资源简介

(共24张PPT)
第二章　电磁感应
[本章学业要求]
物理观念:能理解楞次定律和法拉第电磁感应定律的内涵,了解自感现象和涡流现象;能说明自感现象与涡流现象在生产生活中的应用;能运用电磁感应定律等解释生产生活中的电磁技术应用.具有与电磁感应定律等相关的比较清晰的相互作用观念和能量观念.
科学思维:能用磁感线与匀强磁场等模型综合分析电磁感应问题;能从能量的视角分析、解释楞次定律;能恰当使用证据解释生产生活中的电磁现象;能对已有结论提出质疑.
科学探究:能完成“探究影响感应电流方向的因素”等物理实验;能分析物理现象,提出并准确表述可探究的物理问题,进行合理假设;能在他人帮助下制订实验方案,使用螺线管等器材获得信息,将收集的信息填入表格;能分析表格中的实验信息,归纳总结,形成与实验目的相关的结论;能撰写规范的实验报告,在报告中能呈现数据分析过程及实验结论;能根据实验中的问题提出改进措施.
科学态度与责任:通过法拉第电磁感应定律的应用,能体会科学家的不断创造推动了社会的进步;有较强的动手做实验的兴趣,能体会法拉第电磁感应定律等物理定律之美;能体会电磁感应技术的应用对人类生活和社会发展的影响.
第一节　感应电流的方向
第1课时　实验:探究影响感应电流方向的因素
实验探究
一、实验目的
1.探究感应电流的方向与哪些因素有关.
2.学会应用电流计判断感应电流方向的方法.
二、实验原理
只要改变穿过闭合回路的磁通量,就可以使闭合回路中产生感应电流,感应电流的方向通过连接在回路中的电流计指针的偏转方向来判定.
三、实验器材
电流计、干电池、开关、滑动变阻器、导线、螺线管、条形磁铁等.
科学处理
一、实验步骤及结论分析
1.判断电流计中电流流向和指针偏转的关系
(1)思路.
将感应电流的方向转化为电流计指针的偏转方向进行记录.
(2)现象记录.
设计如图所示的实验电路,探究电流计指针的偏转方向与通入电流方向的关系,把观察到的现象及结果填入表中.
实验现象记录表
电流流入电流计的情况 电流计指针偏转方向
电流从“+”接线柱流入
电流从“-”接线柱流入
2.探究感应电流方向与磁极朝向、磁极运动方向的关系
(1)操作和记录.
由磁极朝向和磁极运动方向两个变量的搭配组合,可以组成四种不同的实验操作方案,由此设计实验现象记录表格如表所示.
实验现象记录表
电流表指针的 偏转方向 右偏
线圈中感应电 流的方向 b→a
(2)结论分析.
从表中的实验现象,可见感应电流的方向与磁极朝向、磁极运动方向之间并不存在较明显的关系.
3.探究感应电流方向与磁通量变化的关系
(1)设计思路.
用“原磁场的方向”表示“磁极的朝向”,用“原磁通量Φ的变化”表示“磁极运动的方向”,将感应电流的方向也转化为与磁场相关的描述——感应电流磁场的方向.安培定则可以作为转化的工具.
(2)操作和记录.
依据上述思路进行实验操作,并将观察到的实验现象记录在表内.
实验现象记录表
原磁场 的方向 向下
原磁通量 Φ的变化 增大
电流表指针的偏转方向 右偏
线圈中感应电流的方向 b→a
感应电流磁场的方向 向上
(3)结论分析.
在上述实验探究中,我们发现感应电流产生的磁场的方向与原磁场穿过线圈的磁通量Φ的变化有关.
二、实验结论
当原磁通量Φ增加时,感应电流产生的磁场的方向与原磁场方向相反,如图甲所示.当原磁通量Φ减小时,感应电流产生的磁场的方向与原磁场的方向相同,如图乙所示.由此可以判定感应电流磁场的方向,再由安培定则最终判定感应电流的方向.
三、结论归纳
闭合回路中感应电流具有这样的方向,即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化.
迁移研析
类型一　实验原理与操作
[例1] 某小组的同学做“探究影响感应电流方向的因素”实验.
(1)首先按图甲①所示方式连接电路,闭合开关后,发现电流计指针向右偏转;再按图甲②所示方式连接电路,闭合开关后,发现电流计指针向左偏转.进行上述实验的目的是　　　 　.
A.检查电流计测量电路的电流是否准确
B.检查干电池是否为新电池
C.推断电流计指针偏转方向与电流方向的关系
答案:(1)C
解析:(1)电流从正接线柱流入就右偏,从负接线柱流入就左偏,从而确定电流的流入方向与指针偏转方向的关系,故选项C正确.
[例1] 某小组的同学做“探究影响感应电流方向的因素”实验.
(2)接下来,用图乙所示的装置做实验.图乙中螺线管上的粗线标示的是导线的绕行方向.某次实验中在条形磁铁插入螺线管的过程中,观察到电流计指针向左偏转,说明螺线管中的电流方向(从上往下看)是沿　　　　(选填“顺时针”或“逆时针”)方向.
答案:(2)顺时针
解析:(2)电流计指针向左偏转,说明感应电流从负接线柱流入电表,说明螺线管中的电流方向(从上往下看)是沿顺时针方向.
[例1] 某小组的同学做“探究影响感应电流方向的因素”实验.
(3)如表所示是该小组设计的记录表格的一部分,表中完成了实验现象的记录,还有一项需要推断的实验结果未完成,请帮助该小组完成,填入表中的横线上(选填“竖直向上”或“竖直向下”).
答案:(3)竖直向上
解析:(3)根据安培定则,感应电流的磁场B′的方向竖直向上.
类型二　实验创新
[例2] 绕在同一铁芯上的线圈Ⅰ、Ⅱ按图所示方法连接,判断在以下各情况中,线圈Ⅱ中是否有感应电流产生,若有则判断R中感应电流方向(均选填“无” “向左”或“向右”).
答案:(1)向右
解析:(1)闭合开关K的瞬间,线圈Ⅰ的轴线上磁场方向水平向右,线圈Ⅱ所在位置磁场水平向右增大,则线圈Ⅱ中产生的感应电流从右端流入,左端流出,则R中感应电流方向向右.
(1)闭合开关K的瞬间:　　　　.
[例2] 绕在同一铁芯上的线圈Ⅰ、Ⅱ按图所示方法连接,判断在以下各情况中,线圈Ⅱ中是否有感应电流产生,若有则判断R中感应电流方向(均选填“无” “向左”或“向右”).
答案:(2)无
解析:(2)保持开关K闭合时,穿过线圈Ⅱ的磁通量不变,没有感应电流产生.
(2)保持开关K闭合时:　　　　.
[例2] 绕在同一铁芯上的线圈Ⅰ、Ⅱ按图所示方法连接,判断在以下各情况中,线圈Ⅱ中是否有感应电流产生,若有则判断R中感应电流方向(均选填“无” “向左”或“向右”).
答案:(3)向左
解析:(3)断开开关K的瞬间,穿过线圈Ⅱ的磁场向右减小,则线圈Ⅱ中产生的感应电流从右端流出,左端流入,则R中感应电流方向向左.
(3)断开开关K的瞬间:　　　　.
[例2] 绕在同一铁芯上的线圈Ⅰ、Ⅱ按图所示方法连接,判断在以下各情况中,线圈Ⅱ中是否有感应电流产生,若有则判断R中感应电流方向(均选填“无” “向左”或“向右”).
答案:(4)向右
解析:(4)开关K闭合,将滑动变阻器R0的滑动端向左滑动时,线圈Ⅰ所在电路电流增大,磁场增强,穿过线圈Ⅱ的磁通量向右增大,则R中感应电流方向向右.
(4)开关K闭合,将滑动变阻器R0的滑动端向左滑动时:　　　　. (共53张PPT)
第一节　感应电流的方向
第二章　电磁感应
栏目索引
教材知识 梳理
随堂达标 训练
知识方法 探究
教材知识 梳理
向下
向上
向上
向下
向下
向下
向上
向上
相反
相同
磁通量
原磁场方向
原磁场的磁通量
磁场方向
安培
×
×
√
四指
切割磁感线
知识方法 探究
随堂达标 训练
谢谢观看！
米
米
米米：
会米
米
米米
米
米乙
0
A
B
G
D
米
米
米(共29张PPT)
专题提升4　电磁感应中的电路和图像问题
[素养目标]
1.能用电磁感应和闭合电路规律,分析解决与电磁感应有关的电路问题.
