1、2022-5-16第五节第五节 电磁感应规律的应用电磁感应规律的应用2022-5-16课标定位课标定位学习目标：学习目标：1.知道法拉第电机的工作原理知道法拉第电机的工作原理2.理解电磁感应现象中的能量转化，并会运用能量理解电磁感应现象中的能量转化，并会运用能量观点分析电磁感应问题观点分析电磁感应问题2022-5-16重点难点：重点难点：1.电磁感应现象中内电路、外电路的分析及感应电磁感应现象中内电路、外电路的分析及感应电动势方向的确定电动势方向的确定2.运用动力学观点及能量观点分析电磁感应现运用动力学观点及能量观点分析电磁感应现象象2022-5-16第第五五节节核心要点突破核心要点突破课堂互
2、动讲练课堂互动讲练知能优化训练知能优化训练课前自主学案课前自主学案课标定位课标定位2022-5-16课前自主学案课前自主学案一、法拉第电机一、法拉第电机1法拉第电机的原理法拉第电机的原理如图如图151所示是所示是_做成的世界上第一台发做成的世界上第一台发电机模型的原理图电机模型的原理图法拉第法拉第2022-5-16把一个铜盘放在磁场里，使磁感线把一个铜盘放在磁场里，使磁感线_穿过铜盘；穿过铜盘；转动铜盘，就可以使转动铜盘，就可以使_获得持续的电流获得持续的电流图图151垂直垂直闭合电路闭合电路2022-5-162感应电动势的大小感应电动势的大小(1)铜盘可以看做由无数根长度等于铜盘半径的导体铜
3、盘可以看做由无数根长度等于铜盘半径的导体棒组成，导体棒在转动过程中要棒组成，导体棒在转动过程中要_磁感线磁感线(如图如图152所示所示)图图152切割切割2022-5-16(2)铜盘转动时，由于棒上各处速率铜盘转动时，由于棒上各处速率_，故不能直，故不能直接用公式接用公式EBLv进行求解，由进行求解，由vr可知，棒上各可知，棒上各点线速度跟半径成正比，故可用棒的中点的速度作点线速度跟半径成正比，故可用棒的中点的速度作为平均切割速度代入公式为平均切割速度代入公式EBLv计算，根据计算，根据 有：有：E_.不等不等2022-5-163感应电动势的方向感应电动势的方向导体导体Oa在转动切割磁感线时产
4、生感应电动势，相当在转动切割磁感线时产生感应电动势，相当于于_.如果它与用电器连接构成闭合电路，则如果它与用电器连接构成闭合电路，则产生感应电流的方向由产生感应电流的方向由_右手定则右手定则)而电源而电源内部电流方向是由负极流向正极，所以内部电流方向是由负极流向正极，所以O为电动势为电动势的的_，a为电动势的为电动势的_.电源电源aO正极正极负极负极2022-5-16二、电磁感应中的能量转化二、电磁感应中的能量转化1电磁感应中的能量转化电磁感应中的能量转化图图1532022-5-16在电磁感应现象中，产生感应电动势的那部分导体在电磁感应现象中，产生感应电动势的那部分导体相当于相当于_.如果电路
5、闭合，电路中会产生如果电路闭合，电路中会产生_，而导体又处在磁场中，因此导体将受，而导体又处在磁场中，因此导体将受到到_的作用如图的作用如图153所示所示导体导体ab向右运动，会产生由向右运动，会产生由_流向流向_的感应电流，的感应电流，在磁场中，通电导体在磁场中，通电导体ab要受到要受到_的安培力作的安培力作用用电磁感应现象中产生的电能是通过克服电磁感应现象中产生的电能是通过克服_做功做功转化而来的克服转化而来的克服_做了多少功，就有多少做了多少功，就有多少_产生，而这些产生，而这些_又通过电流做功而转化为又通过电流做功而转化为其它形式的能因此，电磁感应现象符合能量守恒其它形式的能因此，电磁
6、感应现象符合能量守恒定律定律电源电源感应电流感应电流安培力安培力ba向左向左安培力安培力安培力安培力电能电能电能电能2022-5-162反电动势反电动势(1)概念：当电动机通过如图概念：当电动机通过如图154所示的电流时所示的电流时,因线圈受因线圈受_作用，电动机会按图示方向转动，作用，电动机会按图示方向转动，图图154安培力安培力2022-5-16此时此时ab、cd两边因切割磁感线而产生的感应电动势两边因切割磁感线而产生的感应电动势的方向跟令线圈转动的电流方向相反，因此也跟外的方向跟令线圈转动的电流方向相反，因此也跟外加电压的方向相反，这个电动势被称为反电动势加电压的方向相反，这个电动势被称
