2012【优化方案】精品课件：物理粤教选修3-2第一章本章优化总结

(共43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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电磁感应
电磁感应
专题归纳整合
楞次定律及其推广
利用楞次定律判定感应电流的方向时应首先明确穿过闭合电路原磁场的方向，再分析原磁场的磁通量是增加还是减少，然后由楞次定律判定感应电流的磁场的方向，最后由安培定则判定感应电流的方向．关键是理解“阻碍”二字的含义，阻碍并不是阻止，而是延缓．楞次定律可广义地表述
为：感应电流的效果总是要反抗(阻碍)引起感应电流的“原因”，常见的有：①阻碍原磁通量的变化(增反减同)；②阻碍导体的相对运动(来拒去留)；③通过改变线圈面积来“反抗”(扩大或缩小)；④阻碍原电流的变化(自感现象)．
例1
(单选)如图1－1所示，A、B都是很轻的铝环，分别固定在绝缘细杆的两端，杆可绕中间竖直轴在水平面内转动，环A是闭合的，环B是断开的．若用磁铁分别接近这两个圆环，则下列说法正确的是(　　)
图1－1
A．图中磁铁N极接近A环时，A环被吸引，而后被推开
B．图中磁铁N极远离A环时，A环被排斥，而后随磁铁运动
C．用磁铁N极接近B环时，B环被排斥，远离磁铁运动
D．用磁铁的任意一磁极接近A环时，A环被排斥
【精讲精析】　由楞次定律中感应电流的效果总是要反抗(阻碍)引起感应电流的“原因”，阻碍导体的相对运动(来拒去留)，当磁铁靠近圆环时，引起的感应电流的圆环通过远离圆环的效果来阻碍圆环中磁通量的增加，所以不论用磁铁的N极还是S极靠近时，圆环都要被排斥，但B环是不闭合的，当磁铁靠近时，无感应电流，所以B环不动，D项正确．
【答案】　D
【方法总结】　楞次定律的核心思想是“阻碍”，要深刻理解“阻碍”的含义，掌握定律的本质．
电磁感应中的力学问题
1．通电导体在磁场中将受到安培力作用，电磁感应问题往往和力学问题联系在一起，解决的基本方法是：
(1)由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)求回路中的电流．
(3)分析导体受力情况(包括安培力在内的全面受力分析)．
(4)根据平衡条件或牛顿第二定律列方程．
2．两种状态处理
(1)导体处于平衡态——静止或匀速直线运动状态．
处理方法：根据平衡条件合外力为零列式分析．
(2)导体处于非平衡态．
处理方法：根据牛顿第二定律进行动态分析，或结合功能关系分析．
3．电磁感应中的动力学临界问题
(1)解决这类问题的关键是通过受力分析和运动状态的分析，寻找过程中的临界状态，如速度、加速度为最大值、最小值的条件．
例2
如图1－2所示，线圈abcd每边长l＝0.20 m，线圈质量m1＝0.10 kg，电阻R＝0.10 Ω，砝码质量m2＝0.14 kg.线圈上方的匀强磁场的磁感应强度B＝0.5 T，方向垂直线圈平面向里，磁场区域的宽度为h＝l＝0.20 m．砝码从某一位置下降，使ab边进入磁场开始做匀速运动．求线圈做匀速运动的速度．
图1－2
【精讲精析】　该题的研究对象为线圈，线圈在匀速上升时受到安培力F安、绳子的拉力F和重力m1g相互平衡，即
F＝F安＋m1g
砝码受力也平衡F＝m2g
线圈匀速上升，在线圈中产生的感应电流I＝Blv/R
因此线圈受到向下的安培力F安＝BIl
联立解得v＝(m2－m1)gR/B2l2，代入数据得v＝4 m/s.
【答案】　4 m/s
电磁感应现象中的能量转化问题
电磁感应过程实质是不同形式的能量转化的过程．因此，从功和能的观点入手，分析清楚电磁感应过程中能量转化的关系，是解决电磁感应问题的重要途径之一．
1．电磁感应现象中的能量转化与守恒
能量守恒定律是自然界中的一条基本规律．在电磁感应现象中，从磁通量变化的角度来看，感应电流总要阻碍原磁通量的变化；从导体和磁体相对运动的角度来看，感应电流总要阻碍它们的相对运动．电磁感应现象中的“阻碍”作用正是能量转化与守恒的具体体现，在这种“阻碍”的过程中，其他形式的能转化为电能，总能量守恒．
2．电磁感应现象中的能量转化方式
(1)与感生电动势有关的电磁感应现象中：磁场能转化为电能．
(2)与动生电动势有关的电磁感应现象中：通过克服安培力做功，把机械能或其他形式的能转化为电能，克服安培力做多少功，就有多少机械能或其他形式的能转化为电能；同理，安培力做功的过程，是电能转化为机械能或其他形式能的过程，安培力做多少功，就有多少电能转化为机械能或其他形式的能．
特别提醒：当感应电流通过用电器时，电能又转化为其他形式的能，如果电路是纯电阻电路，转化的电能将全部转化为电阻的内能．
3．求解电磁感应现象中能量转化问题的一般思路
(1)在电磁感应现象中，切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势，明确该导体或回路就相当于电源，其余部分相当于外电路，可以画出等效电路分析．
(2)分析清楚有哪些力做功，明确有哪些形式的能量发生了转化．如：①有摩擦力做功，必有内能产生；②克服安培力做功，必然有其他形式的能转化为电能，并且克服安培力做多少功，就产生多少电能；如果是安培力做正功，就有电能转化为其他形式的能．
(3)列出有关能量的关系式求解．如：①利用电磁感应中产生的电能等于克服安培力做的功求解；②利用能量守恒求解：产生的电能等于机械能的减少；③利用电路特征求解：例如Q＝I2Rt.
