1、電磁感應(yīng)規(guī)律的應(yīng)用一、法拉第電機(jī)1.結(jié)構(gòu):法拉第圓盤發(fā)電機(jī)是使 在蹄形磁鐵間轉(zhuǎn)動(dòng),而圓盤邊緣和圓心處各與一個(gè) 緊貼,用導(dǎo)線把電刷與電流表連接起來(lái).2.原理:圓盤可看作是由無(wú)數(shù)根長(zhǎng)度等于半徑的紫銅 組成,圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),每根輻條依次 產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的導(dǎo)體相當(dāng)于 ,它與用電器連接組成了閉合電路,在電源內(nèi)部,感應(yīng)電流方向是從電源的 流向 ;在外電路中,電流從電源的 經(jīng)用電器流向電源的 .輻條紫銅圓盤黃銅電刷切割磁感線電源負(fù)極正極正極負(fù)極二、電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電能是通過(guò)克服 做功轉(zhuǎn)化而來(lái)的,克服 做了多少功,就有多少 產(chǎn)生.而這些 又通過(guò) 做功而轉(zhuǎn)化為其他形式的能.電磁感

2、應(yīng)現(xiàn)象符合 .三、反電動(dòng)勢(shì)1.定義:直流電動(dòng)機(jī)通電后,線圈因受 而轉(zhuǎn)動(dòng),切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).2.方向:跟令線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的 方向相反,也跟 的方向 .3.決定因素:電動(dòng)機(jī)線圈轉(zhuǎn)動(dòng) ,反電動(dòng)勢(shì)越大.四、電子感應(yīng)加速器的原理在圓形電磁鐵兩極間有一 ,通入交變電流兩極間出現(xiàn)交變磁場(chǎng),這個(gè)交變磁場(chǎng)又激發(fā)與之垂直的 ,從電子槍射入真空室的電子在該電、磁場(chǎng)中做 運(yùn)動(dòng)并加速.安培力能量守恒定律安培力電能電能電流感應(yīng)電場(chǎng)安培力外加電壓相反電流越快環(huán)形真空室圓周要點(diǎn)一法拉第電機(jī)的工作原理【問(wèn)題導(dǎo)引】1.如教材P19圖1-5-2所示,圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),穿過(guò)圓盤的磁通量并沒(méi)有發(fā)生變化,為什么會(huì)有感應(yīng)電流產(chǎn)生?答案:相當(dāng)

3、于輻條OA與電流表組成閉合電路,圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),該閉合電路的磁通量發(fā)生變化而產(chǎn)生感應(yīng)電流.2.教材P20例1中銅棒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),棒上各處速率是否相同?在求銅棒中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小時(shí),能否直接用E=BLv進(jìn)行求解?答案:不相同.銅棒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),由于棒上各處速率不等,故不能直接用公式E=BLv進(jìn)行求解,由v=r可知,棒上各點(diǎn)線速度跟半徑成正比,故可用棒的中點(diǎn)的速度作為平均切割速度代入公式E=BLv計(jì)算. 【要點(diǎn)透析】法拉第電機(jī)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的求解【典例1】如圖是法拉第研制成的世界上第一臺(tái)發(fā)電機(jī)模型的原理圖.將銅盤放在磁場(chǎng)中,讓磁感線垂直穿過(guò)銅盤,圖中a、b導(dǎo)線與銅盤的中軸線處在同一平面內(nèi),轉(zhuǎn)動(dòng)銅盤,就可以使閉合電路獲

4、得電流.若圖中銅盤半徑為r,勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,回路總電阻為R,勻速轉(zhuǎn)動(dòng)銅盤的角速度為.則電路的功率是()思路探究如何求銅盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)?答案:等效為長(zhǎng)為r的導(dǎo)體棒轉(zhuǎn)動(dòng)切割產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì).答案:C方法技巧轉(zhuǎn)動(dòng)切割產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(1)對(duì)于一個(gè)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的圓盤可看做許多并聯(lián)連接的導(dǎo)體棒轉(zhuǎn)動(dòng)切割,相當(dāng)于內(nèi)阻很小的導(dǎo)體棒旋轉(zhuǎn)切割產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì).(2)導(dǎo)體棒繞一端轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),盡管導(dǎo)體上各點(diǎn)的速度不同,但產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)是恒定的.針對(duì)訓(xùn)練1-1如圖,直角三角形金屬框abc放置在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向平行于ab邊向上.當(dāng)金屬框繞ab邊以角速度逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),a、b、c三點(diǎn)的電勢(shì)分別為Ua、U