2.能用电磁感应等规律,分析解决与电磁感应有关的各种图像问题.
分类研析
突破要点,提升关键
类型一　电磁感应中的电路问题
1.对电路的理解
(1)内电路是切割磁感线的导体或磁通量发生变化的线圈,外电路由电阻、电容等电学元件组成.
(2)在闭合电路中,相当于“电源”的导体两端的电压与真实的电源两端的电压一样,等于路端电压,而不等于感应电动势.
2.电磁感应中电路知识的关系图
3.分析电磁感应电路问题的基本思路
[例1] 如图甲所示电路,定值电阻R0、小灯泡与金属圆线圈连成闭合回路,在金属圆线圈区域内存在匀强磁场,t=0时刻,磁感应强度方向垂直线圈所在平面向里,磁感应强度B的大小随时间t的变化关系如图乙所示.已知线圈匝数N=100匝、半径r=10 cm、总电阻R=2 Ω,定值电阻R0=3 Ω,小灯泡电阻RL=6 Ω且阻值不随温度变化.取π=3,求:
(1)线圈中产生的感应电动势和感应电流的大小;
答案:(1)6 V　1.5 A
[例1] 如图甲所示电路,定值电阻R0、小灯泡与金属圆线圈连成闭合回路,在金属圆线圈区域内存在匀强磁场,t=0时刻,磁感应强度方向垂直线圈所在平面向里,磁感应强度B的大小随时间t的变化关系如图乙所示.已知线圈匝数N=100匝、半径r=10 cm、总电阻R=2 Ω,定值电阻R0=3 Ω,小灯泡电阻RL=6 Ω且阻值不随温度变化.取π=3,求:
(2)0～2 s内流过小灯泡的电流方向和小灯泡消耗的电能.
答案:(2)b→a　3 J
电磁感应中电路问题的分析方法
(1)明确电路结构,分清内、外电路.
(3)根据楞次定律判断感应电流的方向.
(4)根据电路组成列出相应的方程式.
[对点训练1] 如图所示,MN、PQ为平行光滑金属导轨(金属导轨电阻忽略不计),
MN、PQ相距L=50 cm,导体棒AB在两轨道间的电阻为r=1 Ω,且可以在MN、PQ上滑动,定值电阻R1=3 Ω,R2=6 Ω,整个装置放在磁感应强度为B=1.0 T的匀强磁场中,磁场方向垂直于整个导轨平面,现用外力F拉着AB棒向右以v=5 m/s的速度做匀速运动.求:
(1)导体棒AB产生的感应电动势E和AB棒上的感应电流方向;
解析:(1)导体棒AB产生的感应电动势E=BLv=2.5 V,由右手定则知,AB棒上的感应电流方向从B到A.
答案:(1)2.5 V　从B到A　
[对点训练1] 如图所示,MN、PQ为平行光滑金属导轨(金属导轨电阻忽略不计),
MN、PQ相距L=50 cm,导体棒AB在两轨道间的电阻为r=1 Ω,且可以在MN、PQ上滑动,定值电阻R1=3 Ω,R2=6 Ω,整个装置放在磁感应强度为B=1.0 T的匀强磁场中,磁场方向垂直于整个导轨平面,现用外力F拉着AB棒向右以v=5 m/s的速度做匀速运动.求:
(2)导体棒AB两端的电压UAB.
答案:(2)1.7 V
类型二　电磁感应中的图像问题
1.问题概括
图像 类型 (1)电磁感应中常涉及磁感应强度B、磁通量Φ、感应电动势E和感应电流I随时间t变化的图像,即B-t图像、Φ-t图像、E-t图像和I-t图像.
(2)对于切割磁感线产生感应电动势和感应电流的情况,还常涉及感应电动势E和感应电流I随线圈位移x变化的图像,即E-x图像和I-x图像
问题 类型 (1)由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图像.
(2)由给定的有关图像分析电磁感应过程,求解相应的物理量
应用 知识 左手定则、安培定则、楞次定律、法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿运动定律、相关数学知识等
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)用右手定则或楞次定律确定方向对应关系.
(4)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.
(5)根据函数关系式,进行数学分析,如分析斜率的变化、截距等.
(6)画图像或判断图像.
[例2] 如图甲所示,矩形导线框abcd固定在匀强磁场中,磁感线的方向与导线框所在平面垂直,规定磁场的正方向垂直纸面向里,磁感应强度B随时间变化的规律如图乙所示,若规定顺时针方向为感应电流的正方向,下列各图中正确的是
(　　)
D
电磁感应中图像类选择题的两个常用方法
排除法 定性地分析电磁感应过程中物理量的变化趋势(增大还是减小)、变化快慢(均匀变化还是非均匀变化),特别是分析物理量的正负,以排除错误的选项
函数法 根据题目所给条件定量地写出两个物理量之间的函数关系,然后由函数关系对图像进行分析和判断
[对点训练2] (2019·全国Ⅲ卷,19)(多选)如图,方向竖直向下的匀强磁场中有两根位于同一水平面内的足够长的平行金属导轨,两相同的光滑导体棒ab、cd静止在导轨上.t=0时,棒ab以初速度v0向右滑动.运动过程中,ab、cd始终与导轨垂直并接触良好,两者速度分别用v1、v2表示,回路中的电流用I表示.下列图像中可能正确的是(　　)
AC
随堂演练
检测效果,发展素养
1.如图甲所示,100匝的线圈(图中只画了2匝)两端A、B与一个理想电压表相连.线圈内有指向纸内的磁场,线圈中的磁通量按图乙所示规律变化.下列说法正确的是(　　)
A.电压表的示数为150 V,A端接电压表正接线柱
B.电压表的示数为50.0 V,A端接电压表正接线柱
C.电压表的示数为150 V,B端接电压表正接线柱
D.电压表的示数为50.0 V,B端接电压表正接线柱
B
2.如图所示,由同种材料制成的粗细均匀的正方形金属线框以恒定速度向右通过有理想边界的匀强磁场,开始时线框的ab边恰好与磁场边界重合,磁场宽度大于正方形的边长,则线框中a、b两点间电势差Uab随时间变化的图线是图中的(　　)
A
3.在竖直向上的匀强磁场中,水平放置一个不变形的单匝金属圆线圈,规定线圈中感应电流的正方向如图甲所示,当磁场的磁感应强度B随时间t按图乙变化时,图中能正确表示线圈中感应电动势E变化的是(　　)
A
4.如图所示,ab、cd为足够长、水平放置的光滑固定导轨,导体棒MN的长度为L=2 m,电阻r=1 Ω,有垂直abdc平面向下的匀强磁场,磁感应强度B=1.5 T,定值电阻R1=4 Ω,R2=20 Ω,当导体棒MN以v=4 m/s的速度向左做匀速直线运动时,
电流表的示数为0.45 A,灯泡L正常发光.求:
(1)导体棒切割磁感线产生的感应电动势和灯泡L的额定电压;
解析:(1)导体棒MN产生的感应电动势为E=BLv=1.5×2×4 V=12 V,
b、d间并联电压为UL=U2=I2R2=0.45×20 V=9 V.
答案:(1)12 V　9 V
4.如图所示,ab、cd为足够长、水平放置的光滑固定导轨,导体棒MN的长度为L=2 m,电阻r=1 Ω,有垂直abdc平面向下的匀强磁场,磁感应强度B=1.5 T,定值电阻R1=4 Ω,R2=20 Ω,
当导体棒MN以v=4 m/s的速度向左做匀速直线运动时,电流表的示数为0.45 A,灯泡L正常发光.求:
(2)维持导体棒匀速运动的外力的功率;
解析:(2)由闭合电路欧姆定律得E=U2+I(r+R1),
解得通过导体棒的电流为I=0.6 A,
根据能量守恒定律可知,维持导体棒匀速运动的外力的功率等于整个装置产生的总电功率,则有P=EI=12×0.6 W=7.2 W.