例3
如图1－3所示，质量为m＝100 g的铝环，用细线悬挂起来，环中央距地面高度h＝0.8 m，有一质量M＝200 g的小磁铁(长度可忽略)，以10 m/s的水平速度射入并穿过铝环，落地点距铝环原位置的水平距离为3.6 m．则磁铁与铝环发生相互作用时(小磁铁穿过铝环后的运动看做平抛运动)：
图1－3
(1)铝环向哪边偏斜？
(2)若铝环在磁铁穿过后速度为2 m/s，在磁铁穿过铝环的整个过程中，环中产生了多少电能？(取g＝10 m/s2)
【精讲精析】　(1)由楞次定律可知，当小磁铁向右运动时，由于铝环中产生感应电流，感应电流的效果将阻碍相对运动，所以铝环将向右偏斜．
(2)小磁铁穿过铝环后做平抛运动，所以
【答案】　(1)铝环向右偏　(2)1.7 J
电磁感应中的图象问题
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等随时间t变化的图象，即B－t图象、Φ－t图象、E－t图象和I－t图象．对于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随线圈位移x变化的图象，即E－x图象和I－x图象．这些图象问题大体上可分为两类：由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图象，或由给定的有关图象分析电磁感应过程，求解相应的物理量．不管是何种类型，电磁感应中的图象问题常需利用右手定则、楞次定律和法拉第电磁感应定律等规律分析解决．
例4
(单选)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1－4所示．若规定顺时针方向为感应电流i的正方向，下列i t图中正确的是(　　)
图1－4
图1－5
【精讲精析】　由B－t图象，0～1 s内通过线框的磁通量向里且增大，由楞次定律知在线框中产生逆时针(负方向)的恒定电流，1～2 s通过线框的磁通量向里减小，2～3 s通过线框的磁通量向外增大，由楞次定律可知1～3 s在线框中产生相同的顺时针(正方向)的恒定电流，同理3～4 s的感应电流为负方向恒定．故D正确．
【答案】　D
电磁感应中导体棒运动问题的两种常见类型
1．“电流→运动→发电→电流→运动”型
图1－6
如图1－6所示，在水平导轨上放有一导体棒MN，导轨之间接有电源，当闭合开关后，回路中产生感应电流，并通过导体棒MN.MN受安培力作用从静止开始运动，运动时切割磁感线又产生感应电动势，影响回路电流，影响导体棒MN的运动．
对导体棒受力和运动情况分析知，导体棒做加速度减小的加速运动，最终加速度等于零，导体棒达到稳定运动状态．
2．“运动→发电→电流→运动”型
图1－7
如图1－7所示，在竖直导轨上，自由释放一导体棒MN，下落过程中产生感应电动势，回路中形成电流，导体棒MN受到安培力的作用，影响导体棒MN的运动．
对导体棒受力和运动情况分析知，随着导体棒速度增加，感应电流增大，安培力增大，导体棒做加速度减小的加速运动，最终加速度等于零，导体棒达到稳定状态．
例5
如图1－8所示，ab、cd是两根固定的竖直光滑的足够长金属导轨，导轨上套有一根可滑动的金属细棒，整个装置放在磁感应强度B＝0.5 T的水平匀强磁场中．已知棒长L＝10 cm，电阻R＝0.2 Ω，质量m＝20 g，开始
时处于静止状态．电池电动势
E＝1.5 V，内阻r＝0.1 Ω，导
轨的电阻、空气阻力均不计，
取g＝10 m/s2.当电键S闭合
后，试求：
图1－8
(1)棒L的最大加速度；
(2)棒L的最大速度；
(3)棒L达到最大速度后，棒L发热消耗的功率与整个电路消耗的功率之比；
(4)若棒L从静止到速度达到最大过程中上升了s＝10 m，则在这过程中，安培力对棒L所做的功是多少？
(2)导体棒受安培力作用从静止开始运动，运动时切割磁感线又产生感应电动势，影响回路电流，对导体棒受力和运动情况分析知，导体棒做加速度减小的加速运动，最终加速度等于零，导体棒达到稳定运动状态．对处于平衡状态的导体棒列出平衡方程得BI′L－mg＝0
【答案】　(1)2.5 m/s2，竖直向上　(2)6 m/s，竖直向上
(3)8∶15　(4)2.36 J
自感现象及其应用
1．自感线圈的作用是使其自身电流不能突变，只能渐变．
2．分析自感现象时，首先要明确流过电感线圈的电流是增大还是减小，然后，再根据自感电动势阻碍电流的变化进行相应分析．
例6
如图1－9所示，设电源的电动势E＝10 V，内阻不计，L与R的电阻均为5 Ω，两灯泡的电阻为R灯＝10 Ω.
图1－9
(1)求断开S的瞬间，灯泡L1两端的电压；
(2)画出断开S前后一段时间内电流随时间的变化图象．
断开S的瞬间，由于线圈要想维持IL不变，而又与L1组成闭合回路，因此通过L1的最大电流为1 A，所以此时L1两端的电压为U＝IL·R灯＝10 V.
(2)断开S前，流过L1的电流为0.5 A不变，而断开S瞬间，通过L1的电流
突然变为1 A，且方向也
发生变化，然后渐渐减小
为零，所以它的图象应
如图1－10所示(t0为断开
S的时刻). 图1－10
【答案】　见精讲精析
【题后反思】　实际上从t0开始，电流持续的时间是很短的．
章末综合检测
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