人教版高中物理选修3-2 4．5电磁感应现象的两类情况（2）（15张PPT）
文档属性
| 名称 | 人教版高中物理选修3-2 4．5电磁感应现象的两类情况（2）（15张PPT） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 264.3KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-04-20 19:44:28 | ||
图片预览
文档简介
(共15张PPT)
学习目标
1.知道如何解决电磁感应现象中的能量问题
2.掌握解决电磁感应现象中的图象问题的方法。
电磁感应中的能量问题、图象问题
4.5电磁感应现象的两类情况（2）
阅读教程并思考以下问题：
1.电磁感应中能量转化的实质是什么？
3.解决图象问题的一般步骤有哪些？
2.如何计算感应电路的焦耳热？
实质是安培力做功问题。
利用焦耳定律、能量守恒定律等求解。
明确图象种类、分析具体过程、确定方向对应关系、写出函数关系式、进行数学分析等。
问题导学：
例1：如图所示， B＝0.2T 与导轨垂直向上，导轨宽度L＝1m，α＝300，电阻可忽略不计，导体棒ab质量为m＝0.2kg，其电阻R＝0.1Ω，跨放在U形框架上，由静止开始释放并能无摩擦的滑动，求：
（1）导体下滑的最大速度vm。
（2）在达到最大速度vm的过程中，ab沿导轨下滑了2m，则ab棒产生的焦耳热为多少？
a
b
B
300
1.375J
精讲：一、电磁感应中的能量问题
1、受力分析：必要时画出相应的平面图。
受力平衡时，速度最大。
2、能量问题：安培力做负功，其它能转化为电能。
P安（=F安v）=P电（=EI）
3、解题方法：动能定理、能量守恒定律或功能关系。
总结：电磁感应中的能量问题解题方法
变式1、如图所示，质量为m，边长为L的正方形线框，在有界匀强磁场上方h高处由静止自由下落，线框的总电阻为R，磁感应强度为B的匀强磁场宽度为2L。线框下落过程中，ab边始终与磁场边界平行且处于水平方向，已知ab边刚穿出磁场时线框恰好作匀速运动，求：
（1）cd边刚进入磁场时线框的速度。
（2）线框穿过磁场的过程中，产生的焦耳热。
2L
a
b
c
d
L
B
解：(1)设cd边刚进入磁场时线框的速度为V0，ab边刚
离开磁场时的速度为V，由运动学知识，得：
ab边刚离开磁场时恰好作匀速直线运动，由平衡条件，
联立解得：
（2）线框由静止开始运动，到cd边刚离开磁场的
过程中，根据能量守恒定律，得：
解之，得线框穿过磁场的过程中，产生的焦耳热为：
图1
v
40cm
A
O
i
t/s
3
1
2
4
5
图2
i
t/s
O
3
1
2
4
5
B
i
t/s
O
3
1
2
4
5
C
i
t/s
O
3
1
2
4
5
D
例2：如图1所示，一宽40cm的匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面向。一边长为20cm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=20cm/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t=0，在图2所示的图线中，正确反映感应电流随时间变化规律的是（ ）
C
二、电磁感应中的图象问题
(1)明确图象的种类，即是B －t图象还是Φ －t图象，或者是E －t 图象、I－t 图象等；
(2)分析电磁感应的具体过程；
(3)用右手定则或楞次定律确定方向对应关系；
(4)结合法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿运动定律等规律写出函数关系式；
(5)根据函数关系式，进行数学分析，如分析斜率的变化、截距等；
(6)画出图象或判断图象。
总结：解决电磁感应图象问题的一般步骤
变式2：图中A是一边长为l的方形线框,电阻为R。今维持线框以恒定的速度沿x轴运动，并穿过图中所示的匀强磁场B区域。若以x轴正方向作为力的正方向，线框在图示位置的时刻作为时间的零点,则磁场对线框的作用力F随时间t的变化图线为图中的图( )
图1
注意题中规定的力的正方向。
B
一、电磁感应中的能量问题
二、电磁感应中的图象问题
电磁感应中的能量问题、图象问题
1.受力分析画平面图。平衡时，v最大。
2.能量问题：P安（=F安v）=P电（=EI）
3.方法：动能定理、能量守恒定律或功能关系。
1.明确图象的种类 2.分析电磁感应具体过程；
3.用右手定则或楞次定律确定方向对应关系；
4.结合法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿运动定律等规律写出函数关系式；
5.根据函数分析，如分析斜率的变化、截距等；
6.画出图象或判断图象。
课堂小结