答案:(2)7.2 W　
答案:(3)60 Ω
4.如图所示,ab、cd为足够长、水平放置的光滑固定导轨,导体棒MN的长度为L=2 m,电阻r=1 Ω,有垂直abdc平面向下的匀强磁场,磁感应强度B=1.5 T,定值电阻R1=4 Ω,R2=20 Ω,
当导体棒MN以v=4 m/s的速度向左做匀速直线运动时,电流表的示数为0.45 A,灯泡L正常发光.求:
(3)正常发光时灯泡L的电阻.(共42张PPT)
专题提升5　电磁感应中的动力学、
能量及动量的综合问题
[素养目标]
1.综合运用楞次定律和法拉第电磁感应定律解决电磁感应中的动力学问题.
2.会结合安培力做功分析电磁感应中的能量转化问题.
3.通过双杆模型,学会分析和解决电磁感应中的动力学、能量及动量的综合问题.
分类研析
突破要点,提升关键
类型一　电磁感应中的动力学问题
1.平衡类问题的求解思路
2.加速类问题的求解思路
(1)确定研究对象(一般为在磁场中做切割磁感线运动的导体).
(2)根据牛顿运动定律和运动学公式分析导体在磁场中的受力与运动情况.
(3)如果导体在磁场中受到的磁场力变化了,从而引起合外力的变化,导致加速度、速度等发生变化,进而又引起感应电流、磁场力、合外力的变化,最终可能使导体达到稳定状态.
[例1] (2021·广东深圳测试)如图甲所示,两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为θ的绝缘斜面上,两导轨间距为L.M、P两点间接有阻值为R的电阻.一根质量为m的均匀直金属杆ab放在两导轨上,并与导轨垂直.整套装置处于磁感应强度为B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ab杆沿导轨由静止开始下滑,导轨和金属杆接触良好,不计它们之间的摩擦.
(1)由b向a方向看到的装置如图乙所示,请在此图中画出ab杆下滑过程中某时刻的受力示意图;
答案:(1)图见解析
解析:(1)如图所示,重力mg,竖直向下;支持力FN,垂直斜面向上;安培力F,
沿斜面向上.
[例1] (2021·广东深圳测试)如图甲所示,两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为θ的绝缘斜面上,两导轨间距为L.M、P两点间接有阻值为R的电阻.一根质量为m的均匀直金属杆ab放在两导轨上,并与导轨垂直.整套装置处于磁感应强度为B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ab杆沿导轨由静止开始下滑,导轨和金属杆接触良好,不计它们之间的摩擦.
(2)在加速下滑过程中,当ab杆的速度大小为v时,求ab杆中的电流及其加速度的大小;
[例1] (2021·广东深圳测试)如图甲所示,两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为θ的绝缘斜面上,两导轨间距为L.M、P两点间接有阻值为R的电阻.一根质量为m的均匀直金属杆ab放在两导轨上,并与导轨垂直.整套装置处于磁感应强度为B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ab杆沿导轨由静止开始下滑,导轨和金属杆接触良好,不计它们之间的摩擦.
(3)求在下滑过程中,ab杆可以达到的速度最大值.
“四步法”分析电磁感应中的动力学问题
[对点训练1] 如图所示,竖直平面内有足够长的金属导轨,导轨间距为0.2 m,金属导体ab可在导轨上无摩擦地上下滑动,其电阻为0.4 Ω,导轨电阻不计,导体ab的质量为0.2 g,垂直纸面向里的匀强磁场的磁感应强度为0.2 T,且磁场区域足够大,当导体ab自由下落0.4 s时,突然闭合开关S,g取10 m/s2,则:
(1)试说出S闭合后,导体ab的运动情况;
答案:(1)先做竖直向下的加速度逐渐减小的减速运动,后做匀速运动
答案:(2)0.5 m/s
[对点训练1] 如图所示,竖直平面内有足够长的金属导轨,导轨间距为0.2 m,金属导体ab可在导轨上无摩擦地上下滑动,其电阻为0.4 Ω,导轨电阻不计,导体ab的质量为0.2 g,垂直纸面向里的匀强磁场的磁感应强度为0.2 T,且磁场区域足够大,当导体ab自由下落0.4 s时,突然闭合开关S,g取10 m/s2,则:
(2)导体ab匀速下落的速度是多少
类型二　电磁感应中的能量问题
1.能量转化的过程分析
电磁感应的实质是不同形式的能量转化的过程,而能量的转化是通过安培力做功实现的.安培力做功使得电能转化为其他形式的能(通常为内能),外力克服安培力做功,则是其他形式的能(通常为机械能)转化为电能的过程.
2.求解焦耳热Q的几种方法
公式法 Q=I2Rt
功能关系法 焦耳热等于克服安培力做的功
能量转化法 焦耳热等于其他能的减少量
[例2] 如图所示,足够长平行光滑金属导轨倾斜放置,与水平面夹角θ=37°,导轨间距L=0.5 m,其下端连接一个定值电阻R=4 Ω,两导轨间存在垂直于导轨平面向下的匀强磁场,磁感应强度大小B=1 T.一质量为m=0.05 kg的导体棒ab垂直导轨放置,导体棒接入回路中的电阻r=1 Ω.已知重力加速度g取10 m/s2,导轨电阻不计,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8.现将导体棒由静止释放,求:
(1)导体棒下滑的最大速度vm;
答案:(1)6 m/s　
[例2] 如图所示,足够长平行光滑金属导轨倾斜放置,与水平面夹角θ=37°,导轨间距L=0.5 m,其下端连接一个定值电阻R=4 Ω,两导轨间存在垂直于导轨平面向下的匀强磁场,磁感应强度大小B=1 T.一质量为m=0.05 kg的导体棒ab垂直导轨放置,导体棒接入回路中的电阻r=1 Ω.已知重力加速度g取10 m/s2,导轨电阻不计,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8.现将导体棒由静止释放,求:
(2)导体棒从静止加速到v=4 m/s的过程中,若通过电阻R的电荷量q=0.4 C,R上产生的热量QR.
答案:(2)0.64 J
求解电磁感应现象中能量守恒问题的一般思路
(1)确定感应电动势的大小和方向.
(2)画出等效电路图,求出回路中消耗的电能表达式.
(3)分析导体机械能的变化,用能量守恒关系得到机械能的改变与回路中电能的改变所满足的方程.
[对点训练2] 如图所示,光滑平行的水平金属导轨MN、PQ相距l,在M点和P点间接一个阻值为R的电阻,在两导轨间OO1O1′O′矩形区域内有垂直导轨平面竖直向下、宽为d的匀强磁场,磁感应强度大小为B.一质量为m、电阻为r的导体棒ab,垂直放在导轨上,与磁场左边界相距d0.现用一大小为F、水平向右的恒力拉棒ab,使它由静止开始运动,棒ab在离开磁场前已经做匀速直线运动(棒ab与导轨始终保持良好的接触,导轨电阻不计).求:
(1)棒ab在离开磁场右边界时的速度大小;
[对点训练2] 如图所示,光滑平行的水平金属导轨MN、PQ相距l,在M点和P点间接一个阻值为R的电阻,在两导轨间OO1O1′O′矩形区域内有垂直导轨平面竖直向下、宽为d的匀强磁场,磁感应强度大小为B.一质量为m、电阻为r的导体棒ab,垂直放在导轨上,与磁场左边界相距d0.现用一大小为F、水平向右的恒力拉棒ab,使它由静止开始运动,棒ab在离开磁场前已经做匀速直线运动(棒ab与导轨始终保持良好的接触,导轨电阻不计).求:
(2)棒ab通过磁场区的过程中整个回路所消耗的电能.
类型三　双杆模型中电磁感应的动力学、能量及动量的综合问题
1.无外力作用的双杆切割
(1)图例.
(2)过程分析.
杆MN做变减速运动,杆PQ做变加速运动,稳定时,两杆的加速度均为零,以相同的速度匀速运动.对系统动量守恒,对其中某杆适用动量定理.
(3)三大观点.
①动力学观点:求加速度.
②能量观点:求焦耳热.
③动量观点:整体动量守恒求末速度,单杆动量定理求冲量、电荷量.
2.有外力作用的双杆切割
(1)图例.
(2)过程分析.
aPQ减小,aMN增大,当aPQ=aMN时二者一起匀加速运动,存在稳定的速度差.
