第11部分--电磁感应学习教案

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1、会计学1第第11部分部分(b fen)-电磁感应电磁感应第一页，共62页。电磁感应产生感应电动势现象闭合回路产生感应电流磁通量变化条件条件互感现象应用交流发电机B变S变变0法拉第电磁感应定律大小方向右手定则楞次定律能量守恒本质BLv第 一表述第 二表述第 三表述nt感生电动势动生电动势BnSt大小方向B变S变变切割磁感线自感现象ILt自1122UnUnBLvsinmet第1页/共61页第二页，共62页。SNv第二表述： 感应电流所受的安培力总阻碍导体与磁体的相对运动。第三表述： 感应电流所受安培力总指向阻碍原磁场磁通量变化(binhu)的方向。第一表述： 感应电流的磁场总阻碍阻碍引起感应电流的

2、磁通量的变化。第2页/共61页第三页，共62页。第3页/共61页第四页，共62页。SNNSBvBB1B2NSWE俯视图E侧视图v第4页/共61页第五页，共62页。例：直导线(doxin)通有向上的恒定电流，闭合导线(doxin)框与直导线(doxin)共面。当闭合导线(doxin)框向右移动时，是否产生感应电流？方向如何？I 当闭合导线框向上移动时，是否产生感应电流(dinli)？方向如何？ 当闭合导线框以直导线为轴转动时，是否产生感应电流(dinli)？方向如何？ 当直导线电流(dinli)增大时，导线框中是否产生感应电流(dinli)？方向如何？是，顺时针是，顺时针否否否否是，逆时针是，逆

3、时针第5页/共61页第六页，共62页。例：如图所示，线圈平面始终保持与两根通有相同电流的长直通电导线在同一平面内。当线圈匀速地经过、位置(wi zhi)时，线圈中有无感应电流，若有感应电流其方向如何？II注：注：（1）正确运用叠加原理）正确运用叠加原理分析双直线电流分析双直线电流(dinli)磁场磁感线分布。磁场磁感线分布。（2）磁通量为零时，磁）磁通量为零时，磁通变化量不一定为零。通变化量不一定为零。第6页/共61页第七页，共62页。 图 10-4 O S N d a c b O dcbaSNabcddcba空间空间(kngjin)变换操作变换操作第7页/共61页第八页，共62页。例：当滑动

4、变阻器滑片P向右滑动时，流过电阻R的电流(dinli)方向如何？RPIPab例：当滑动变阻器滑片P向右滑动时，a、b哪个点的电势高？+第8页/共61页第九页，共62页。图10-5abBD第9页/共61页第十页，共62页。例：如图所示，当磁体靠近闭合(b h)铝环a或不闭合(b h)铝环b的过程中，环a或b 如何运动？环环a远离磁体远离磁体(ct)，环，环b不运动不运动。第10页/共61页第十一页，共62页。思考：若俯视顺时针转动(zhun dng)U型磁铁，金属框为何也会转动(zhun dng)？转动(zhun dng)方向如何？金属框与磁铁转动(zhun dng)的角速度大小是何关系？第11

5、页/共61页第十二页，共62页。例：物理课上，范老师做了一个奇妙的“跳环实验”。如图，他把一个带铁芯的线圈I、开关S和电源用导线连接起来后.将一金属套环置于线圈L上，且使铁芯穿过套环。闭合开关S的瞬间，套环立刻跳起。周星星同学另找来器材再探究此实验。他连接好电路，经重复试验，线圈上的套环均末动。对比老师演示的实验，下列四个选项中，导致套环未动的原因可能是（ ） A. 线圈接在了直流电源上 B. 电源电压过高 C. 所选线圈的匝数过多(u du) D. 所用套环的材料与老师的不同D第12页/共61页第十三页，共62页。当断开开关后，继电器将延时一段时间再断开工作电路。请分析(fnx)延时继电器的

6、工作原理。BA延延时时继继电电器器结结构构原原理理图图 当电键(dinjin)断开时，线圈B中产生互感电动势，形成感应电流，产生与原磁场方向相同的感应磁场。因此铁芯的磁性不会立刻消失，衔铁将过一段时间后再与触点分离，断开工作电路。第13页/共61页第十四页，共62页。BF安减小第14页/共61页第十五页，共62页。PQL1L2MN例：下列几种情况下金属棒PQ是否(sh fu)运动？方向？（1）金属棒MN向右匀速运动；（2）金属棒MN向右加速运动；（3）金属棒MN向左减速运动。静止静止(jngzh)向左向左向左向左 在二级（多级在二级（多级）感应问题中，注）感应问题中，注意意(zh y)分析事件