1.图中两条平行虚线之间存在匀强磁场，虚线间的距离为l，磁场方向垂直纸面向里。abcd是位于纸面内的梯形线圈， ad与bc间的距离也为l。t=0时刻，bc边与磁场区域边界重合（如图）。现令线圈以恒定的速度v沿垂直于磁场区域边界的方向穿过磁场区域。取沿a→b→c→d→a的感应电流为正，则在线圈穿越磁场区域的过程中，感应电流I随时间t变化的图线可能是（ ）
b
a
c
d
I
t
l/ v
2l/ v
0
A
I
t
l/ v
2l/ v
0
B
I
t
l/ v
2l/ v
0
C
I
t
l/ v
2l/ v
0
D
B
课堂训练
2.如图甲所示，足够长的金属导轨竖直放在水平方向的匀强磁场中，导体棒MN可以在导轨上无摩擦的滑动。已知匀强磁场的磁感应强度B＝0.4T，导轨间距为L＝0.1m，导体棒MN的质量为m=6g且电阻r=0.1Ω,电阻R＝0.3Ω,其它电阻不计，（g取10m/s2)求：
（1）导体棒MN下滑的最大速度多大？
（2）导体棒MN下滑达到最大速度后，棒克服安培力做功的功率，电阻R消耗的功率和电阻r消耗的功率为多大？
M
N
R
V
15m/s
0.9W 0.675W 0.225W
甲
乙
(1) 解：等效电路如图乙所示，棒由静止开始下滑，最后达到匀速运动。当匀速运动时，由平衡条件得
(2)匀速时，克服安培力做功的功率为：
电阻R:消耗的功率：
电阻r:消耗的功率：
θ
R
h
a
b
R
3.如图所示，两根足够长的固定的平行金属导轨位于倾角θ=30°的斜面上，导轨上、下端各接有阻值R=10Ω的电阻，导轨自身电阻忽略不计，导轨宽度L=2m，在整个导轨平面内都有垂直于导轨平面向上的匀强磁场，磁感应强度B=0.5T．质量为m=0.1kg，电阻r=5Ω的金属棒ab在较高处由静止释放，金属棒ab在下滑过程中始终与导轨垂直且与导轨接触良好．当金属棒ab下滑高度h =3m时，速度恰好达到最大值v=2m/s．求：
（1）金属棒ab在以上运动过程中机械能的减少量．
（2）金属棒ab在以上运动过程中导轨下端电阻R中产生的热量．（g=10m/s2）?
θ
B
a
mg
v
×
N
F安
f
a
E,r
b
a
r
R
R
θ
R
h
a
b
R
解;(1) 机械能的减少量: ΔE机械能= mgh-mv2/2=2.8J
θ
B
a
mg
v
×
N
F安
f
a
mgsinθ-f- F安=ma
a=0 时 F安max=B2L2v/R总=0.2
f=mgsinθ-F安=0.3N
R总=R/2+r=10/2+5=10Ω
E,r
Mgh=fs+Q电总+mv2/2
Δ E机械能= Q电总+fh/sin θ
QR=Q电总/4=0.25J
(2) 由 能量守恒定律得
Q电总=mgh-mv2/2-fh/sin θ=2.8-0.3×3/0.5=1.0J
b
a
r
R
R
学习目标
1.知道如何解决电磁感应现象中的能量问题
2.掌握解决电磁感应现象中的图象问题的方法。
电磁感应中的能量问题、图象问题
4.5电磁感应现象的两类情况（2）
阅读教程并思考以下问题：
1.电磁感应中能量转化的实质是什么？
3.解决图象问题的一般步骤有哪些？
2.如何计算感应电路的焦耳热？
实质是安培力做功问题。
利用焦耳定律、能量守恒定律等求解。
明确图象种类、分析具体过程、确定方向对应关系、写出函数关系式、进行数学分析等。
问题导学：
例1：如图所示， B＝0.2T 与导轨垂直向上，导轨宽度L＝1m，α＝300，电阻可忽略不计，导体棒ab质量为m＝0.2kg，其电阻R＝0.1Ω，跨放在U形框架上，由静止开始释放并能无摩擦的滑动，求：
（1）导体下滑的最大速度vm。
（2）在达到最大速度vm的过程中，ab沿导轨下滑了2m，则ab棒产生的焦耳热为多少？
a
b
B
300
1.375J
精讲：一、电磁感应中的能量问题
1、受力分析：必要时画出相应的平面图。
受力平衡时，速度最大。
2、能量问题：安培力做负功，其它能转化为电能。
P安（=F安v）=P电（=EI）
3、解题方法：动能定理、能量守恒定律或功能关系。
总结：电磁感应中的能量问题解题方法
变式1、如图所示，质量为m，边长为L的正方形线框，在有界匀强磁场上方h高处由静止自由下落，线框的总电阻为R，磁感应强度为B的匀强磁场宽度为2L。线框下落过程中，ab边始终与磁场边界平行且处于水平方向，已知ab边刚穿出磁场时线框恰好作匀速运动，求：
（1）cd边刚进入磁场时线框的速度。
（2）线框穿过磁场的过程中，产生的焦耳热。
2L
a
b
c
d
L
B
解：(1)设cd边刚进入磁场时线框的速度为V0，ab边刚
离开磁场时的速度为V，由运动学知识，得：
ab边刚离开磁场时恰好作匀速直线运动，由平衡条件，
联立解得：
（2）线框由静止开始运动，到cd边刚离开磁场的
过程中，根据能量守恒定律，得：
解之，得线框穿过磁场的过程中，产生的焦耳热为：
图1
v
40cm
A
O
i
t/s
3
1
2
4
5
图2
i
t/s
O
3
1
2
4
5
B
i
t/s
O
3
1
2