注意:对于不在同一平面上运动的双杆问题,动量守恒定律不适用,可以用对应的牛顿运动定律、能量观点、动量定理进行解决.
[例3] 两根足够长的固定的平行金属导轨位于同一水平面内,两导轨间的距离为l.导轨上面横放着两根导体棒ab和cd,构成矩形回路,如图所示.两根导体棒的质量均为m,电阻均为R,回路中其他部分的电阻可不计.在整个导轨平面内都有竖直向上的匀强磁场,磁感应强度为B.设两导体棒均可沿导轨无摩擦地滑行,开始时,棒cd静止,棒ab有指向棒cd的初速度v0.若两导体棒在运动中始终不接触,求:
(1)在运动中产生的焦耳热最多是多少
[例3] 两根足够长的固定的平行金属导轨位于同一水平面内,两导轨间的距离为l.导轨上面横放着两根导体棒ab和cd,构成矩形回路,如图所示.两根导体棒的质量均为m,电阻均为R,回路中其他部分的电阻可不计.在整个导轨平面内都有竖直向上的匀强磁场,磁感应强度为B.设两导体棒均可沿导轨无摩擦地滑行,开始时,棒cd静止,棒ab有指向棒cd的初速度v0.若两导体棒在运动中始终不接触,求:
[对点训练3] (多选)如图,足够长的光滑平行金属直轨道固定在水平面上,左侧轨道间距为2d,右侧轨道间距为d.轨道处于竖直向下、磁感应强度大小为B的匀强磁场中.质量为2m、有效电阻为2R的金属棒a静止在左侧轨道上,质量为m、有效电阻为R的金属棒b静止在右侧轨道上.现给金属棒a一水平向右的初速度v0,经过一段时间后两金属棒达到稳定状态.已知两金属棒运动过程中始终相互平行且与轨道良好接触,轨道电阻忽略不计,
金属棒a始终在左侧轨道上运动,则下列说法正确的是(　　)
BCD
随堂演练
检测效果,发展素养
1.如图甲、乙所示,电阻不计的足够长光滑导轨固定在水平桌面上,都处于方向垂直水平桌面向下的匀强磁场中,现给导体棒ab一个向右的初速度v0,导体棒ab的最终运动状态是(　　)
A.两种情形下导体棒都静止
B.两种情形下导体棒都匀速运动
C.甲中导体棒静止,乙中导体棒向右匀速运动
D.甲中导体棒静止,乙中导体棒向左匀速运动
D
解析:图甲中,导体棒向右运动切割磁感线产生感应电流,电流通过电阻R转化为内能,导体棒速度减小,当导体棒的动能全部转化为内能时,导体棒静止;图乙中,导体棒先受到向左的安培力作用向右做减速运动,速度减为零后再在安培力作用下向左做加速运动,当导体棒产生的感应电动势与电源的电动势相等时,电路中没有电流,导体棒向左做匀速运动,故选D.
2.(2021·广东东莞测试)如图所示,竖直放置的两根足够长平行金属导轨相距L,导轨间接有一定值电阻R.质量为m,电阻为r的导体棒与两导轨始终保持垂直并良好接触,且无摩擦,整个装置放在匀强磁场中,磁场方向与导轨平面垂直,现将导体棒由静止释放,
导体棒下落高度为h时开始做匀速运动,在此过程中(　　)
B
3.如图所示,匀强磁场的磁感应强度大小为B,跟磁场方向垂直的水平面中有两根固定的足够长的金属平行导轨,在导轨上面平放着两根导体棒ab和cd,两棒彼此平行,构成一矩形回路.导轨间距为l,导体棒的质量都为m,电阻都为R,导轨部分电阻可忽略不计.若导体棒可在导轨上无摩擦地滑行,初始时刻ab棒静止,
给cd棒一个向右的初速度v0,求:
(1)当cd棒速度减为0.8v0时的加速度大小;
3.如图所示,匀强磁场的磁感应强度大小为B,跟磁场方向垂直的水平面中有两根固定的足够长的金属平行导轨,在导轨上面平放着两根导体棒ab和cd,两棒彼此平行,构成一矩形回路.导轨间距为l,导体棒的质量都为m,电阻都为R,导轨部分电阻可忽略不计.若导体棒可在导轨上无摩擦地滑行,初始时刻ab棒静止,给cd棒一个向右的初速度v0,求:
(2)从开始运动到最终稳定,电路中产生的电能;
3.如图所示,匀强磁场的磁感应强度大小为B,跟磁场方向垂直的水平面中有两根固定的足够长的金属平行导轨,在导轨上面平放着两根导体棒ab和cd,两棒彼此平行,构成一矩形回路.导轨间距为l,导体棒的质量都为m,电阻都为R,导轨部分电阻可忽略不计.若导体棒可在导轨上无摩擦地滑行,初始时刻ab棒静止,
给cd棒一个向右的初速度v0,求:
(3)两棒之间距离增长量Δx的上限.(共36张PPT)
第2课时　楞次定律与右手定则
[课标引领]
建构核心素养 物理观念 理解楞次定律是能量守恒定律在电磁感应现象中的体现,初步树立能量观
科学思维 借助楞次定律和右手定则对电流方向判断的学习,体会物理模型在探索自然规律中的作用
科学态度与责任 通过实验及楞次定律的建立过程,培养学生严谨的科学态度和实事求是的精神
基础探究
形成概念,掌握新知
一、楞次定律
请根据所完成的“探究影响感应电流方向的因素”的实验结论,思考并回答下列问题:
(1)如图所示,磁铁插入线圈时,线圈中的磁通量如何变化 线圈中产生的感应电流的磁场方向如何
答案:(1)磁通量增加;感应电流的磁场方向与原磁场方向相反.
(2)当图中的磁铁拔出线圈时,线圈中磁通量如何变化 线圈中产生的感应电流的磁场方向又如何 两次感应电流方向有什么关系
答案:(2)磁通量减少;感应电流的磁场方向与原磁场方向相同;相反.
1.内容
闭合回路中感应电流具有这样的方向,即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的 .
2.楞次定律内容分析
(1)“阻碍”并不是“阻断”.
当引起感应电流的磁通量增加时,感应电流产生的磁场的方向与原磁场方向
,它的作用只是阻碍了磁通量的 ,并没有把磁通量增加这种行为阻断.
变化
相反
增加
(2)体现能量守恒.
当条形磁铁插入线圈时,根据楞次定律,条形磁铁会受到斥力,如图所示.为使磁铁能继续插入线圈中,必须借助外力克服这个斥力对外 .正是通过这部分功将其他形式的能量(如磁铁的机械能)转化为线圈中的 ,电能再转化为线圈和电流计中的 .可见,楞次定律是能量守恒定律在 中的体现.
做功
电能
内能
电磁现象
二、右手定则
如图所示,导体棒ab在金属导轨上向右做切割磁感线运动.
(1)请先根据楞次定律判断导体棒ab中的电流方向.
答案:(1)感应电流方向由b到a.　
(2)这种切割磁感线产生感应电流的情况,涉及电流I、原磁场B、导体棒运动的速度v三个方向,它们之间存在一个关系,请思考讨论一下,能否借鉴左手定则判断安培力方向的方法,找到一种更简单的判断切割磁感线产生感应电流方向的方法
答案:(2)能.
1.内容
伸开右手,使拇指与其余四个手指垂直,并且都与手掌在同一个平面内.让磁感线垂直穿入 ,拇指指向导体运动的方向,这时其余 所指的方向就是感应电流的方向,如图所示.
手心
四指
2.适用范围
闭合回路的部分导体 产生感应电流的情况.
3.实质
右手定则实质上是 定律在导体运动情况下的特殊运用.
切割磁感线
楞次
1.判断正误
(1)在楞次定律中,阻碍的是磁通量的变化,而不是阻碍磁通量本身.(　 　)
(2)感应电流的磁场总是阻碍磁通量,与磁通量方向相反.(　 　)
(3)感应电流的磁场可阻止原磁场的变化.(　 　)
(4)右手定则只适用于闭合电路部分导体切割磁感线产生感应电流的情况.