7、为反电动势(2)作用：消弱电源电动势；阻碍线圈的转动作用：消弱电源电动势；阻碍线圈的转动2022-5-16核心要点突破核心要点突破一、导体切割磁感线时感应电动势的计算一、导体切割磁感线时感应电动势的计算1对于导体切割磁感线时，所产生的感应电动势不对于导体切割磁感线时，所产生的感应电动势不能死记教材中的能死记教材中的EBLvsin，而是要记住处理问题，而是要记住处理问题的方法和普遍适用的公式的方法和普遍适用的公式EBLv.2导体水平运动时，其速度导体水平运动时，其速度v与磁感线方向平行，与磁感线方向平行，导体不切割磁感线，此时产生的感应电动势导体不切割磁感线，此时产生的感应电动势E0.3导体倾斜
8、切割磁感线时，应先把速度导体倾斜切割磁感线时，应先把速度v沿平行磁沿平行磁感线方向和垂直磁感线方向分解，再代入公式感线方向和垂直磁感线方向分解，再代入公式EBlv计算计算2022-5-164导体棒以端点为轴，在垂直于磁感线的匀强磁导体棒以端点为轴，在垂直于磁感线的匀强磁场中匀速转动产生的感应电动势：场中匀速转动产生的感应电动势：EBL2(平均速平均速度取中点位置线速度度取中点位置线速度L)即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)1.如图如图155所示，所示，图图1552022-5-16长为长为1 m的导体棒，在垂直纸面向里的匀强磁场中的导体棒，在垂直纸面向里的匀强磁场中以以a点
9、为圆心做圆周运动，角速度为点为圆心做圆周运动，角速度为2 rad/s，磁感，磁感应强度为应强度为B2 T，则金属导体棒中产生的感应电动，则金属导体棒中产生的感应电动势大小为势大小为_答案：答案：2 V2022-5-16二、电磁感应中的力、电综合问题二、电磁感应中的力、电综合问题电磁感应的题目往往综合性较强，与前面的知识联电磁感应的题目往往综合性较强，与前面的知识联系较多，涉及到力和运动、能量、直流电路、安培系较多，涉及到力和运动、能量、直流电路、安培力等多方面的知识应用主要可分为以下两个方面：力等多方面的知识应用主要可分为以下两个方面：1电磁感应现象中的力学问题分析电磁感应现象中的力学问题分析
10、(1)基本思路是：导体受力运动产生感应电动势基本思路是：导体受力运动产生感应电动势感感应电流应电流通电导体受安培力通电导体受安培力合外力变化合外力变化加速度加速度变化变化速度变化速度变化感应电动势变化感应电动势变化周而复始周而复始地循环，循环结束时，加速度等于零，导体达到稳地循环，循环结束时，加速度等于零，导体达到稳定运动状态要画好受力图，抓住定运动状态要画好受力图，抓住a0时速度时速度v达达到最大值的特点到最大值的特点2022-5-16(2)基本方法是：基本方法是：用法拉第电磁感应定律和楞次定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律求感应电动势的大小和方向求回路中的电流强度的
11、大小和方向求回路中的电流强度的大小和方向分析研究导体受力情况分析研究导体受力情况(包括安培力包括安培力)列动力学方程或平衡方程求解列动力学方程或平衡方程求解2022-5-16(3)电磁感应现象中涉及的具有收尾速度的力学问题电磁感应现象中涉及的具有收尾速度的力学问题关键要抓好受力情况和运动情况的动态分析关键要抓好受力情况和运动情况的动态分析加速度等于零时，导体达到稳定运动状态加速度等于零时，导体达到稳定运动状态2022-5-16两种状态处理两种状态处理达到稳定运动状态后，导体匀速运动，受力平衡，达到稳定运动状态后，导体匀速运动，受力平衡，应根据平衡条件合外力为零列式分析平衡态；导体应根据平衡条件