7、分析事件的因果关系。的因果关系。第15页/共61页第十六页，共62页。AB图4ABOOABabcdG第16页/共61页第十七页，共62页。例：如图所示，光滑(gung hu)的弧形轨道竖直放置在水平的匀强磁场中。现将铝环由a处无初速释放，则若磁场是匀强的，铝环可以运动到左侧的b处B. 若磁场是匀强的，铝环只能运动到左侧b处的下方C. 若磁场是非匀强的，铝环只能运动到左侧b处的下方D. 若磁场是非匀强的，铝环可以运动到左侧的b处abBAC第17页/共61页第十八页，共62页。BBBB同一物理场景(chng jng)的不同演绎能能 不能不能不能不能 能能第18页/共61页第十九页，共62页。楞 次

8、定 律的 应用判断原场磁通的方向及变化情况楞次定律判断感应电流的磁场方向安培定则判定感应电流(感应电动势)方向判断原场磁通的方向及变化情况楞次定律判断感应电流所受安培力(运动)的方向判断导体与磁体(磁场)的相对运动情况楞次定律判断感应电流所受安培力(运动)的方向B的变化S的变化B 与 S 夹角的变化 的分析恰当的空间转换操作场分析分析因果关系图象分析六字箴言应用楞次定律的思维(swi)方法第19页/共61页第二十页，共62页。势，是部分导体的电动势，由此可求瞬时或平均感应电动势。ntt()BLv vB第20页/共61页第二十一页，共62页。例：如图所示，导体棒abc以下列方式运动，判断a、b、

9、c各点电势的高低。 （1）在垂直磁场方向的平面内，沿垂直于ab的方向运动，a点速度为v。 （2）绕过b点垂直纸面的轴顺时针转动(zhun dng)。a点速度为v。 （3）分别在第（1）、（2）问中， 比较ab间与bc间的电势差。vLL120abca b c 计算动生电动势时应注意：计算动生电动势时应注意：（1）导体在垂直速度方向）导体在垂直速度方向(fngxing)的投影长度的投影长度为有效长度。为有效长度。（2）绕端点转动的导体杆的中点速度为平均速度。）绕端点转动的导体杆的中点速度为平均速度。 a= c b Uab 2Ubc Uab Ubc第21页/共61页第二十二页，共62页。 例：如图所

10、示，在一个光滑金属框架上垂直放置一根(y n)长l 的金属棒ab，其电阻为r。框架左端有一个阻值为R的电阻。垂直框面的匀强磁场的磁感强度为B。用外力使棒ab以速度v向右匀速运动。求：（1）理想电压表的示数为多少？（2）外力的大小是多少？B vRbaVB vRbaVRB vbaVabB vV第22页/共61页第二十三页，共62页。例：如图所示，正方形导体框电阻分布均匀，四边电阻均为0.1 ， 其余部分电阻忽略不计。磁感应强度B=0.5T，导体框向右运动速度v=5m/s，轨道间距(jin j)L=0.2m，R=0.4。忽略线框中点与导轨接触部分的长度，求：（1）当S闭合或断开时，电路中有无感应电动

11、势和感应电流？（2）当S断开时， bc间有无电势差？ab间有无电势差？（3）当S闭合时，通过R的电流 大小和方向。 S闭合时，有感应电动势和感应电流闭合时，有感应电动势和感应电流(gnyng din li)。 S断开时，有感应电动势，没有感应电流断开时，有感应电动势，没有感应电流(gnyng din li)。bc有，有，ab间无间无0.5 0.2 51A 10.5 0.20.42BLvIrR向下电路(dinl)的等效abvcdRSRE rE rE rE rabc/ 2Err并并 ntBLv是闭合回路的总电动势是部分导体的电动势第23页/共61页第二十四页，共62页。30ObaMNvB图10-1

12、52(1)(tan30 )1.84 (V)tan300.92 (V)2(tan30 )(2)1.69A(1tan302tan30 )eB vtvtB SBv tttteB vtviRvtr逆时针nBLvt是平均感应电动势；是瞬时或平均感应电动势。为了正确适用规律，必须进行过程分析，判断是稳恒过程，还是非稳恒过程。第24页/共61页第二十五页，共62页。BE 根据麦克斯韦电磁场理论，当磁场发生变化时，就会在垂直于磁场的平面内产生涡旋电场（涡旋电场的性质不同于静电场）。若在这个平面内存在静止的闭合导体，导体中的自由电荷在涡旋电场中受到电场力作用发生定向移动，产生感生电动势，形成(xngchng)感