(　 　)
(5)左手定则和右手定则都是四指指向电流方向.(　 　)
√
×
×
√
√
2.如图所示,光滑平行金属导轨PP′和QQ′都处于同一水平面内,P和Q之间连接一电阻R,整个装置处于竖直向下的匀强磁场中.现垂直于导轨放置一根导体棒MN,MN向右运动时,电流方向如何 MN向左运动时,电流方向如何
解析:根据右手定则可判断,MN向右运动时,电流方向从N→M,MN向左运动时,电流方向从M→N.
答案:N→M　M→N
3.超导体的电阻为零,如果闭合的超导电路内有电流,这个电流不产生焦耳热,所以不会自行消失.现有一个固定的超导体圆环如图甲所示,此时圆环中没有电流.在其右侧放入一个条形磁铁如图乙所示,由于电磁感应,在超导体圆环中产生了电流,电流的方向如何
解析:在条形磁铁移入线圈的过程中,有向左的磁感线穿过线圈,而且穿过线圈的磁通量增大.根据楞次定律可知,线圈中感应电流磁场方向应该向右,再根据右手螺旋定则,判断出感应电流的方向,即从左侧看,感应电流沿顺时针方向.
答案:见解析
合作探究
突破要点,提升关键
探究点一　楞次定律的理解和应用
图中的A和B都是很轻的铝环,环A是闭合的,环B是断开的.用磁铁的任意一极去接近A环,会产生什么现象 把磁铁从A环移开,会产生什么现象 磁极移近或远离B环时,又会产生什么现象 解释所发生的现象.
答案:用磁铁的任意一极(如N极)接近A环时,穿过A环中的磁通量增加,根据楞次定律,A环中将产生感应电流,感应电流的磁场阻碍磁铁与A环接近,A环将远离磁铁;同理,当磁铁远离A环时,A环中产生感应电流,感应电流的磁场阻碍A环与磁铁远离,A环将靠近磁铁.由于B环是断开的,无论磁铁移近或远离B环,都不会在B环中形成感应电流,所以B环将不移动.
1.因果关系
闭合导体回路中原磁通量的变化是产生感应电流的原因,而感应电流的磁场的产生是感应电流存在的结果,即只有当闭合导体回路中的磁通量发生变化时,才会有感应电流的磁场出现.
2.楞次定律中“阻碍”的含义
3.“阻碍”的表现
从能量守恒定律的角度,楞次定律可广义地表述为:感应电流的“效果”总是要反抗(或阻碍)引起感应电流的原因.常见的情况有三种:
(1)阻碍原磁通量的变化(增反减同).
(2)阻碍导体的相对运动(来拒去留).
(3)通过改变线圈面积来“反抗”(增缩减扩).
4.楞次定律的实质
“阻碍”的结果,实现了其他形式的能向电能转化,如果没有“阻碍”,将违背能量守恒定律,得出总能量增加的错误结论.所以楞次定律体现了在电磁感应现象中能的转化与守恒,能量守恒定律也要求感应电流的方向服从楞次定律.
A
命题角度1　楞次定律的理解
[例1] 关于楞次定律,下列说法正确的是(　 　)
A.感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化
B.闭合电路的一部分导体在磁场中运动时,必受磁场阻碍作用
C.原磁场穿过闭合回路的磁通量增加时,感应电流的磁场与原磁场同向
D.感应电流的磁场总是跟原磁场反向,阻碍原磁场的变化
解析:感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化,选项A正确;闭合电路的一部分导体在磁场中平行磁感线运动时,不受磁场阻碍作用,选项B错误;原磁场穿过闭合回路的磁通量增加时,感应电流的磁场与原磁场反向,选项C错误;当原磁场增强时,感应电流的磁场跟原磁场反向,当原磁场减弱时,感应电流的磁场跟原磁场同向,选项D错误.
D
命题角度2　楞次定律的应用
[例2] 电阻R、电容C与一线圈连成闭合电路,条形磁铁静止于线圈的正上方,N极朝下,如图所示.现使磁铁开始自由下落,在N极接近线圈上端的过程中,流过R的电流方向和电容器极板的带电情况是(　 　)
A.从a到b,上极板带正电
B.从a到b,下极板带正电
C.从b到a,上极板带正电
D.从b到a,下极板带正电
解析:在磁铁N极接近线圈上端的过程中,通过线圈的磁通量方向向下且在增大,根据楞次定律可判断出线圈中感应电流的磁场方向向上,利用安培定则可判断出线圈中感应电流方向为逆时针(由上向下看),流过R的电流方向从b到a,电容器下极板带正电.选项D正确.
思路点拨:
楞次定律应用四步曲
(1)确定原磁场的方向.
(2)判定产生感应电流的磁通量如何变化(增加还是减少).
(3)根据楞次定律确定感应电流的磁场方向(增反减同).
(4)判定感应电流的方向.
命题角度3　“阻碍”方法的应用
[例3] (多选)如图所示,光滑固定的金属导轨M、N水平放置,两根导体棒P、Q平行放置在导轨上,形成一个闭合回路,一条形磁铁从高处下落接近回路时(　 　)
A.P、Q将相互靠拢
B.P、Q将相互远离
C.磁铁的加速度仍为g
D.磁铁的加速度小于g
AD
解析:当磁铁向下运动时,穿过闭合回路的磁通量增加,根据楞次定律可判断出P、Q将相互靠拢,故A正确,B错误;磁铁受向上的斥力,故磁铁的加速度小于g,故C错误,D正确.
对“阻碍”的三点理解
(1)“阻碍”不是阻止,最终引起感应电流的磁通量还是发生了变化,是“阻而未止”.
(2)“阻碍”不是相反.当引起感应电流的磁通量增大时,感应电流的磁场方向与引起感应电流的磁场方向相反;当引起感应电流的磁通量减少时,感应电流的磁场方向与引起感应电流的磁场方向相同.
(3)涉及相对运动时,“阻碍”的是导体与磁体的相对运动,而不是“阻碍”导体或磁体的运动.
C
[题组训练]
1.对楞次定律的理解,下列说法正确的是(　 　)
A.感应电流的磁场一定阻碍引起感应电流的磁通量
B.感应电流的磁场总是阻碍原磁场的变化
C.感应电流的磁场方向与引起感应电流的磁场方向可能相同,也可能相反
D.感应电流的磁场阻止了引起感应电流原磁场磁通量的变化
解析:由楞次定律知,感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化,但阻碍不是阻止,故A、D错误;感应电流的磁场总是阻碍原磁场磁通量的变化,不是阻碍原磁场的变化,故B错误;由楞次定律知,如果是因磁通量的减少而引起的感应电流,则感应电流的磁场方向与引起感应电流的磁场方向相同,阻碍磁通量的减小;如果是因磁通量的增加而引起的感应电流,则感应电流的磁场与引起感应电流的磁场方向相反,阻碍磁通量的增加,故C正确.
B
2.如图所示,闭合线圈上方有一竖直放置的条形磁铁,磁铁的N极朝下.当磁铁向下运动时(但未插入线圈内部)(　 　)
A.线圈中感应电流的方向与图中箭头方向相同,磁铁与线圈相互吸引
B.线圈中感应电流的方向与图中箭头方向相同,磁铁与线圈相互排斥
C.线圈中感应电流的方向与图中箭头方向相反,磁铁与线圈相互吸引
D.线圈中感应电流的方向与图中箭头方向相反,磁铁与线圈相互排斥
解析:当磁铁向下运动时,感应电流产生的磁场阻碍磁铁的相对运动,所以线圈上端为N极.根据安培定则,判断感应电流的方向与图中箭头方向相同.
BD
3.(多选)如图所示,足够长的通电导线旁边同一平面有矩形线圈abcd,则
(　 　)
A.若线圈向右平动,其中感应电流方向是a→b→c→d
B.若线圈竖直向下平动,无感应电流产生
C.当线圈以ad边为轴转动时(转动角度小于90°),其中感应电流方向是a→b→c→d
D.当线圈向导线靠近时,其中感应电流方向是a→b→c→d
解析:根据安培定则知,线圈所在处的磁场方向垂直纸面向里,当线圈向右平动、以ad边为轴转动时,穿过线圈的磁通量减少,感应电流产生的磁场方向与原磁场方向相同,感应电流方向为a→d→c→b,A、C错误;若线圈竖直向下平动,无感应电流产生,B正确;当线圈向导线靠近时,穿过线圈的磁通量增加,感应电流产生的磁场方向与原磁场方向相反,垂直纸面向外,感应电流方向为a→b→c→d,D正确.