12、合外力为零列式分析平衡态；导体达到稳定运动状态之前，往往做变加速运动，处于达到稳定运动状态之前，往往做变加速运动，处于非平衡态，应根据牛顿第二定律或结合功能关系分非平衡态，应根据牛顿第二定律或结合功能关系分析非平衡态析非平衡态特别提醒：特别提醒：对于电磁感应现象中，导体在安培力及对于电磁感应现象中，导体在安培力及其他力共同作用下运动，最终趋于一稳定状态的问其他力共同作用下运动，最终趋于一稳定状态的问题，利用好导体达到稳定状态时的平衡方程，往往题，利用好导体达到稳定状态时的平衡方程，往往是解答该类问题的突破口是解答该类问题的突破口2022-5-162电磁感应现象中的能量问题分析电磁感应现象中的能
13、量问题分析(1)电磁感应现象中的能量转化电磁感应现象中的能量转化与感生电动势有关的电磁感应现象中，磁场能转与感生电动势有关的电磁感应现象中，磁场能转化为电能，若电路是纯电阻电路，转化过来的电能化为电能，若电路是纯电阻电路，转化过来的电能将全部转化为电阻的内能将全部转化为电阻的内能与动生电动势有关的电磁感应现象中，通过克服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，就产生多少电能若电能克服安培力做多少功，就产生多少电能若电路是纯电阻电路，转化过来的电能也将全部转化为路是纯电阻电路，转化过来的电
14、能也将全部转化为电阻的内能电阻的内能2022-5-16(2)求解电磁感应现象中能量守恒问题的一般思路求解电磁感应现象中能量守恒问题的一般思路分析回路，分清电源和外电路分析回路，分清电源和外电路在电磁感应现象中，切割磁感线的导体或磁通量在电磁感应现象中，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，该导体或回发生变化的回路将产生感应电动势，该导体或回路就相当于电源，其余部分相当于外电路路就相当于电源，其余部分相当于外电路2022-5-16做功情况做功情况能量变化特点能量变化特点滑动摩擦力滑动摩擦力做功做功有内能产生有内能产生重力做功重力做功重力势能必然发生变化重力势能必然发生变化克服安
15、培力克服安培力做功做功必然有其他形式的能转化为电能必然有其他形式的能转化为电能 ，并且，并且克服安培力做多少功，就产生多少电能克服安培力做多少功，就产生多少电能安培力做正安培力做正功功电能转化为其他形式的能电能转化为其他形式的能分析清楚有哪些力做功，明确有哪些形式的能量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：发生了转化如：2022-5-16根据能量守恒列方程求解根据能量守恒列方程求解(3)电能的三种求解思路电能的三种求解思路利用克服安培力做功求解：电磁感应中产生的电利用克服安培力做功求解：电磁感应中产生的电能等于克服安培力所做的功能等于克服安培力所做的功利用能量守恒求解：相应的
16、其他能量的减少量等利用能量守恒求解：相应的其他能量的减少量等于产生的电能于产生的电能利用电路特征求解：通过电路中所消耗的电能来利用电路特征求解：通过电路中所消耗的电能来计算计算2022-5-16即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)2. (双选双选)如图如图156所示，位于一水平面内的两根所示，位于一水平面内的两根平行的光滑金属导轨，处在匀强磁场中，磁场方向平行的光滑金属导轨，处在匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨所在的平面，导轨的一端与一电阻相连；垂直于导轨所在的平面，导轨的一端与一电阻相连；具有一定质量的金属杆具有一定质量的金属杆ab放在导轨上并与导轨垂放在导轨上并与导轨垂直
