航母阻拦技术
（1）试分析电磁阻拦相对于阻拦索阻拦的优点。
（2）试分析电磁阻拦中，飞机从钩住金属棒到停下来的整个过程做怎样的运动。
巩固训练
如图所示，虚线框内为磁感应强度 B 为 1.0 T 的匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面向外；在水平向右的外力作用下，一个边长为 0.20 m 的正方形闭合导线框 abcd 沿纸面以0.10 m/s 的速度由左向右匀速进入磁场。导线框每条边的电阻均为 1.0 Ω，dc 边相当于“电源”。用电池等符号画出正方形闭合导线框的等效电路图，图中标注电流的方向，并计算：
（1）在导线框进入磁场过程中 ad 边受到的安培力随时间变化的关系；
巩固训练
如图所示，虚线框内为磁感应强度 B 为 1.0 T 的匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面向外；在水平向右的外力作用下，一个边长为 0.20 m 的正方形闭合导线框 abcd 沿纸面以0.10 m/s 的速度由左向右匀速进入磁场。导线框每条边的电阻均为 1.0 Ω，dc 边相当于“电源”。用电池等符号画出正方形闭合导线框的等效电路图，图中标注电流的方向，并计算：
（2）导线框进入磁场过程中感应电流产生的焦耳热；
巩固训练
如图所示，虚线框内为磁感应强度 B 为 1.0 T 的匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面向外；在水平向右的外力作用下，一个边长为 0.20 m 的正方形闭合导线框 abcd 沿纸面以0.10 m/s 的速度由左向右匀速进入磁场。导线框每条边的电阻均为 1.0 Ω，dc 边相当于“电源”。用电池等符号画出正方形闭合导线框的等效电路图，图中标注电流的方向，并计算：
（3）导线框进入磁场过程中通过导线的电荷量。
巩固训练
如图所示，光滑竖直平行导轨上套有一质量为 m 的导体棒 ab，导轨上端连接一阻值为 R 的电阻，导体棒 ab 的电阻阻值0.5R ，其余电阻不计。现导体棒 ab 自由下落，以速度v 进入
高为 h 的水平匀强磁场区域，穿出磁场时的速度为0.5v。则导体棒 ab 穿过磁场区域过程中产生多少焦耳热？电阻 R 产生多少焦耳热？
电磁感应中单杆问题
【例题2】如图所示，电阻Rab为0.1Ω的导体棒 沿光滑导线框向右做匀速运动，线框中接有电阻r为0.4Ω。线框放在磁感应强度B为0.1T的匀强磁场中，磁场
方向垂直于线框平面。导体棒L的长度为0.4 m，运动的速度v为5m/s。线框的电阻不计。
电磁感应中单杆问题
分析：金属棒在水平拉力 F 作用下向右匀速运动垂直切割磁感线，在金属棒中产生了感应电动势。以金属棒为研究对象，根据“右手定则”判断感应电流的方向是 b → a。金属棒和电阻 R 组成的闭合回路中金属棒 ab 部分相当于一个电源。金属棒的电阻相当于这个闭合电路的内阻，外电路的电阻为 R。根据“左手定则”通有感应电流的金属棒在磁场中受到向左的安培力的作用，要保持金属棒匀速运动必定受到向右的水平拉力 F 作用，且水平拉力 F 的大小等于安培力的大小。
电磁感应中单杆问题
【例题2】如图所示，电阻Rab为0.1Ω的导体棒 沿光滑导线框向右做匀速运动，线框中接有电阻r为0.4Ω。线框放在磁感应强度B为0.1T的匀强磁场中，磁场
方向垂直于线框平面。导体棒L的长度为0.4 m，运动的速度v为5m/s。线框的电阻不计。
（1）电路abcd中哪部分相当于电源？
电磁感应中单杆问题