13、应电流，如上图。楞次定律在判断感应电流方向的同时，实际上也判断了涡旋电场的方向。B感生(n shn)电动势的产生第25页/共61页第二十六页，共62页。 在稳恒磁场中，导体相对磁场做切割磁感线运动时，其中的自由电荷受到洛伦兹力的作用，使正负电荷在导体两端积累，形成感应电场。当感应电场对电荷的电场力和电荷受到的洛伦兹力作用平衡时，电荷分布达到稳定平衡，这时导体两端形成稳定的电势差，即动生电动势。若此时(c sh)将导体两端连接构成闭合回路，就会产生感应电流。vEqf洛Vvufyfxf洛cosyEqfBqVBqvELBLv感应电场可视为匀强电场：即：第26页/共61页第二十七页，共62页。第27页

14、/共61页第二十八页，共62页。B FRba 金属杆在外力F作用(zuyng)下由静止开始向右运动一段时间后速度为v。W安FkkFWWEEQEWEWQ 克安克安由动能定理有：由能量守恒有：由功能关系克服安培力做功等于电路可知：中获得所以：即：的电能。外部能量动能电能WFW生热第28页/共61页第二十九页，共62页。 v L b 图 10-12 223222(1)22()NBLvLN B L vQI RtRRvR222222(2)22()NBLvbN B L bvQI RtRRvRcd注：经过程分析，线圈中产生稳恒直流，所以可注：经过程分析，线圈中产生稳恒直流，所以可以以(ky)使用使用Q=I2

15、Rt直接计算焦耳热。直接计算焦耳热。思考：除用焦耳定律求解热量外，还可以运用其他思考：除用焦耳定律求解热量外，还可以运用其他(qt)方法方法求解焦耳热吗？求解焦耳热吗？第29页/共61页第三十页，共62页。0Ucdtt2t3tBLvLtv 线框由单匝导线构成(guchng)， 若b=2L，请画出线框在穿过磁场过程中cd两点间的电势差随时间的图象。 若2b=L，请画出线框在穿过磁场过程中cd两点间的电势差随时间的图象。 v L b 图 10-12 cd0Ucdtt2t3tBLvbtv第30页/共61页第三十一页，共62页。Sab图10-25vIFa安电磁感应与力学(l xu)综合问题中，一个重要

16、的思维链条：0.1 0.2 10 0.80.16VEBLgt0.1 0.16 0.20.008N0.4EFBLR2 2 2m/s 8m/smB l vmgvvR第31页/共61页第三十二页，共62页。例：如图例：如图1 1所示，两根足够长的直金属导轨所示，两根足够长的直金属导轨MNMN、PQPQ平行放置在倾角为的平行放置在倾角为的绝缘斜面上，两导轨间距为绝缘斜面上，两导轨间距为L L。M M、P P两点间接有阻值为两点间接有阻值为R R的电阻。一根的电阻。一根质量为质量为m m的均匀直金属杆的均匀直金属杆abab放在两导轨上，并与导轨垂直。整套装置处放在两导轨上，并与导轨垂直。整套装置处于磁感

17、应强度为于磁感应强度为B B的匀强磁场中，磁场方向垂直斜面向下。导轨和金属的匀强磁场中，磁场方向垂直斜面向下。导轨和金属杆的电阻可忽略。让杆的电阻可忽略。让abab杆沿导轨由静止开始下滑，下滑的距离为杆沿导轨由静止开始下滑，下滑的距离为s s时速时速度达到最大。导轨和金属杆接触良好，不计它们之间的摩擦度达到最大。导轨和金属杆接触良好，不计它们之间的摩擦(mc)(mc)。（1 1）求）求abab杆的最大速度。杆的最大速度。（2 2）求）求abab杆达到最大速度时，电阻杆达到最大速度时，电阻R R上的热功率。上的热功率。（3 3）求）求abab杆加速过程中流过电阻杆加速过程中流过电阻R R的总电量