17、现用一平行于导轨的恒力直现用一平行于导轨的恒力F拉杆拉杆ab，使它由静，使它由静止开始向右运动杆和导轨的电阻、感应电流产生止开始向右运动杆和导轨的电阻、感应电流产生的磁场均可不计用的磁场均可不计用E表示回路中的感应电动势，表示回路中的感应电动势，I表示回路中的感应电流，在表示回路中的感应电流，在I随时间增大的过程中，随时间增大的过程中，电阻消耗的功率等于电阻消耗的功率等于()2022-5-16图图156AF的功率的功率B克服安培力的功率克服安培力的功率CF与安培力的合力的功率与安培力的合力的功率DIE2022-5-16解析：解析：选选BD.ab棒上产生的是动生电动势，设两导棒上产生的是动生电动
18、势，设两导轨之间的距离为轨之间的距离为l，由题知，由题知，ab杆由静止开始向右加杆由静止开始向右加速运动，切割磁感线产生的电动势为速运动，切割磁感线产生的电动势为EBlv逐渐增逐渐增大，所以电流大，所以电流I 逐渐增大，逐渐增大，ab杆所受的安杆所受的安培力培力F安安BIl 也逐渐增大，由牛顿第二定律得也逐渐增大，由牛顿第二定律得FF安安ma，所以杆的加速度为，所以杆的加速度为a 逐渐减小，故杆逐渐减小，故杆ab开始做的是向右的加开始做的是向右的加2022-5-16速度速度a逐渐减小的加速运动；当逐渐减小的加速运动；当a减小到零时，速度减小到零时，速度达到最大，达到最大，vmax ，以后杆，以
19、后杆ab将以最大速度将以最大速度vmax做匀速直线运动在杆做匀速直线运动在杆ab达到最大速度达到最大速度vmax之前，之前，通过外力做功与安培力做功，使其他形式的能转化通过外力做功与安培力做功，使其他形式的能转化为电路中的电能与金属杆的动能，其中克服安培力为电路中的电能与金属杆的动能，其中克服安培力所做的功等于电路中的电能，所以电阻消耗的功率所做的功等于电路中的电能，所以电阻消耗的功率等于克服安培力做功的功率，选项等于克服安培力做功的功率，选项B正确；由于电正确；由于电路中的电功率还可以表示为路中的电功率还可以表示为IE，所以选项，所以选项D正确正确2022-5-16课堂互动讲练课堂互动讲练导
20、体棒转动切割磁感线电动势的计算导体棒转动切割磁感线电动势的计算 如图如图157所示，所示，图图1572022-5-16半径为半径为L的金属圆盘放置在磁感应强度为的金属圆盘放置在磁感应强度为B、方向垂、方向垂直纸面向里的匀强磁场中，在圆盘的圆心和边缘间直纸面向里的匀强磁场中，在圆盘的圆心和边缘间接有一电阻为接有一电阻为R的电阻的电阻,现该金属圆盘以角速度现该金属圆盘以角速度旋转，旋转，在金属圆盘电阻不计的情况下求电阻在金属圆盘电阻不计的情况下求电阻R两端的电压两端的电压的大小的大小【思路点拨思路点拨】该题的金属圆盘中的每一条半径都该题的金属圆盘中的每一条半径都可以看成一条长为可以看成一条长为L的
21、金属棒，所有这些金属棒一端的金属棒，所有这些金属棒一端都在金属圆盘的边缘上，另一端交于都在金属圆盘的边缘上，另一端交于O点，且绕点，且绕O点点以角速度以角速度旋转所有这些金属棒并联，所以电阻旋转所有这些金属棒并联，所以电阻R两端的电压的大小等于每一条金属棒产生的电动势两端的电压的大小等于每一条金属棒产生的电动势的大小即为的大小即为 BL2.2022-5-16【精讲精析精讲精析】在解答该题之前，应先回顾一下我们比较熟悉的一在解答该题之前，应先回顾一下我们比较熟悉的一个物理模型：个物理模型：如图如图158所示，所示，图图1582022-5-16一根长为一根长为L的金属棒的金属棒AO，在磁感应强度为
22、，在磁感应强度为B的磁场的磁场中绕中绕O点以角速度点以角速度旋转，求棒旋转，求棒AO两端的电势差两端的电势差【答案答案】 BL22022-5-16【方法总结方法总结】导体棒绕一固定端点转动时，单位导体棒绕一固定端点转动时，单位时间内扫过面积时间内扫过面积S L2，棒的各点平均速率，棒的各点平均速率 L，记住这些公式在解决选择题、填空题时，记住这些公式在解决选择题、填空题时可以达到事半功倍的效果可以达到事半功倍的效果2022-5-16电磁感应和力学知识的综合应用电磁感应和力学知识的综合应用 如图如图159图图1592022-5-16所示，水平放置的平行金属导轨，相距所示，水平放置的平行金属导轨，