5、b、Uc.已知bc邊的長(zhǎng)度為l,下列判斷正確的是()答案:C要點(diǎn)二電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的力學(xué)問(wèn)題【問(wèn)題導(dǎo)引】答案:導(dǎo)體棒受力向右運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、感應(yīng)電流,導(dǎo)體棒受向左的安培力,合外力減小,加速度減小,但導(dǎo)體棒速度繼續(xù)增大,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)增大、感應(yīng)電流增大,最終加速度等于零,導(dǎo)體棒達(dá)到勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài). 如圖所示,導(dǎo)體棒ac垂直放在水平放置的光滑平行金屬導(dǎo)軌上,在水平向右的恒力作用下,導(dǎo)體棒將做怎樣的運(yùn)動(dòng)?【要點(diǎn)透析】1.處理電磁感應(yīng)與力學(xué)問(wèn)題的基本方法(1)由法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和極性.(2)確定回路中感應(yīng)電流的大小和方向.(3)分析研究導(dǎo)體受力情況(包括安培力).(4)

6、列動(dòng)力學(xué)方程或平衡方程求解.2.電磁感應(yīng)現(xiàn)象中涉及具有收尾速度的力學(xué)問(wèn)題關(guān)鍵要抓好受力情況和運(yùn)動(dòng)情況的動(dòng)態(tài)分析:加速度等于零時(shí),導(dǎo)體做勻速直線運(yùn)動(dòng).【典例2】 如圖(甲)所示,兩根足夠長(zhǎng)的光滑直金屬導(dǎo)軌MN、PQ平行放置在傾角為的絕緣斜面上,兩導(dǎo)軌間距為L(zhǎng).M、P兩點(diǎn)間接有阻值為R的電阻.一根質(zhì)量為m的均勻直金屬桿ab放在兩導(dǎo)軌上,并與導(dǎo)軌垂直.整套裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)方向垂直斜面向下.導(dǎo)軌和金屬桿的電阻可忽略.讓ab桿沿導(dǎo)軌由靜止開始下滑,導(dǎo)軌和金屬桿接觸良好.思路探究ab桿達(dá)到最大速度的條件是什么?答案:當(dāng)ab桿達(dá)到最大速度時(shí),由平衡條件知重力的下滑分力大小等于安培力.

7、(1)由b向a方向看到的裝置如圖(乙)所示,請(qǐng)?jiān)诖藞D中畫出ab桿下滑過(guò)程中某時(shí)刻的受力示意圖;(2)在加速下滑過(guò)程中,當(dāng)ab桿的速度大小為v時(shí),求此時(shí)ab桿中的電流及其加速度的大小;(3)求在下滑過(guò)程中,ab桿可以達(dá)到的最大速度.解析:(1)ab桿受到的力有:重力mg,豎直向下;支持力FN,垂直斜面向上;安培力F,沿斜面向上.受力示意圖如圖所示.答案:見解析方法技巧處理動(dòng)態(tài)問(wèn)題的方法處理此類問(wèn)題的關(guān)鍵是畫好導(dǎo)體棒的平面受力圖,確定導(dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng)情況,然后列平衡方程或動(dòng)力學(xué)方程求解.針對(duì)訓(xùn)練2-1 兩足夠長(zhǎng)的平行光滑金屬導(dǎo)軌,間距為L(zhǎng)傾斜放置,與水平面的夾角為,處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向垂直于導(dǎo)軌平

