粤教版3-2教案 第1章 电磁感应 第5节 电磁感应规律的应用

1234
图7
1234
解析答案
1234
3.(电磁感应中的动力学问题)如图8所示，光滑金属直导轨MN和PQ固定 在同一水平面内，MN、PQ平行且足够长，两导轨间的宽度L＝0.5 m.导 轨左端接一阻值R＝0.5 Ω的电阻.导轨处于磁感应强度大小为B＝0.4 T， 方向竖直向下的匀强磁场中，质量m＝0.5 kg的导体棒ab垂直于导轨放置. 在沿着导轨方向向右的力F作用下，导体棒由静止开始运动，导体棒与 导轨始终接触良好并且相互垂直，不计导轨和导体棒的电阻，不计空气 阻力，若力F的大小保持不变，且F＝1.0 N，求：
图8
1234
(1)导体棒能达到的最大速度大小vm； 解析 导体棒达到最大速度vm时受力平衡，有F＝F安m，此时F安m＝ B2LR2vm，解得vm＝12.5 m/s. 答案 12.5 m/s
解析答案
1234
(2)导体棒的速度v＝5.0 m/s时，导体棒的加速度大小. 解析 导体棒的速度v＝5.0 m/s时，感应电动势E＝BLv＝1.0 V，导体 棒上通过的感应电流大小I＝ER＝2.0 A，导体棒受到的安培力F安＝BIL ＝0.40 N，根据牛顿第二定律，有F－F安＝ma，解得a＝1.2 m/s2. 答案 1.2 m/s2
图5
(1)试说出S接通后，导体ab的运动情况； 解析 闭合S之前导体自由下落的末速度为v0＝gt＝4 m/s. S闭合瞬间，导体产生感应电动势，回路中产生感应电流，ab立即受到一
个竖直向上的安培力.
F安＝BIL＝B2LR2v0＝0.016 N＞mg＝0.002 N. 此时刻导体所受到合力的方向竖直向上，与初速度方向相反，加速度的
表达式为
a＝F安－m mg＝Bm2LR2v－g，所以，ab做竖直向下的加速度逐渐减小的减速 运动.当速度减小至a＝0时，ab做竖直向下的匀速运动.

4.断电自感中，若断开开关瞬间，通过灯泡的电流瞬间比断开开关前瞬间大，灯泡会闪亮一 下；若断开开关后，通过灯泡的电流比断开开关前瞬间小，灯泡不会闪亮一下，而是逐渐 变暗. (填“会闪亮”或“不会闪亮”)
学习目标
知识储备
学习探究
典例精析
课堂小结
自我检测
二、日光灯 [问题设计] 1．自感现象可分为断电自感和通电自感，在使日光灯管启动的过程中，应用了哪种自感 现象？
解析 由于灯泡 LA 与线圈 L 串联，灯泡 LB 与电阻 R2 串联，当 S 闭合的瞬间，通过线圈的
图3
电流突然增大，线圈产生自感电动势，阻碍电流的增加，所以 LB 先亮；由于 LA 所在的支 路电阻阻值偏小，故稳定时电流大，即 LA 更亮一些，A、B 错误；当 S 断开的瞬间，线圈 产生自感电动势，两灯组成的串联电路中，电流从线圈中电流开始减小，即从 IA 减小，故 LA 慢慢熄灭，LB 闪亮后才慢慢熄灭，C 错误、D 正确．
学习目标
知识储备
学习探究
典例精析
课堂小结
自我检测
[要点提炼] 1．启动器在日光灯电路中的作用为
自动开关 ． 自感 现象产生瞬时的 高 电压；当日光
2．镇流器的作用：当启动日光灯时，镇流器利用
灯正常发光时，镇流器又利用 自感 现象，对灯管起到 降压限流 作用．
学习目标
知识储备
学习探究
典例精析
课堂小结
图5
解析 当 S1 接通，S2、S3 断开时，电源电压 220 V 直接加在灯管两端，达不到灯管启动的 高压值，日光灯不能发光，选项 A 错误． 当 S1、S2 接通，S3 断开时，灯丝两端被短路，电压为零，不能使气体电离导电，日光灯不
学习目标

图158
5．如图 1-5-9 所示，竖直固定的光滑 U 形金属导轨 MNOP 每米长度的电阻 为 r，MN 平行于 OP，且相距为 l，磁感应强度为 B 的匀强磁场 与导轨所在平面垂直．有一质量为 m、电阻不计的水平金属杆 ab 可在导轨上自由滑动，滑动过程中与导轨接触良好且保持垂 直．将 ab 从某一位置由静止开始释放后，下滑 h 高度时速度达 到最大，在此过程中，电路中产生的热量为 Q，以后设法让杆 图159 ab 保持这个速度匀速下滑，直到离开导轨为止 .求：
2．转动切割电动势的大小
如图 1-5-1 所示，电机工作时电动势的大小： E＝ΔΔΦt ＝BπTL2＝B2ππL2＝__12_B_ω_L_2__.