【例题2】如图所示，电阻Rab为0.1Ω的导体棒 沿光滑导线框向右做匀速运动，线框中接有电阻r为0.4Ω。线框放在磁感应强度B为0.1T的匀强磁场中，磁场
方向垂直于线框平面。导体棒L的长度为0.4 m，运动的速度v为5m/s。线框的电阻不计。
（2）哪个位置相当于电源的正极？哪一部分相当于闭合电路中的外电路？
电磁感应中单杆问题
【例题2】如图所示，电阻Rab为0.1Ω的导体棒 沿光滑导线框向右做匀速运动，线框中接有电阻r为0.4Ω。线框放在磁感应强度B为0.1T的匀强磁场中，磁场
方向垂直于线框平面。导体棒L的长度为0.4 m，运动的速度v为5m/s。线框的电阻不计。
（3）电动势多大？内阻多大？
电磁感应中单杆问题
【例题2】如图所示，电阻Rab为0.1Ω的导体棒 沿光滑导线框向右做匀速运动，线框中接有电阻r为0.4Ω。线框放在磁感应强度B为0.1T的匀强磁场中，磁场
方向垂直于线框平面。导体棒L的长度为0.4 m，运动的速度v为5m/s。线框的电阻不计。
（4）棒向右运动时所受的安培力有多大？
电磁感应中单杆问题
【例题2】如图所示，电阻Rab为0.1Ω的导体棒 沿光滑导线框向右做匀速运动，线框中接有电阻r为0.4Ω。线框放在磁感应强度B为0.1T的匀强磁场中，磁场
方向垂直于线框平面。导体棒L的长度为0.4 m，运动的速度v为5m/s。线框的电阻不计。
（5）棒所受安培力的功率有多大？
电磁感应中单杆问题
【例题2】如图所示，电阻Rab为0.1Ω的导体棒 沿光滑导线框向右做匀速运动，线框中接有电阻R为0.4Ω。线框放在磁感应强度B为0.1T的匀强磁场中，磁场
方向垂直于线框平面。导体棒L的长度为0.4 m，运动的速度v为5m/s。线框的电阻不计。
（5）棒所受安培力的功率有多大？电阻Rab的发热功率有多大？电阻R发热功率有多大？从能的转化和守恒角度说一说这三个功率关系的含义。
电磁感应中单杆问题
【例题3】如图 所示，边长分别为 l 与 h、电阻为 R、质量为 m 的金属线框，自上而下匀速穿过宽度为 h、磁感应强度为 B 的匀强磁场区域。求在这个过程中线框产生的热量。
分析：线框匀速穿过匀强磁场的过程可分为两段：
（1）线框刚进入磁场到全部进入磁场，cd 边切割磁感线，根据楞次定律，线框中的感应电流是逆时针方向，根据“左手定则”，由于感应电流，cd 边受到的安培力方向为竖直向上；
电磁感应中单杆问题
【例题32】如图 所示，边长分别为 l 与 h、电阻为 R、质量为 m 的金属线框，自上而下匀速穿过宽度为 h、磁感应强度为 B 的匀强磁场区域。求在这个过程中线框产生的热量。
分析：线框匀速穿过匀强磁场的过程可分为两段：
（2）线框从磁场中离开，ab 边切割磁感线。线框中的感应电流是顺时针方向，ab 边受到的安培力方向仍然是竖直向上。
电磁感应中单杆问题
分析：线框匀速穿过匀强磁场的过程可分为两段：
（1）线框刚进入磁场到全部进入磁场，cd 边切割磁感线，根据楞次定律，线框中的感应电流是逆时针方向，根据“左手定则”，由于感应电流，cd 边受到的安培力方向为竖直向上；
（2）线框从磁场中离开，ab 边切割磁感线。线框中的感应电流是顺时针方向，ab 边受到的安培力方向仍然是竖直向上。
电磁感应中单杆问题
【变式】有一边长l=0.1 m的正方形导线框abcd，质量m=10 g，由高度h=0.2 m处自由下落，如图所示。其下边ab进入匀强磁场区域后，线圈开始做匀速运动，直到其上边dc刚刚开始穿出匀强磁场为止，此匀强磁场区域宽度也是l。求线框在穿越匀强磁场过程中产生的焦耳热。g取10 m/s2。