2012【优化方案】精品课件：教科版物理选修3-2第1章本章优化总结

(共35张PPT)
本章优化总结
专题归纳整合
章末综合检测
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知识网络构建
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专题归纳整合
　楞次定律的理解和应用
1．对楞次定律的理解
感应电流产生的效果总是要阻碍产生感应电流的原因：
(1)从磁通量角度，阻碍原磁通量的变化，感应电流的磁场与原磁场方向的关系可概括为“增反减同”．
(2)从相对运动角度，阻碍相对运动，可理解为“来拒去留”．
(3)使线圈面积有扩大或缩小的趋势．
(4)阻碍原电流的变化(自感现象)．
楞次定律可广义地表示为：感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化和相对运动．
2．楞次定律的四个推论及其应用
一般，磁通量的变化与相对运动具有等效性：磁通量增加相当于回路与磁场接近，感应电流的磁场与原磁场方向相反；磁通量减少相当于回路与磁场远离，感应电流的磁场与原磁场方向相同．所以，根据楞次定律及能量转化和守恒定律，还可以得出四个简捷实用的推论．
(1)动态规律
当回路与磁场接近或者回路的磁通量增加时，一定相互排斥或者向磁通量减少的方向运动；反之，一定相互吸引或者向磁通量增加的方向运动．
(2)静态规律
当回路两侧的磁感线对称分布，即不论向什么方向运动，都不能阻碍磁通量的变化或者磁通量变化都相同时，回路将静止不动．
(3)“因反果同”规律
正方向穿过回路的磁通量增加(或减少)与反方向穿过回路的磁通量减少(或增加)，引起的感应电流方向相同．
(4)“零值分界”规律
当感应电流为交变电流时，零值是电流改变方向的分界点，也是线圈的磁通量变化率()为零、磁通量(Φ)最大的位置；而感应电流达到最大值时，磁通量的变化率最大，而磁通量却为零．
例1
(2011年渭南高二检测)如图1－1所示，粗糙水平桌面上有一质量为m的铜质矩形线圈．当一竖直放置的条形磁铁从线圈中线AB正上方等高快速经过时，若线圈始终不动，则关于线圈受到的支持力N及在水平方向运动趋势的判断正确的是(　　)
图1－1
A．N先小于mg后大于mg，运动趋势向左
B．N先大于mg后小于mg，运动趋势向左
C．N先小于mg后大于mg，运动趋势向右
D．N先大于mg后小于mg，运动趋势向右
【精讲精析】　条形磁铁从线圈正上方等高快速经过时，通过线圈的磁通量先增加后减小．当通过线圈的磁通量增加时，为阻碍其增加，在竖直方向上线圈有向下运动的趋势，所以线圈受到的支持力大于其重力，在水平方向上有向右运动的趋势；当通过线圈的磁通量减小时，为阻碍其减小，在竖直方向上线圈有向上运动的趋势，所以线圈受到的支持力小于其重力，在水平方向上有向右运动的趋势．综上所述，线圈受到的支持力先大于重力后小于重力，运动趋势总是向右．
【答案】　D
　感应电动势大小的计算及方向的确定
2．感应电动势和感应电流方向的确定
右手定则和楞次定律是用来判断电磁感应现象中感应电动势和感应电流方向的．对于导体做切割磁感线的运动以及判断电势高低时，常常使用右手定则．对于磁通量发生变化而引起感应电动势、感应电流方向的判断，则需使用楞次定律，在电源内部，感应电流的方向由电源的负极指向正极，这是确定感应电动势方向的依据．
例2
如图1－2所示，两条平行且足够长的金属导轨置于磁感应强度为B的匀强磁场中，B的方向垂直导轨平面，两导轨间距为L，左端接一电阻R，右端接一电容器C，其余电阻不计，长为2L的导体棒ab如图所示放置，从ab与导轨垂直开始，在以a为圆心沿顺时针方向以角速度ω匀速转动90°的过程中，通过电阻R的电荷量是________．
图1－2
电磁感应中的图像问题
　图像问题是一种半定量分析，电磁感应中常涉及磁感应强度B、磁通量Φ、感应电动势E和感应电流I随时间t变化的图像，即B－t图像、Φ－t图像、E－t图像和I－t图像．对于导体切割磁感线产生感应电动势和感应电流的情况，还常涉及感应电动势E和感应电流I随导体位移x变化的图像，即E－x图像和I－x图像．这些图像问题，大体上可分为两类：
1．由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图像
对于这类问题，要抓住磁通量的变化是否均匀，从而推知感应电动势(电流)大小是否恒定．用楞次定律判断出感应电动势(电流)的方向，从而确定其正负，以及在坐标系中的范围．
2．由给定的有关图像分析电磁感应过程，求解相应物理量