探究点二　右手定则的应用
1831年10月28日,法拉第在一次会议上展示了他发明的圆盘发电机,如图甲所示.它是利用电磁感应的原理制成的,是人类历史上的第一台发电机.据说,在法拉第表演他的圆盘发电机时,一位贵妇人问道:“法拉第先生,这东西有什么用呢 ”法拉第答道:“夫人,一个刚刚出生的婴儿有什么用呢 ”
图乙是这个圆盘发电机的示意图:铜盘安装在水平的铜轴上,它的边缘正好在两磁极之间,两块铜片C、D分别与转动轴和铜盘的边缘接触.使铜盘转动,电阻R中就有电流通过.
(1)说明圆盘发电机的原理.
答案:(1)如图所示.圆盘中任意一根半径CD都在切割磁感线,这半径可以看成一个电源,根据右手定则可以判断,D点的电势比C点高,也就是说,圆盘边缘上的电势比圆心电势高,在C、D之间接上用电器,转动的圆盘就可以为用电器供电.
(2)圆盘如图示方向转动,请判断通过电阻R的电流方向.
答案:(2)根据右手定则判断,D点电势比C点高,所以流过电阻R的电流方向自下向上.
1.右手定则反映了磁场方向、导体运动方向和电流方向三者之间的相互垂直 关系.
(1)大拇指的方向是导体相对磁场切割磁感线的运动方向,既可以是导体运动而磁场未动,也可以是导体未动而磁场运动,还可以是二者以不同速度同时运动.
(2)切割磁感线的导体相当于电源,四指指向电流方向,也就是电源的正极.
2.楞次定律与右手定则的区别及联系
　规律 比较　 　　 内容　　 楞次定律 右手定则
区 别 研究 对象 整个闭合回路 闭合回路的一部分,即做切割磁感线运动的导体
适用 范围 各种电磁感应现象 只适用于闭合回路的部分导体在磁场中做切割磁感线运动的情况
应用 用于磁感应强度B随时间变化而产生的电磁感应现象较方便 用于导体切割磁感线产生的电磁感应现象较方便
联系 右手定则是楞次定律的特例 [例4] 下列图中表示闭合电路中的一部分导体ab在磁场中做切割磁感线运动的情境,导体ab上的感应电流方向为a→b的是(　 　)
解析:题中四图都属于闭合电路的一部分导体切割磁感线,应用右手定则判断可得:A中电流方向为a→b,B中电流方向为b→a,C中电流方向沿a→d→c→b→a,D中电流方向为b→a.故选项A正确.
A
应用右手定则的两点注意
(1)右手定则只适用于一段导体在磁场中做切割磁感线运动的情况,导体与磁场无相对运动不能应用.
(2)右手定则判定导体切割磁感线产生的感应电流时,四指的指向由低电势指向高电势.
D
[针对训练] 闭合电路的一部分导体在磁场中因切割磁感线而产生了感应电流,在如图所示的图中,B、v、I方向均正确的是(　 　)
解析:A、C两项中不产生感应电流,A、C错误;由右手定则可知B中的感应电流方向应向外,B错误;只有选项D正确.
课堂小结
自主建构 教材链接
教材第35页“讨论与交流”提示:
负电荷受到洛伦兹力的作用,方向由b到a(共33张PPT)
第二节　法拉第电磁感应定律
[课标引领]
建构核心素养 物理观念 理解感应电动势,借助感应电动势概念,体会物理概念的生成过程
科学思维 通过法拉第电磁感应定律推导E=BLvsin θ的过程,体会物理模型建立及物理方法在物理规律形成中的作用
科学探究 通过探究影响感应电动势大小的因素的过程,知道控制变量法是科学探究的常用方法
科学态度与责任 通过法拉第电磁感应定律的发现过程,培养学生的学习兴趣和科学探究意识
基础探究
形成概念,掌握新知
一、影响感应电动势大小的因素
如图所示,将条形磁铁从同一高度插入线圈中,第一次快速插入,第二次缓慢插入,发现第一次灵敏电流计的偏转角度较大,请思考并回答下列问题:
(1)根据必修第三册中学习的电路知识,说出既然电路中有电流产生,电路中是不是一定存在电动势 电路中的电流大小与什么有关
答案:(1)有电流说明一定有电动势;电流大小与电动势大小和电路中的总电阻大小有关.
(2)实验现象说明了什么
答案:(2)说明第一次实验时,电路中的电动势较大.
1.感应电动势
在 现象中产生的电动势称为感应电动势.在产生感应电流的电路中,当电路断开时,虽然没有感应电流,但是感应电动势 存在.
2.探究影响感应电动势大小的因素
(1)猜想依据.
感应电流的产生条件:穿过闭合回路的磁通量发生变化.
(2)猜想与假设.
①可能与磁通量变化的大小有关.
②可能与完成一定的磁通量变化快慢有关.
电磁感应
依然
(3)制订计划与设计实验.
①方法:控制变量法.
②程序:先控制速度,探究穿过回路的磁通量变化时,感应电动势的大小如何变化;再控制条形磁铁的条数,探究穿过回路的磁通量变化时,感应电动势的大小如何变化.
③器材:灵敏电流计、螺线管、条形磁铁(2根)、导线若干.
(4)信息收集与归纳.
①实验条件控制.
通过改变所用条形磁铁的个数,改变螺线管中磁通量的变化量ΔΦ.通过改变条形磁铁插入或拔出螺线管的快慢,改变螺线管中磁通量变化所用的时间Δt.
②实验现象.
在控制条形磁铁插入或拔出螺线管的速度相同,以保证磁通量变化所用时间近似相等的情况下,磁通量的变化量ΔΦ越大,感应电动势E越 ;在保持磁铁的数量相同,以保证磁通量变化量相等的情况下,磁通量变化的时间Δt越小,感应电动势E越 .
(5)实验结论.
感应电动势的大小与磁通量 有关.
大
大
二、法拉第电磁感应定律
下列三种情况中,相同的条形磁铁以不同的方式穿过相同的线圈,请根据感应电动势大小的影响因素,猜想三个线圈中产生的感应电动势的大小大约是怎样的定量关系
答案:大约是EC=2EA=4EB的关系.
1.内容
电路中感应电动势的大小,与穿过这一电路的磁通量 成正比.
变化率
线圈匝数
变化量
3.单位
ΔΦ的单位是 ,Δt的单位是秒,E的单位是 .
韦伯
伏特
三、导线切割磁感线时的感应电动势
如图所示电路中,闭合电路的一部分导体ab处于匀强磁场中,磁感应强度为B,ab切割磁感线的有效长度为L,以速度v匀速切割磁感线.
(1)在Δt时间内导体ab由原来的位置运动到a1b1,闭合电路面积的变化量为多少
答案:(1)闭合电路面积的变化量为ΔS=LvΔt.
(2)穿过闭合电路磁通量的变化量为多少
答案:(2)穿过闭合电路磁通量的变化量为ΔΦ=BΔS=BLvΔt.
(3)感应电动势的大小是多少
1.如图甲所示,导线垂直于磁场运动,B、L、v两两垂直时,导线切割磁感线产生的感应电动势E= .
2.如图乙所示,导线的运动方向与导线本身垂直,但与磁感线方向夹角为θ时,导线切割磁感线产生的感应电动势E= .
3.切割磁感线的 等效为一个电源.在电源内部,电流由 流向 ,可以通过右手定则判断导线的电流流向,进而可知导线两端感应电动势的 .
BLv
BLvsin θ
导线
负极
正极
高低
1.判断正误
(1)穿过某闭合线圈的磁通量的变化量越大,产生的感应电动势就越大.(　　)
(2)穿过闭合回路的磁通量最大时,其感应电动势一定最大.(　　)
(3)导体棒在磁场中运动速度越大,产生的感应电动势一定越大.(　　)
(4)在匀强磁场中,只要导体棒的运动方向与磁场方向垂直,其电动势即可用E=BLv求解.(　　)
×
×
×
×
2.如图所示,在磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中,金属杆MN在平行金属导轨上以速度v向右匀速滑动,ab和cd两边的距离为L,金属杆MN垂直于ab和cd,则通过电阻R的电流方向及MN中产生的感应电动势E为多少
解析:由右手定则判断可得,电阻R上的电流方向为a→c,感应电动势E=BLv.