8、面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,一質(zhì)量為m、長(zhǎng)為L(zhǎng)、電阻為R1的導(dǎo)體棒ab放在導(dǎo)軌上,與導(dǎo)軌垂直且接觸良好,不計(jì)導(dǎo)軌電阻.(1)如圖(甲),導(dǎo)軌上端接一個(gè)內(nèi)阻為r的直流電源,導(dǎo)體棒ab能恰好靜止,求電源的電動(dòng)勢(shì);答案:見解析(2)如圖(乙),導(dǎo)軌上端接一個(gè)阻值為R2的定值電阻,讓導(dǎo)體棒ab由靜止開始下滑.加速過(guò)程中的速度為v時(shí),導(dǎo)體棒ab的加速度是多少.答案:見解析要點(diǎn)三電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化與守恒【問(wèn)題導(dǎo)引】答案:在外力作用下發(fā)生電磁感應(yīng)產(chǎn)生感應(yīng)電流的過(guò)程中,克服安培力做功、機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能;在外電路,電能又通過(guò)電流做功而轉(zhuǎn)化為其他形式的能.1.與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有關(guān)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象中能量是如何轉(zhuǎn)化的?2.在玩具

9、電動(dòng)機(jī)的電路中,閉合開關(guān)后能量的轉(zhuǎn)化情況怎樣?答案:閉合開關(guān)時(shí),線圈受到安培力作用而在磁場(chǎng)中做切割磁感線運(yùn)動(dòng),產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì),隨著線圈轉(zhuǎn)速增加,反電動(dòng)勢(shì)逐漸增大,電路中的電流減小,電源的電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能.【要點(diǎn)透析】1.利用能量轉(zhuǎn)化與守恒定律求解電磁感應(yīng)問(wèn)題的一般思路(1)分析回路,分清電源和外電路.(2)分析清楚有哪些力做功,明確有哪些形式的能量發(fā)生了轉(zhuǎn)化.如:做功情況能量變化特點(diǎn)滑動(dòng)摩擦力做功有內(nèi)能產(chǎn)生重力做功重力勢(shì)能必然發(fā)生變化克服安培力做功必然有其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能 ,并且克服安培力做多少功,就產(chǎn)生多少電能安培力做功電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能(3)運(yùn)用功能關(guān)系或能量守恒定律解決.2.電能的

10、三種求解思路(1)利用克服安培力做功求解:電磁感應(yīng)中產(chǎn)生的電能等于克服安培力所做的功.(2)利用能量守恒求解:相應(yīng)的其他能量的減少量等于產(chǎn)生的電能.(3)利用電路特征求解:通過(guò)電路中所消耗的電能來(lái)計(jì)算.【典例3】如圖所示,兩根足夠長(zhǎng)的平行金屬導(dǎo)軌固定在傾角=30的斜面上,導(dǎo)軌電阻不計(jì),間距 L=0.4 m.導(dǎo)軌所在空間被分成區(qū)域和,兩區(qū)域的邊界與斜面的交線為MN,中的勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直斜面向下,中的勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直斜面向上,兩磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B=0.5 T.在區(qū)域中,將質(zhì)量m1=0.1 kg,電阻R1=0.1 的金屬條ab放在導(dǎo)軌上,ab剛好不下滑.然后,在區(qū)域中將質(zhì)量m2=0.4 kg

11、,電阻R2=0.1 的光滑導(dǎo)體棒cd置于導(dǎo)軌上,由靜止開始下滑.cd在滑動(dòng)過(guò)程中始終處于區(qū)域的磁場(chǎng)中,ab、cd始終與導(dǎo)軌垂直且兩端與導(dǎo)軌保持良好接觸,取g=10 m/s2.問(wèn):(1)cd下滑的過(guò)程中,ab中的電流方向;解析:(1)由a流向b.答案:(1)a流向b思路探究 (1)區(qū)域、磁場(chǎng)方向相反,cd棒下滑時(shí)ab棒所受安培力方向?yàn)楹窝匦泵嫦蛏?答案:cd棒下滑時(shí)磁通量增加,由楞次定律可知ab棒會(huì)有沿斜面上滑的趨勢(shì),因此安培力方向沿斜面向上.(2)ab剛要向上滑動(dòng)時(shí),cd的速度v多大;思路探究(2)ab棒剛要向上滑動(dòng)時(shí),怎樣求ab棒中的電流?答案:ab棒沿斜面向下的最大靜摩擦力、下滑力和沿斜面