23、相距l0.50 m,左端接一电阻左端接一电阻R0.20 ，磁感应强度，磁感应强度B0.40 T的的匀强磁场方向垂直导轨平面，导体棒匀强磁场方向垂直导轨平面，导体棒ac垂直放在导垂直放在导轨上，并能无摩擦地沿导轨滑动，导轨和导体棒的轨上，并能无摩擦地沿导轨滑动，导轨和导体棒的电阻均可忽略不计，当电阻均可忽略不计，当ac以以v4.0 m/s的速度水平的速度水平向右匀速滑动时，求：向右匀速滑动时，求：(1)ac棒中感应电动势的大小；棒中感应电动势的大小；(2)回路中感应电流的大小；回路中感应电流的大小；(3)维持维持ac棒做匀速运动的水平外力棒做匀速运动的水平外力F的大小的大小2022-5-16【思
24、路点拨思路点拨】2022-5-16【自主解答自主解答】(1)由导体棒切割磁感线产生感应电由导体棒切割磁感线产生感应电动 势 表 达 式 得动 势 表 达 式 得 a c 的 电 动 势 为的 电 动 势 为 E B L v 0.400.504.0 V0.80 V.(2)由闭合电路欧姆定律得感应电流大小为由闭合电路欧姆定律得感应电流大小为I A4.0 A.(3)由于由于ac棒受安培力棒受安培力FBIL0.44.00.5 N0.8 N，由平衡条件知外力的大小也为，由平衡条件知外力的大小也为0.8 N.【答案答案】(1)0.8 V(2)4.0 A(3)0.8 N2022-5-16【方法总结方法总结】
25、导体中的感应电流在磁场中将受到导体中的感应电流在磁场中将受到安培力作用，所以电磁感应问题常常与力学问题联安培力作用，所以电磁感应问题常常与力学问题联系在一起，处理此类问题的基本方法是：系在一起，处理此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的大小和方向(2)求电路中电流强度的大小和方向求电路中电流强度的大小和方向(3)分析研究导体受力情况分析研究导体受力情况(包括安培力包括安培力)(4)列动力学方程或平衡方程求解列动力学方程或平衡方程求解2022-5-16用能量观点解析电磁感应问题用能量观点解析电磁感应问题 (单
26、选单选)如图如图1510所示，所示，图图15102022-5-16虚线框虚线框abcd内为一矩形匀强磁场区域，内为一矩形匀强磁场区域，ab2bc，磁场方向垂直于纸面，实线框磁场方向垂直于纸面，实线框abcd是一正是一正方形导线框，方形导线框，ab边与边与ab边平行若将导线框匀边平行若将导线框匀速地拉离磁场区域，以速地拉离磁场区域，以W1表示沿平行于表示沿平行于ab的方向拉的方向拉出过程中外力所做的功；以出过程中外力所做的功；以W2表示以同样速率沿平表示以同样速率沿平行于行于bc的方向拉出过程中外力所做的功的方向拉出过程中外力所做的功,则则()AW1W2BW22W1CW12W2 DW24W120
27、22-5-162022-5-162022-5-16【答案答案】B【方法总结方法总结】电磁感应过程的实质是不同形式的电磁感应过程的实质是不同形式的能量之间的转化过程，电磁感应过程中产生的感应能量之间的转化过程，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作用，因此要维持安电流在磁场中必定受到安培力作用，因此要维持安培力存在，必须有培力存在，必须有“外力外力”克服安培力做功，在此克服安培力做功，在此过程中，其他形式的能转化为电能，当感应电流通过程中，其他形式的能转化为电能，当感应电流通过用电器时，电能又转化为其他形式的能过用电器时，电能又转化为其他形式的能“外力外力”克服安培力做多少功，就有多少其他形式的能转化克服安培力做多少功，就有多少其他形式的能转化为电能同理，安培力做功的过程，是电能转化为为电能同理，安培力做功的过程，是电能转化为其他形式能的过程，安培力做多少功就有多少电能其他形式能的过程，安培力做多少功就有多少电能转化为其他形式的能转化为其他形式的能2022-5-16本部分内容讲解结束本部分内容讲解结束按按ESC键退出全屏播放键退出全屏播放谢谢使用谢谢使用