答案:a→c　BLv
3.如图所示,虚线区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场,一单匝正方形导线框垂直磁场放置,框的右边与磁场边界重合.现将导线框沿纸面垂直边界拉出磁场,若这一过程磁通量变化了0.05 Wb,所用时间为0.1 s,则导线框中产生的感应电动势是多少
答案:0.5 V
合作探究
突破要点,提升关键
探究点一　法拉第电磁感应定律的理解和应用
如图所示,A、B两个闭合线圈用同样的导线制成,匝数均为10匝,半径RA=2RB,图示区域内有匀强磁场,且磁感应强度随时间均匀减小.
(1)A、B线圈中产生的感应电动势之比EA∶EB是多少
(2)两线圈中感应电流之比IA∶IB是多少
命题角度1　感应电动势的计算
[例1] 将一面积为S,匝数为n的线圈放在匀强磁场中,已知磁场方向垂直于线圈平面,磁感应强度B随时间变化规律如图所示,线圈总电阻为r,则(　　)
D
命题角度2　电荷量的计算
[例2] (多选)如图所示,长直导线通以方向向上的恒定电流i,矩形金属线圈abcd与导线共面,线圈的长是宽的2倍,第一次将线圈由静止从位置Ⅰ平移到位置Ⅱ停下,第二次将线圈由静止从位置Ⅰ绕过d点垂直纸面的轴线旋转90°到位置Ⅲ停下,两次变换位置的过程所用的时间相同,以下说法正确的是(　　)
A.两次线圈所产生的平均感应电动势相等
B.两次线圈所产生的平均感应电动势不相等
C.两次通过线圈导线横截面的电荷量相等
D.两次通过线圈导线横截面的电荷量不相等
BD
[题组训练]
1.穿过一个内阻为1 Ω的10匝闭合线圈的磁通量每秒均匀减少2 Wb,则线圈中
(　　)
A.感应电动势每秒增加2 V
B.感应电动势每秒减少2 V
C.磁通量的变化率为2 Wb/s
D.感应电流为2 A
C
2.如图所示,将直径为d、电阻为R的闭合金属环从磁感应强度为B的匀强磁场中拉出,这一过程中通过金属环某一截面的电荷量为(　　)
A
探究点二　导线切割磁感线时的感应电动势
如图所示,一个半径为r的半圆形导体,处在磁感应强度为B的匀强磁场中.
(1)当导体沿OP方向以速度v做匀速运动时,其感应电动势的大小是多少
答案:(1)导线的有效长度L=2r,则感应电动势E=BLv=2Brv.
(2)当导体沿MN方向以速度v做匀速运动时,其感应电动势的大小是多少
答案:(2)此时导线的有效长度L=r,则感应电动势E=BLv=Brv.
(3)应用公式E=BLv计算感应电动势时,有什么条件限制吗
答案:(3)B、L、v三个量方向必须相互垂直.
对公式E=BLv的理解
(1)当B、L、v三个量方向相互垂直时E=BLv;当有任意两个量的方向平行时E=0.
(2)式中的L应理解为导线切割磁感线时的有效长度.若切割磁感线的导线是弯曲的,则应取其与B和v方向都垂直的等效线段长度来计算.如图中线段ab的长即为导线切割磁感线的有效长度.
(3)公式中的v应理解为导线和磁场的相对速度,当导线不动而磁场运动时也有电磁感应现象产生.
[例3] 如图所示,有一半径为R的圆形匀强磁场区域,磁感应强度为B,一条足够长的直导线以速度v进入磁场.从直导线进入磁场至匀速离开磁场区域的过程中,求:
(1)感应电动势的最大值为多少
解析:(1)由E=BLv可知,当直导线切割磁感线的有效长度L最大时,E最大,
L最大为2R,所以感应电动势的最大值Em=2BRv.
答案:(1)2BRv
思路点拨:(1)求瞬时感应电动势选择E=BLv.
[例3] 如图所示,有一半径为R的圆形匀强磁场区域,磁感应强度为B,一条足够长的直导线以速度v进入磁场.从直导线进入磁场至匀速离开磁场区域的过程中,求:
(2)在这一过程中感应电动势随时间变化的规律如何
[例3] 如图所示,有一半径为R的圆形匀强磁场区域,磁感应强度为B,一条足够长的直导线以速度v进入磁场.从直导线进入磁场至匀速离开磁场区域的过程中,求:
(3)从开始运动至经过圆心的过程中直导线中的平均感应电动势为多少
思路点拨:(3)应用E=BLv时找准导线的有效长度.
感应电动势的两个表达式对比
[针对训练] 如图所示,固定于水平面上的金属架CDEF处在竖直向下的匀强磁场中,金属棒MN在外力作用下沿框架以速度v向右匀速运动.t=0时,磁感应强度为B0,此时棒MN到达的位置恰好使MDEN构成一个边长为l的正方形.为使棒MN中不产生感应电流,从t=0开始,磁感应强度B应随时间t变化.以下能正确反映B与t的关系式是(　　)
C
课堂小结
自主建构 教材链接
教材第40页“讨论与交流”提示:
2.安培力对导线做负功,将机械能转化为电能.克服安培力做了多少功,就有多少电能产生(共33张PPT)
第四节　互感和自感
[课标引领]
建构核心素养 物理观念 通过互感、自感及自感电动势等概念的认识,体会物理概念的生成过程
科学思维 利用通电、断电自感的实例分析,掌握分析通电自感和断电自感现象的方法,体会物理模型在探索自然规律中的作用
科学探究 经历通断电自感灯泡亮度的观察及借助传感器观察自感电流变化,培养科学探究意识
科学态度与责任 通过互感和自感现象在生产、生活中的应用,体会科学对社会发展的推动作用
基础探究
形成概念,掌握新知
一、互感现象
如图所示,当左侧线圈中的开关闭合瞬间,右侧线圈中的电流表指针是否偏转 原因是什么
答案:偏转,因为闭合瞬间线圈B中磁通量发生了变化.
1.互感
如图所示,当线圈A中电流发生变化时,它产生的变化的磁场在线圈B中激发出了
.根据对称性思想,线圈B中感应电流的变化,同时也会在线圈A中产生相应的 .这种现象称为互感.
2.互感电动势
互感现象中所产生的感应电动势称为互感电动势.
感应电动势
感应电动势
3.互感的应用
利用互感现象可以将一个线圈中 的信号传递到另外一个线圈.如收音机的喇叭就是利用 现象制成的.
4.互感的危害
互感现象在电工技术和电子技术中有着广泛的应用,但并非所有的互感现象都是有利的,如有时互感现象会影响电路的正常工作,因此要尽力 其消极影响.
变化
互感
减小
二、自感现象和自感系数
如图所示的电路,将滑动变阻器的滑片置于某一位置,闭合开关,请思考并回答下列问题:
(1)稳定后,有没有磁通量穿过线圈 若有,这个磁通量是哪个磁场引起的
答案:(1)有,是线圈通电后自身产生的磁场引起的.
(2)滑动变阻器的滑片向左移动的过程,线圈中有没有感应电动势和感应电流产生 若有,请判断出感应电流的方向.
答案:(2)滑片左移,电流不断变大,穿过线圈的磁通量发生变化,有感应电动势和感应电流产生,线圈中感应电流的方向向左.
(3)滑动变阻器的滑片不移动和向右移动的过程,重新回答(2)中的问题.
答案:(3)滑片不移动,电流不变,穿过线圈的磁通量不发生变化,没有感应电动势和感应电流产生;滑片右移电流不断变小,穿过线圈的磁通量发生变化,有感应电动势和感应电流产生,线圈中感应电流的方向向右.
1.自感现象
由于线圈本身的电流发生 而产生的电磁感应现象称为自感.
2.自感电动势
在 现象中产生的感应电动势,称为自感电动势.
