2018版高中物理鲁科版选修3-2课件：第2章 楞次定律和自感现象

课件30张PPT。 第2章——楞次定律和自感现象章末整合提升
一、对楞次定律的理解和应用
1.感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化.感应电流的磁场方向不一定与原磁场方向相反，只在磁通量增加时两者才相反，而在磁通量减少时两者同向，即“增反减同”.
2.“阻碍”并不是“阻止”，而是“延缓”，回路中的磁通量变化的趋势不变，只不过变化得慢了.
3.“阻碍”的表现：增反减同、来拒去留、增缩减扩、增离减靠.例1　圆形导体线圈a平放在水平桌面上，在a的正上方固定一竖直螺线管b，二者轴线重合，螺线管与电源和滑动变阻器连接成如图1所示的电路.若将滑动变阻器的滑片P向下滑动，下列表述正确的是(　　)
A.线圈a中将产生俯视顺时针方向的感应电流
B.穿过线圈a的磁通量变小
C.线圈a有扩张的趋势
D.线圈a对水平桌面的压力将增大图1解析　通过螺线管b的电流如图所示，根据右手螺旋定则判断出螺线管b所产生的磁场方向竖直向下，滑片P向下滑动，接入电路的电阻减小，电流增大，所产生的磁场的磁感应强度增强，根据楞次定律可知，a线圈中感应电流产生的磁场方向竖直向上，再由右手螺旋定则可得线圈a中的电流方向为俯视逆时针方向，A错误；由于螺线管b中的电流增大，所产生的磁感应强度增强，线圈a中的磁通量应变大，B错误；
根据楞次定律可知，线圈a将阻碍磁通量的增大，因此，线圈a有缩小的趋势，线圈a对水平桌面的压力增大，C错误，D正确.
答案　D二、电磁感应中的图象问题
1.电磁感应中的图象问题有两种：一是给出电磁感应过程，选出或画出正确图象；二是由给定的有关图象分析电磁感应过程，求解相应物理量.
2.基本思路：
(1)利用法拉第电磁感应定律或切割公式计算感应电动势大小；
(2)利用楞次定律或右手定则判定感应电流的方向；
(3)写出相关的函数关系式分析或画出图象.例2　 (2017·云南第一次检测)如图2甲所示，线圈ABCD固定于匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向外，当磁场变化时，线圈AB边所受安培力向右且变化规律如图乙所示，则磁场的变化情况可能是选项中的(　　)
图2三、电磁感应中的电路问题
1.首先要明确电源，分清内、外电路.
磁场中磁通量变化的线圈或切割磁感线的导体相当于电源，该部分导体的电阻相当于内电阻；而其余部分的电路则是外电路.2.路端电压、感应电动势和某段导体两端的电压三者的区别：
(1)某段导体不作为电源时，它两端的电压等于电流与其电阻的
乘积；
(2)某段导体作为电源时，它两端的电压就是路端电压，U外＝IR外或U外＝E－Ir；
(3)某段导体作为电源，电路断路时导体两端的电压等于感应电
动势.例3　如图3甲所示，在水平面上固定有长为L＝2 m、宽为d＝1 m的金属U形导轨，在U形导轨右侧l＝0.5 m范围内存在垂直于纸面向里的匀强磁场，且磁感应强度随时间的变化规律如图乙所示．在t＝0时刻，质量为m＝0.1 kg的导体棒以v0＝1 m/s的初速度从导轨的左端开始向右运动，导体棒与导轨之间的动摩擦因数为μ＝0.1，导轨与导体棒单位长度的电阻均为λ＝0.1 Ω/m，不计导体棒与导轨之间的接触电阻及地球磁场的影响(取g＝10 m/s2)．四、电磁感应中的动力学问题
解决此类问题的一般思路是：先由法拉第电磁感应定律求感应电动势，然后根据闭合电路欧姆定律求感应电流，再求出安培力，再后依照力学问题的处理方法进行，如进行受力情况分析、运动情况分析.流程为：导体切割磁感线产生感应电动势→感应电流→电流受到安培力→合外力变化→加速度变化→速度变化→感应电动势变化.周而复始循环，最终加速度等于零，导体达到稳定运动状态.例4　U形金属导轨abcd原来静止放在光滑绝缘的水
平桌面上，范围足够大、方向竖直向上的匀强磁场
穿过导轨平面，一根与bc等长的金属棒PQ平行bc放
在导轨上，棒左边靠着绝缘的固定竖直立柱e、f.已知磁感应强度B＝0.8 T，导轨质量M＝2 kg.其中bc段长0.5 m，bc段电阻R＝0.4 Ω，其余部分电阻不计；金属棒PQ质量m＝0.6 kg、电阻r＝0.2 Ω、与导轨间的动摩擦因数μ＝0.2.若向导轨施加方向向左、大小为F＝2 N的水平拉力，如图4所示.求导轨的最大加速度、最大电流和最大速度(设导轨足够长，g取10 m/s2).图4解析　导轨受到PQ棒水平向右的摩擦力f＝μmg，根据牛顿第二定律并整理得F－μmg－F安＝Ma，刚拉动导轨时，I感＝0，安培力为零，导轨有最大加速度随着导轨速度的增大，感应电流增大，加速度减小，当a＝0时，速度最大.设速度最大值为vm，电流最大值为Im，此时导轨受到向右的安培力F安＝BImLF－μmg－BImL＝0答案　0.4 m/s2　2 A　3 m/s五、电磁感应中的能量问题
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.
(2)电磁感应过程中产生的感应电流在磁场中必定受到安培力的作用，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.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直接进行计算.
(2)若电流变化，则：①利用克服安培力做的功求解：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，则机械能的减少量等于产生的电能.例5　如图5所示，两根足够长的平行金属导轨固定在倾角θ＝30°的斜面上，导轨电阻不计，间距L＝0.4 m．导轨所在空间被分成区域Ⅰ和Ⅱ，两区域的边界与斜面的交线为MN，Ⅰ中的匀强磁场方向垂直斜面向下，Ⅱ中的匀强磁场方向垂直斜面向上，两磁场的磁感应强度大小均为B＝0.5 T．在区域Ⅰ中，将质量m1＝0.1 kg，电阻R1＝0.1 Ω 的金属条ab放在导轨上，ab刚好不下滑．然后，在区域Ⅱ中将质量m2＝0.4 kg，电阻R2＝0.1 Ω的光滑导体棒cd置于导轨上，由静止开始下滑．cd在滑动过程中始终处于区域Ⅱ的磁场中，ab、cd始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触，取g＝10 m/s2，问：图5图5(1)cd下滑的过程中，ab中的电流方向；
(2)ab刚要向上滑动时，cd的速度v多大；
(3)从cd开始下滑到ab刚要向上滑动的过程中，cd滑动的距离x＝3.8 m，此过程中ab上产生的热量Q是多少．解析　 (1)根据右手定则判知cd中电流方向由d流向c，故ab中电流方向由a流向b.
(2)开始放置ab刚好不下滑时，ab所受摩擦力为最大摩擦力，设其为Fmax，有Fmax＝m1gsin θ①答案　(1)由a流向b　(2)5 m/s　(3)1.3 J