18、。的总电量。（4 4）求）求abab杆加速过程中磁场力所做的功。杆加速过程中磁场力所做的功。第32页/共61页第三十三页，共62页。2222222222222(1)sinsinsin(2)sinsinmmmtmmtmmgBILBLvIRmgRvB Lm g RPFvmgvB Lm g RPI RB L当加速度为零时，杆的速度最大：或：mgNF安 a=0vB2322244(3)1(4)sin02sinsin2mBsLqIttRRmgsWmvm g RWmgsB L2 QI Rtt注：在高中阶段只能求解恒流生热，或已知电流有效值求非稳恒电流生热。 求非稳恒电流在 时间内流过导体截面的总电量须用电流

19、平均值。第33页/共61页第三十四页，共62页。（2）ab杆上滑的速度大小；（3）拉力F做功的功率。图10-22abcdBF第34页/共61页第三十五页，共62页。BmgNFF安 mgNF安 a=0v=0a=0v(1)sinsin2sinFFmgFmgFmg安安2222(2)sin22sinB L vFmgBILRmgRvB L安222224sin(3)cos0m g RPFvB L222222222222sin2sin2()sin2sin24sinFWQmghIRtmgvtBLvPI RmgvRmgvRB L vmgvRm g RB L能量观点：用能量观点分析本题(bnt)的物理过程。第35

20、页/共61页第三十六页，共62页。BmgNFF安 mgNF安 a=0v=0a=0v(1)cossincossin2sinFFmgFmgFmg安安2222cos(2)tan22tancosB L vFmgBILRmgRvB L安222224tan(3)cos0m g RPFvB L 若本题磁场方向(fngxing)竖直向上又将如何？第36页/共61页第三十七页，共62页。例：如图所示，边长为L、电阻为R、质量为m的正方形闭合线圈位于磁感强度为B的匀强磁场的上方，距边界h高处由静止(jngzh)开始下落，不计空气阻力 ，求线框刚进入磁场时的感应电流大小，线框所受安培力大小，讨论线框可能的运动。20

21、220441 22BLvmghmvImgBILhhRm gRhB L令：时，解得：000hhhhhh讨论：当时，线框匀速进入磁场后做落体运动。当时，线框做加速度减小的减速运动进入磁场后做落体运动,或做加速度减小的减速运动，再做匀速运动，进入磁场后做落体运动。当时，线框做加速度减小的加速运动进入磁场后做落体运动。或做加速度减小的加速运动，再做匀速运动，进入磁场后做落体运动。hL第37页/共61页第三十八页，共62页。若线圈(xinqun)在进入磁场时恰能匀速运动，则：（1）线圈(xinqun)进入磁场过程中产生热量为多少?（2）若磁场的宽度为2L，线圈(xinqun)底边刚穿出磁场时的加速度为多

22、少？221222122222245120112212QmgLB L vmgRmgLmvmvB L vmgmaRam g RgB LgmR（）（ ）hL2L第38页/共61页第三十九页，共62页。若线圈开始穿出磁场时恰好(qiho)匀速运动。求：（1）线圈刚好完全进入磁场时的速度。（2）线圈进入磁场的过程中产生的焦耳热。（3）线圈穿过整个磁场过程中产生的焦耳热。22222222212224512210 112212B L vmgRmgvRB LmgLmvmvvm g RgB LB L（）21322454412()22()2mg LhmvQm g RmgB LQmg LhB L（ ）2232244

23、13(3)2(3)2mgLhmvQm g RQmgLhB L（ ）hL2L第39页/共61页第四十页，共62页。BPQNNMMh第40页/共61页第四十一页，共62页。BPQNNMMhFQFPB Pr Qr等效电路I*反电动势反电动势v1m1m2m1+m2vt 0vava2PQIr空间变换操作等效电路第41页/共61页第四十二页，共62页。BPQNNMMh211 111 11211 22()3 27Pm ghmvPvghPQmvmm vghvvPvQ杆进入磁场前，由动能定理：杆进入磁场时的速度：进入磁场后 、 两杆在安培力作用下分别做减速和加速运动，直至相对静止。此过程系统合力为零。由动量守恒

24、： 解得：所以， 是 杆的最大速度， 是 杆的最大速度。v1m1m2m1+m2vt 0第42页/共61页第四十三页，共62页。BPQNNMMh221 112111 ()2247Qm vmm vQm gh由能量守恒可知：解得：（4）在两杆运动过程(guchng)中流过金属杆横截面的电量；2220327QBILtBqLm vmghm vqBLBL杆在水平轨道运动过程,由动量定理：解得：（5）金属杆Q开始运动(yndng)后两杆间距离变化多少。222226227BL xqIttrrrmghrqxBLB L 两杆在水平轨道运动过程中,有：解得：第43页/共61页第四十四页，共62页。力电磁综合问题的基