12、向上的力平衡,由此可求得ab棒中的電流.答案:(2)5 m/s(3)從cd開始下滑到ab剛要向上滑動(dòng)的過(guò)程中,cd滑動(dòng)的距離x=3.8 m,此過(guò)程中ab上產(chǎn)生的熱量Q是多少.思路探究(3)如何計(jì)算從開始到ab棒剛要上滑的過(guò)程中,ab棒上產(chǎn)生的熱量?答案:根據(jù)能量守恒定律,即cd棒減少的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為cd棒的動(dòng)能和ab棒、cd棒產(chǎn)生的熱量.答案:(3)1.3 J方法技巧電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化從cd棒開始下滑到ab棒恰好上滑的過(guò)程中,cd棒高度降低,重力勢(shì)能減少,速度增大而動(dòng)能增加,由于克服安培力做功機(jī)械能減少,則cd棒減少的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為ab、cd棒產(chǎn)生的熱量.針對(duì)訓(xùn)練3-1如圖所示,平行金屬導(dǎo)軌豎

13、直放置,僅在虛線MN下面的空間存在著勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁場(chǎng)方向垂直紙面向里,導(dǎo)軌上端跨接一定值電阻R,質(zhì)量為m、電阻為r的金屬棒兩端各套在導(dǎo)軌上并可在導(dǎo)軌上無(wú)摩擦滑動(dòng),導(dǎo)軌的電阻不計(jì),將金屬棒從圖示位置由靜止釋放,則進(jìn)入磁場(chǎng)后()A.a點(diǎn)的電勢(shì)高于b點(diǎn)的電勢(shì)B.金屬棒剛進(jìn)入磁場(chǎng)過(guò)程中可能做勻減速運(yùn)動(dòng)C.金屬棒受到的最大安培力大小為mgD.金屬棒中產(chǎn)生的焦耳熱小于金屬棒機(jī)械能的減少量答案:D1.(多選)如圖,足夠長(zhǎng)的光滑導(dǎo)軌傾斜放置,其下端連接一個(gè)燈泡,勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于導(dǎo)軌所在平面(導(dǎo)軌和導(dǎo)線電阻不計(jì)),則垂直導(dǎo)軌的導(dǎo)體棒ab在加速下滑過(guò)程中( )BDA.受到的安培力大小一直不變B.受到的安培力方向沿導(dǎo)軌

14、所在平面向上C.導(dǎo)體棒的機(jī)械能一直增大D.燈泡逐漸變亮2.如圖所示,讓閉合線圈abcd從高h(yuǎn)處下落后,進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,在bc邊開始進(jìn)入磁場(chǎng),到ad邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)的這段時(shí)間內(nèi),表示線圈運(yùn)動(dòng)的v-t圖象不可能的是( )C解析:當(dāng)bc邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí),所受安培力等于線圈重力時(shí),線圈做勻速直線運(yùn)動(dòng),選項(xiàng)A正確;當(dāng)安培力小于重力時(shí),線圈做加速運(yùn)動(dòng),選項(xiàng)B正確,當(dāng)安培力大于重力時(shí),線圈做減速運(yùn)動(dòng),由于安培力大小變化,故線圈不能做勻減速運(yùn)動(dòng),故選項(xiàng)D正確,C錯(cuò)誤.3.(多選)如圖,MN和PQ是電阻不計(jì)的平行金屬導(dǎo)軌,其間距為L(zhǎng),導(dǎo)軌彎曲部分和水平部分均光滑,二者平滑連接.右端接一個(gè)阻值為R的定值電阻.水平部分導(dǎo)軌左邊區(qū)域有寬度為d的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域.磁場(chǎng)方向豎直向上,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B.質(zhì)量為m、電阻也為R的金屬棒從磁場(chǎng)區(qū)域的右邊界以平