【教案】沪科版高中物理选修（3-2）第1章第6节《电磁感应的案例分析》学案.docVIP

学案6　电磁感应的案例分析 [学习目标定位] 1.知道什么是反电动势，理解反电动势的作用.2.掌握电磁感应现象中电路问题的分析方法和解题基本思路.3.综合应用楞次定律和法拉第电磁感应定律解决电磁感应中的图像问题． 1．闭合电路中电源电动势E、内电压U内、外电压(路端电压)U外三者之间的关系为E＝U内＋U外，其中电源电动势E的大小等于电源未接入电路时两极间的电势差． 2．感应电流的方向一般是利用楞次定律或右手定则进行判断；闭合电路中产生的感应电动势E＝BLv或E＝n. 1．反电动势：电动机转动时，线圈因切割磁感线，所以会产生感应电动势，线圈中产生的感应电动势跟加在线圈上的电压方向相反．这个跟外加电压方向相反的感应电动势叫反电动势． 2．在具有反电动势的电路中，其功率关系为IU－IE反＝I2R；式中IU是电源供给电动机的功率(输入功率)，IE反是电动机输出的机械功率(输出功率)，I2R是电动机回路中损失的热功率. 一、电磁感应中的电路问题 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．若回路闭合，则产生感应电流，所以电磁感应问题常与电路知识综合考查． 解决与电路相联系的电磁感应问题的基本方法是： (1)明确哪部分导体或电路产生感应电动势，该导体或电路就是电源，其他部分是外电路． (2)用法拉第电磁感应定律确定感应电动势的大小，用楞次定律确定感应电动势的方向． (3)画等效电路图．分清内外电路，画出等效电路图是解决此类问题的关键． (4)运用闭合电路欧姆定律、串并联电路特点、电功率、电热等公式联立求解． 例1　用相同导线绕制的边长为L或2L的四个闭合导线框，以相同的速度匀速进入右侧匀强磁场，如图1所示．在每个线框进入磁场的过程中，M、N两点间的电压分别为Ua、Ub、Uc和Ud.下列判断正确的是(　　) 图1 A．UaUbUcUd B．UaUbUdUc C．Ua＝UbUc＝Ud D．UbUaUdUc 解析　Ua＝BLv，Ub＝BLv，Uc＝·B·2Lv＝BLv，Ud＝B·2L·v＝BLv，故选B. 答案　B 例2　如图2所示，有一范围足够 图2 大的匀强磁场，磁感应强度B＝0.2 T，磁场方向垂直纸面向里．在磁场中有一半径r＝0.4 m的金属圆环，磁场与圆环面垂直，圆环上分别接有灯L1、L2，两灯的电阻均为R0＝2 Ω.一金属棒MN与圆环接触良好，棒与圆环的电阻均忽略不计． (1)若棒以v0＝5 m/s的速率在环上向右匀速滑动，求棒滑过圆环直径的瞬间MN中的电动势和流过灯L1的电流； (2)撤去金属棒MN，若此时磁场的磁感应强度随时间均匀变化，磁感应强度的变化率为＝ T/s，求回路中的电动势和灯L1的电功率． 解析　(1)等效电路如图所示． MN中的电动势E1＝B·2r·v0＝0.8 V MN中的电流I＝＝0.8 A 流过灯L1的电流I1＝＝0.4 A (2)等效电路如图所示 回路中的电动势E2＝·πr2 ＝0.64 V 回路中的电流I′＝＝0.16 A 灯L1的电功率P1＝I′2R0＝5.12×10－2 W 答案　(1)0.8 V　0.4 A　(2)0.64 V　5.12×10－2W 二、电磁感应中的图像问题 1．对于图像问题，搞清物理量之间的函数关系、变化范围、初始条件、斜率的物理意义等，往往是解题的关键． 2．解决图像问题的一般步骤 (1)明确图像的种类，即是B－t图像还是Φ－t图像，或者E－t图像、I－t图像等． (2)分析电磁感应的具体过程． (3)用楞次定律或右手定则来确定感应电流的方向． (4)用法拉第电磁感应定律E＝n或E＝BLv求感应电动势的大小 (5)结合法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿运动定律等规律写出函数关系式． (6)根据函数关系画图像或判断图像，注意分析斜率的意义及变化． 例3　在竖直方向的匀强磁场中，水平放置一圆形导体环．规定导体环中电流的正方向如图3甲所示，磁场的磁感应强度向上为正．当磁感应强度B随时间t按图乙所示规律变化时，下列能正确表示导体环中感应电流变化情况的是 (　　) 图3 解析　根据法拉第电磁感应定律有：E＝n＝nS，因此在面积、匝数不变的情况下，感应电动势与磁场的变化率成正比，即与B－t图像中的斜率成正比，由图像可知：0～2 s，斜率不变，故感应电流不变，根据楞次定律可知感应电流方向顺时针即为正值，2 s～4 s斜率不变，电流方向为逆时针，整个过程中的斜率大小不变，所以感应电流大小不变，故A、B、D错误，C正确． 答案　C 例4　匀强磁场的磁感应强度B＝0.2 T，磁场宽度l＝4 m，一正方形金属框边长ad＝l′＝1 m，每边的电阻r＝0.2 Ω，金属框以v＝10 m/s的速度匀速穿过磁场区，其平面始终保持与磁感线方向垂直，如图4所示．求： 图4 (1)画出金