ω
或 E＝BLv 中＝BL12Lω＝12BωL2.
图151
3．电势高低的判断 产 生 电 动 势 的 导 体 相 当 于电___源___ ， 在 电 源 内 部 电 动 势 的 方 向 从
_低___电__势__指向_高___电__势__． 4．电磁感应中的电路问题 (1)内电路和外电路 切割磁感线运动的导体或磁通量发生变化的线圈都相当于_电___源__． 该部分导体的电阻或线圈的电阻相当于电源的内__电___阻_，其余部分是_外__电___阻．
(2)电源电动势和路端电压 电动势：E＝nΔΔΦt 或 E＝_B__L_v_s_in__θ. 路端电压：U＝___E__－___Ir____. (3)电流方向 在电源内部：电流由_负___极流向_正___极． 在电源外部：电流由__正__极经用电器流向_负___极．
D．外力对(多选)如图 1-5-8 所示，两根足够长的光滑导轨竖直 放置，间距为 L，底端接阻值为 R 的电阻．将质量为 m 的金 属棒悬挂在一个固定的轻弹簧下端，金属棒和导轨接触良 好，导轨所在平面与磁感应强度为 B 的匀强磁场垂直，除电 阻 R 外其余电阻均不计．现将金属棒从弹簧原长位置由静止 释放，则( )【导学号：90270023】

高中物理第1章电磁感应第5节电磁感应规律的应用学案粤教版选修321116114[学习目标] 1.知道法拉第电机的结构和工作原理．(重点)2.理解电磁感应现象中能量转化与守恒，并能解答相关问题．(难点)3.了解电磁感应规律在生产和生活中的应用，会运用电磁感应规律解决生活和生产中的有关问题．一、法拉第电机 1．原理放在两极之间的铜盘可以看作是由无数根铜棒组成的，铜棒一端连在铜盘圆心，另一端连在圆盘边缘．当转动圆盘时，铜棒在两磁极间切割磁感线，铜棒就相当于电源，其中圆心为电源的一个极，铜盘的边缘为电源的另一个极．它可以通过导线对用电器供电，使之获得持续的电流．2．转动切割电动势的大小 如图所示，电机工作时电动 势的大小E ＝ΔΦΔt ＝B πL 2T ＝B πL 22πω＝12BωL 2.或E ＝BLv 中＝BL ·12Lω＝12BωL 2.3．电势高低的判断产生电动势的导体相当于电源，在电源内部电动势的方向从低电势指向高电势． 4．电磁感应中的电路问题 (1)内电路和外电路切割磁感线运动的导体或磁通量发生变化的线圈都相当于电源．该部分导体的电阻或线圈的电阻相当于电源的内电阻，其余部分是外电阻． (2)电源电动势和路端电压电动势：E ＝n ΔΦΔt 或E ＝BLv sin_θ.路端电压：U ＝E －Ir . (3)电流方向在电源内部：电流由负极流向正极．在电源外部：电流由正极经用电器流向负极． 二、电磁感应中的能量转化1．电磁感应现象中产生的电能是通过克服安培力做功转化而来的．2．克服安培力做了多少功，就有多少电能产生，而这些电能又通过电流做功而转化为其他形式的能．3．反电动势(1)定义：直流电动机模型通电后，线圈因受安培力而转动，切割磁感线产生的感应电动势．(2)方向：与外加电压的方向相反．(3)决定因素：电动机线圈转动越快，反电动势越大．