4
5
C
i
t/s
O
3
1
2
4
5
D
例2：如图1所示，一宽40cm的匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面向。一边长为20cm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=20cm/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t=0，在图2所示的图线中，正确反映感应电流随时间变化规律的是（ ）
C
二、电磁感应中的图象问题
(1)明确图象的种类，即是B －t图象还是Φ －t图象，或者是E －t 图象、I－t 图象等；
(2)分析电磁感应的具体过程；
(3)用右手定则或楞次定律确定方向对应关系；
(4)结合法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿运动定律等规律写出函数关系式；
(5)根据函数关系式，进行数学分析，如分析斜率的变化、截距等；
(6)画出图象或判断图象。
总结：解决电磁感应图象问题的一般步骤
变式2：图中A是一边长为l的方形线框,电阻为R。今维持线框以恒定的速度沿x轴运动，并穿过图中所示的匀强磁场B区域。若以x轴正方向作为力的正方向，线框在图示位置的时刻作为时间的零点,则磁场对线框的作用力F随时间t的变化图线为图中的图( )
图1
注意题中规定的力的正方向。
B
一、电磁感应中的能量问题
二、电磁感应中的图象问题
电磁感应中的能量问题、图象问题
1.受力分析画平面图。平衡时，v最大。
2.能量问题：P安（=F安v）=P电（=EI）
3.方法：动能定理、能量守恒定律或功能关系。
1.明确图象的种类 2.分析电磁感应具体过程；
3.用右手定则或楞次定律确定方向对应关系；
4.结合法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿运动定律等规律写出函数关系式；
5.根据函数分析，如分析斜率的变化、截距等；
6.画出图象或判断图象。
课堂小结
1.图中两条平行虚线之间存在匀强磁场，虚线间的距离为l，磁场方向垂直纸面向里。abcd是位于纸面内的梯形线圈， ad与bc间的距离也为l。t=0时刻，bc边与磁场区域边界重合（如图）。现令线圈以恒定的速度v沿垂直于磁场区域边界的方向穿过磁场区域。取沿a→b→c→d→a的感应电流为正，则在线圈穿越磁场区域的过程中，感应电流I随时间t变化的图线可能是（ ）
b
a
c
d
I
t
l/ v
2l/ v
0
A
I
t
l/ v
2l/ v
0
B
I
t
l/ v
2l/ v
0
C
I
t
l/ v
2l/ v
0
D
B
课堂训练
2.如图甲所示，足够长的金属导轨竖直放在水平方向的匀强磁场中，导体棒MN可以在导轨上无摩擦的滑动。已知匀强磁场的磁感应强度B＝0.4T，导轨间距为L＝0.1m，导体棒MN的质量为m=6g且电阻r=0.1Ω,电阻R＝0.3Ω,其它电阻不计，（g取10m/s2)求：
（1）导体棒MN下滑的最大速度多大？
（2）导体棒MN下滑达到最大速度后，棒克服安培力做功的功率，电阻R消耗的功率和电阻r消耗的功率为多大？
M
N
R
V
15m/s
0.9W 0.675W 0.225W
甲
乙
(1) 解：等效电路如图乙所示，棒由静止开始下滑，最后达到匀速运动。当匀速运动时，由平衡条件得
(2)匀速时，克服安培力做功的功率为：
电阻R:消耗的功率：
电阻r:消耗的功率：
θ
R
h
a
b
R
3.如图所示，两根足够长的固定的平行金属导轨位于倾角θ=30°的斜面上，导轨上、下端各接有阻值R=10Ω的电阻，导轨自身电阻忽略不计，导轨宽度L=2m，在整个导轨平面内都有垂直于导轨平面向上的匀强磁场，磁感应强度B=0.5T．质量为m=0.1kg，电阻r=5Ω的金属棒ab在较高处由静止释放，金属棒ab在下滑过程中始终与导轨垂直且与导轨接触良好．当金属棒ab下滑高度h =3m时，速度恰好达到最大值v=2m/s．求：
（1）金属棒ab在以上运动过程中机械能的减少量．
（2）金属棒ab在以上运动过程中导轨下端电阻R中产生的热量．（g=10m/s2）?
θ
B
a
mg
v
×
N
F安
f
a
E,r
b
a
r
R
R
θ
R
h
a
b
R
解;(1) 机械能的减少量: ΔE机械能= mgh-mv2/2=2.8J
θ
B
a
mg
v
×
N
F安
f
a
mgsinθ-f- F安=ma
a=0 时 F安max=B2L2v/R总=0.2
f=mgsinθ-F安=0.3N
R总=R/2+r=10/2+5=10Ω
E,r
Mgh=fs+Q电总+mv2/2
Δ E机械能= Q电总+fh/sin θ
QR=Q电总/4=0.25J
(2) 由 能量守恒定律得
Q电总=mgh-mv2/2-fh/sin θ=2.8-0.3×3/0.5=1.0J
b
a
r
R
R