不论何种类型，都要应用法拉第电磁感应定律、楞次定律或右手定则等规律来分析解决．
3．分析图像问题时应特别关注的四点事项
(1)图像中两个坐标轴各代表什么意义；
(2)图像中纵坐标的正、负表示什么意义；
(3)画图像时应注意初始状态如何以及正方向的选取；
(4)注意图像横轴、纵轴截距以及图线斜率、图线覆盖面积的物理意义．
例3
(2011年高考海南卷)如图1－3，EOF和E′O′F′为空间一匀强磁场的边界，其中EO∥E′O′，FO∥F′O′，且EO⊥OF；OO′为∠EOF的角平分线，OO′间的距离为l；磁场方向垂直于纸面向里．一边长为l的正方形导线框沿O′O方向匀速通过磁场，t＝0时刻恰好位于图示位置．规定导线框中感应电流沿逆时针方向时为正，则感应电流i与时间t的关系图线可能正确的是(　　)
图1－3
图1－4
【精讲精析】　当线框左边进入磁场时，线框上的电流方向为逆时针，直至线框右边完全进入磁场；当右边一半进入磁场，左边一半开始出磁场，此后线圈中的电流方向为顺时针．当线框左边进入磁场时，切割磁感线的有效长度均匀增加，故感应电动势、感应电流均匀增加，当左边完全进入磁场，右边还没有进入时，感应电动势、感应电流达最大，且直到右边将要进入磁场这一段时间内均不变
当右边进入磁场时，左边开始出磁场，这时切割磁感线的有效长度均匀减小，感应电动势、感应电流均减小，且左、右两边在磁场中长度相等时为零，之后再反向均匀增加至左边完全出来，到右边到达左边界时电流最大且不变，直到再次减小．故B正确．
【答案】　B
电磁感应中的电路问题
1．在电磁感应现象中，导体切割磁感线或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势，该导体或回路相当于电源．因此，电磁感应问题往往与电路问题联系在一起．
2．解决与电路相联系的电磁感应问题的基本方法
(1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律(右手定则)确定感应电动势的大小和方向．
(2)确定内电路和外电路，画等效电路图．
(3)运用闭合电路欧姆定律、串、并联电路的性质、电功率等公式求解．
图1－5
例4
如图1－5所示，导体棒ab、cd在大小相等的外力作用下，沿着光滑的导轨各自朝相反方向、以v＝0.1 m/s的速度匀速运动，两个平行导轨间距离L＝0.50 m，每根导体棒的电阻均为r0＝0.50 Ω，导轨上接有一个电阻R＝1.0 Ω以及两极板相距d＝1.0 cm的平行板电容器C，匀强磁场的磁感应强度B＝4.0 T，求：
(1)电容器C两极板间的电场强度的大小和方向；
(2)外力F的大小．
【思路点拨】　本题是导体棒切割磁感线产生感应电动势的电学问题，根据E＝Blv计算出电动势后，就可以按直流电路的分析方法一一求解．
【精讲精析】　(1)ab、cd切割磁感线产生的感应电动势为：E1＝E2＝BLv.导体棒ab的b端电势高，a端电势低；cd棒d端电势高，c端电势低．闭合电路的等效电路如图1－6所示．
图1－6
【答案】　(1)20 V/m　自右指向左　(2)0.4 N
电磁感应中的力学问题
1．电磁感应中通过导体的感应电流，在磁场中将受到安培力的作用，电磁感应问题往往和力学问题联系在一起，解决这类问题的基本方法是：
(1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势的大小和方向．
(2)求回路中电流．
(3)分析导体受力情况(包含安培力，用左手定则确定其方向)．
(4)列出动力学方程或平衡方程并求解．
2．电磁感应中力学问题，常常以导体棒在滑轨上运动问题形式出现，要抓住受力情况、运动情况的动态分析，导体受力运动产生感应电动势→感应电流→通电导体受安培力→合外力变化→加速度变化→速度变化→周而复始地循环，循环结束时，加速度等于零，导体达稳定运动状态，抓住a＝0时，速度v达最大值特点．
例5
如图1－7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．
图1－7
(1)由b向a方向看到的装置如图乙所示，请在图中画出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杆可以达到的最大速度．
【精讲精析】　(1)重力mg，方向竖直向下；支持力FN，方向垂直斜面向上；安培力F，平行斜面向上．如图1－8所示．
图1－8
【答案】　见精讲精析
章末综合检测
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