25、本(jbn)观点1、动力学观点：2、功能动量观点：vIFFa安能量来源转化途径能量去向FS功分析碰撞(pn zhun)模型的演绎第44页/共61页第四十五页，共62页。求解力电磁综合问题(wnt)的思维操作力电磁力电磁综合问综合问题题选取研选取研究对象究对象做功分析与做功分析与能量分析能量分析确定适确定适用规律用规律列方程列方程求解求解vIFa 安选取选取恰当恰当角度角度绘制绘制平面平面图图受力分析及受力分析及运动分析运动分析功能关系功能关系临界临界条件条件动量分析动量分析等效电等效电路图路图第45页/共61页第四十六页，共62页。B012t/s34AB012t/s3CDB3012t/sB01

26、2t/s3B4i012t/s34(甲)(乙)(丙)CD思考：电流为何是方波？注意：分析一个完整(wnzhng)周期的图象。第46页/共61页第四十七页，共62页。例：如图所示，两平行虚线(xxin)间的区域内存在着匀强磁场，直角三角形线圈abc的ab边与磁场边界平行。线圈匀速向右运动，穿过磁场区域。请定性地画出线圈中感应电流随时间变化的图象 (设电流逆时针为正) 。lavvbcdld第47页/共61页第四十八页，共62页。ito22tantan( )eBavBv tiRRBvBavitRRi t 建立电流随时间的函数：线框进入磁场时：整理：可知：为一次函数,电流为逆时针方向。线框全部在磁场中时

27、电流为零。lvldadv注：高中阶段不能用法拉第电磁感应定律(dngl)求解瞬时值表达式。2() tantan( )eB dvt viRRBvBavitRRi t 线框穿出磁场时：整理：可知：为一次函数,电流为顺时针方向。第48页/共61页第四十九页，共62页。t/si/mA01234t/si/mA01234 ikitt感左侧圆环的电流变化引起右侧圆环处磁通量的变化，从而在右侧圆环中产生感应电流。由法拉第电磁感应定律可知：排斥排斥(pich)，吸引，吸引，F=0， F=0第49页/共61页第五十页，共62页。B/T0?612t/10-1st1t2乙甲a bRB0.8 0.6第50页/共61页第

28、五十一页，共62页。 B a b c d L 2L l x 图甲图乙0.10.20.30.4F/N00.51.0 1.5t/s2.0第51页/共61页第五十二页，共62页。 B a b c d L 2L l x 图甲2 22 0.10.10.10.10.1kg 1m/sB lFatmaFatmaRmaama建立力随时间变化的函数：线框进入磁场时：即：由图象可知：；解得：图乙0.10.20.30.4F/N00.51.0 1.5t/s2.0第52页/共61页第五十三页，共62页。212=1s=1.41s=1.73s1s1.41s0.1N1.41s1.73s0.1 0.10.1=1.41s0.241

29、N=1.73s0.273NsatttttFmaFtFatmaFttFtF由可知：时，线框右边恰好出磁场。时，线框左边恰好进磁场。时，线框左边恰好出磁场。当时，线框无感应电流，由有：当，线框有感应电流，外力重新遵循：即：当时，；当时，。依据上述结果可知图象应为：图乙0.10.20.30.4F/N00.51.0 1.5t/s2.0第53页/共61页第五十四页，共62页。4、具有周期性的物理过程，要分析一个完整周期。第54页/共61页第五十五页，共62页。F/Nt/s图10-28(乙)04812162024281234567图10-28(甲)lBRF本题的求解思想(sxing)来源于解决图象问题的“

30、六字箴言”及前述的电磁感应综合问题的思维链条。第55页/共61页第五十六页，共62页。ILt自第56页/共61页第五十七页，共62页。图10-38SLA1A2ADSLA1A2第57页/共61页第五十八页，共62页。02EIRSRLE图10-37RD第58页/共61页第五十九页，共62页。 电键闭合瞬间，灯R2立即点亮，灯R1逐渐变亮。 电键断开瞬间，灯R2闪亮一下(yxi)再逐渐熄灭，灯R1逐渐熄灭。R1SL图10-36R2It0I2I1电键闭合时It0I2I1电键断开时第59页/共61页第六十页，共62页。ABBR甲ABBR乙L图10-41A第60页/共61页第六十一页，共62页。感谢您的观看感谢您的观看(gunkn)！第61页/共61页第六十二页，共62页。