1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)导体杆在磁场中切割磁感线产生感应电动势相当于电源，其余部分相当于外电路．(√)(2)长为l 的直导线在磁感应强度为B 的匀强磁场中以速度v 匀速运动产生的最大感应电动势为Blv .(√)(3)在闭合线圈上方有一条形磁铁自由下落直至穿过线圈过程中，磁铁下落过程中机械能守恒．(×)(4)在电源内部电流从正极流向负极．(×) (5)反电动势的方向与外加电压的方向相反．(√)2．如图甲所示，匝数n ＝50的圆形线圈M ，它的两端点a 、b 与内阻很大的电压表相连，线圈中磁通量的变化规律如图乙所示，则a 、b 两点的电势高低与电压表的读数为( )甲 乙A ．φa >φb,20 VB ．φa >φb,10 VC ．φa <φb,20 VD ．φa <φb,10 VB [圆形线圈产生电动势，相当于电源内电路．磁通量均匀增大，由楞次定律知，线圈中感应电流为逆时针方向，又线圈相当于内电路，故φa >φb ；E ＝n ΔΦΔt ＝50×8×0.014×0.1 V ＝10V ，因而电压表的读数为10 V ．电压表测量的是电源的电动势，即感应电动势．故B 正确．]3．如图，一个半径为L 的半圆形硬导体AB 以速度v 在水平U 形框架上匀速滑动，匀强磁场的磁感应强度为B ，回路电阻为R 0，半圆形硬导体AB 的电阻为r ，其余电阻不计，则半圆形导体AB 切割磁感线产生的感应电动势的大小及AB 两端的电压分别为( )A ．BLvBLvR 0R 0＋rB ．2BLv BLvC ．2BLv2BLvR 0R 0＋rD ．BLv 2BLvC [半圆形导体AB 切割磁感线产生的感应电动势的大小为E ＝B ·2Lv ＝2BLv ，AB 相当于电源，其两端的电压是外电压，由欧姆定律得U ＝R 0R 0＋r E ＝2BLvR 0R 0＋r.故选C.]导体棒在匀强磁场中的转动问题【例1】 如图，直角三角形金属框abc 放置在匀强磁场中，磁感应强度大小为B ，方向平行于ab 边向上．当金属框绕ab 边以角速度ω逆时针转动时，a 、b 、c 三点的电势分别为U a 、U b 、U c .已知bc 边的长度为l .下列判断正确的是( )A ．U a >U c ，金属框中无电流B ．U b >U c ，金属框中电流方向沿a —b —c —aC ．U bc ＝－12Bl 2ω，金属框中无电流D ．U bc ＝12Bl 2ω，金属框中电流方向沿a —c —b —aC [金属框abc 平面与磁场平行，转动过程中磁通量始终为零，所以无感应电流产生，选项B 、D 错误；转动过程中bc 边和ac 边均切割磁感线，产生感应电动势，由右手定则判断U a <U c ，U b <U c ，选项A 错误；由转动切割产生感应电动势的公式得U bc ＝－12Bl 2ω，选项C 正确．]导体转动切割磁感线产生的电动势当导体棒在垂直于磁场的平面内，其一端固定，以角速度ω匀速转动时，产生的感应电动势为E ＝Bl v ＝12Bl 2ω，如图所示．1．(多选)法拉第圆盘发电机的示意图如图所示．铜圆盘安装在竖直的铜轴上，两铜片P 、Q 分别与圆盘的边缘和铜轴接触。