变化
自感
项目 电　路 现　象 自感电动势的作用
通电 自感 开关S闭合瞬间,灯泡L2 .正常发光,灯泡L1 地亮起来 阻碍电流的增加
断电 自感 在电路甲中,当开关S断开时,灯L2并没有立即熄灭,而是 熄灭. 在电路乙中,断开开关S的瞬间,灯泡L2 熄灭,灯泡L1却 再逐渐熄灭 阻碍电流的减小
3.通电自感和断电自感探究
立刻
逐渐
逐渐
立即
闪亮一下
4.自感电动势的大小
E= ,其中L是自感系数,简称 或 ,单位: ,符号是H.
5.自感系数大小的决定因素
自感系数与线圈的 、 、 以及是否有 等因素有关.
自感
电感
亨利
形状
长短
匝数
铁芯
三、生活、生产中的自感现象
有一次,小飞拿掉家里拉线开关的盒盖,关掉日光灯,看到了开关上有电火花产生,小飞感到迷惑.开关上产生电火花的原因是什么
答案:日光灯正常工作时,有电流通过镇流器的线圈,当断开开关时,镇流器中电流迅速减小,产生较大的自感电动势,故在断开开关时,两极间产生了一个瞬时高压,击穿空气,放电产生火花.
1.自感现象的应用
自感现象广泛地存在于生活、生产之中.人们常常利用自感现象比如断电自感来产生 .日光灯、 、煤气灶电子点火器等都利用了这一原理.
2.自感现象的危害
自感现象也会产生危害,生产中的大型电动机一般都有自感系数很大的线圈.
当电路中开关断开时,线圈会产生很大的 ,使开关的闸刀和固定夹片之间的空气电离而变成导体,形成 .这不仅会烧坏开关,甚至还会危害到操作人员的安全.因此,切断这种电路时必须采用特制的 .
高压
汽车发动机点火器
自感电动势
电弧
安全开关
1.判断正误
(1)两线圈相距较近时,可以产生互感现象,相距较远时,不产生互感现象.
(　　)
(2)自感现象中,感应电流的方向一定与引起自感的原电流的方向相反.(　　)
(3)只有闭合的回路才能产生互感.(　　)
(4)线圈的自感系数与电流大小无关,与电流的变化率有关.(　　)
×
×
×
×
2.如图所示,A、B是规格完全一样的灯泡.闭合开关S,调节滑动变阻器R,使A、B亮度相同,然后断开开关S. 重新闭合开关S,会观察到什么现象
答案:在闭合开关S的瞬间,灯泡A立刻正常发光,而灯泡B却是逐渐从暗到明,要比灯泡A迟一段时间正常发光.
3.如图所示,L为自感系数较大的线圈,电路稳定后小灯泡正常发光,当断开开关S的瞬间会有什么现象
答案:灯泡A立即熄灭.
合作探究
突破要点,提升关键
探究点一　互感现象的理解和应用
1.互感现象是一种常见的电磁感应现象,它不仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间,而且可以发生于任何两个相互靠近的电路之间.
2.互感现象可以把能量由一个电路传到另一个电路.后面将要学到的变压器就是利用互感现象制成的.
3.在电力工程和电子电路中,互感现象有时会影响电路的正常工作,这时要求设法减小电路间的互感.
[例1] 如图甲所示,A、B两绝缘金属环套在同一铁芯上,A环中电流iA随时间t的变化规律如图乙所示,下列说法中正确的是(　　)
A.t1时刻,两环作用力最大
B.t2和t3时刻,两环相互吸引
C.t2时刻两环相互吸引,t3时刻两环相互排斥
D.t3和t4时刻,两环相互吸引
B
解析:t1时刻感应电流为零,故两环作用力为零,A错误;t2和t3时刻A环中电流在减小,则B环中产生与A环中同向的电流,故相互吸引,B正确,C错误;
t4时刻A环中电流为零,两环无相互作用,D错误.
[针对训练] 在同一铁芯上绕着两个线圈,单刀双掷开关原来接在1处,现把它从1扳到2,如图所示,试判断在此过程中,在电阻R上的电流方向是(　　)
A.先由P→Q,再由Q→P
B.先由Q→P,再由P→Q
C.始终由Q→P
D.始终由P→Q
C
解析:开关由1扳到2,线圈A中电流产生的磁场由向右变为向左,先减小后反向增加,由楞次定律可得R中电流由Q→P,C正确.
探究点二　自感现象的理解及应用
如图所示为演示断电自感的电路,先闭合开关使灯泡发光,然后断开开关.请回答以下问题:
(1)为什么灯泡A不立即熄灭
答案:(1)电源断开时,A中由电源提供的电流瞬间变为零,而通过线圈L的电流减小,线圈中会产生自感电动势,且线圈L与灯泡A构成闭合回路,线圈L对灯泡A进行供电,所以灯泡A不会立即熄灭.
(2)L中感应电流的方向与原电流的方向有什么关系 产生的感应电动势在电路中起什么作用
答案:(2)L中感应电流的方向与原电流的方向相同;产生的感应电动势在电路中起阻碍电流减小的作用.
(3)开关断开后,通过灯泡的感应电流与原来通过它的电流方向有什么关系
答案:(3)原来通过灯泡的电流方向从左向右,开关断开后,通过灯泡的感应电流从右向左,所以通过灯泡的感应电流与原来通过它的电流方向相反.
1.对自感现象的分析思路
(1)明确通过自感线圈的电流大小的变化情况(是增大还是减小).
(2)根据“增反减同”,判断自感电动势的方向.
(3)分析阻碍的结果:当电流增强时,由于自感电动势的作用,线圈中的电流逐渐增大,与线圈串联的元件中的电流也逐渐增大;当电流减小时,由于自感电动势的作用,线圈中的电流逐渐减小,与线圈串联的元件中的电流也逐渐减小.
2.自感现象中,灯泡亮度变化的问题
项目 与线圈串联的灯泡 与线圈并联的灯泡
电路图
通电时 电流逐渐增大,灯泡逐渐变亮 电流I1突然变大,然后逐渐减小达到稳定,灯泡突然变亮然后逐渐变暗,最后亮度不变
断电时 电流逐渐减小,灯泡逐渐变暗,电流方向不变 电路中稳态电流为I1、I2,若I2≤I1,灯泡逐渐变暗;若I2>I1,灯泡闪亮一下后逐渐变暗,两种情况灯泡电流方向均改变
命题角度1　自感现象的理解
[例2] 关于自感现象、自感系数、自感电动势,下列说法正确的是(　　)
A.当线圈中通恒定电流时,线圈中没有自感现象,线圈自感系数为零
B.线圈中电流变化越快,线圈中的自感系数越大
C.自感电动势与原电流方向相反
D.对于确定的线圈,其产生的自感电动势与其电流变化率成正比
D
命题角度2　通、断电自感现象分析
[例3] 如图所示,电感线圈L的自感系数足够大,其直流电阻忽略不计,LA、LB是两个相同的灯泡,且在下列实验中不会烧毁,电阻R2的阻值约等于R1的两倍,则(　　)
A.闭合开关S时,LA、LB同时达到最亮,且LB更亮一些
B.闭合开关S时,LA、LB均慢慢亮起来,且LA更亮一些
C.断开开关S时,LA慢慢熄灭,LB马上熄灭
D.断开开关S时,LA慢慢熄灭,LB闪亮后才慢慢熄灭
D
思路点拨:解此题注意以下三点:
(1)分析自感电流的大小时,应注意“L的自感系数足够大,其直流电阻忽略不计”这一关键语句.
(2)电路接通瞬间,自感线圈相当于断路.
(3)电路断开瞬间,回路中电流从L中原来的电流开始减小.
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比LA先亮,A、B错误;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;当S断开的瞬间,线圈产生自感电动势,两灯泡组成串联电路,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.
断电自感的三点说明
(1)断开开关后,灯泡是否瞬间变得更亮,取决于电路稳定时两支路中电流的大小关系,即由两支路中电阻的大小关系决定.
(2)若断开开关后,线圈与灯泡不能组成闭合回路,则灯泡会立即熄灭.
(3)自感线圈直流电阻小与直流电阻不计含义不同,稳定时,前者相当于定值电阻,后者出现短路.
[题组训练]
1.如图所示,闭合电路中一定长度的螺线管可自由伸缩,通电时灯泡有一定亮度,若将一软铁棒从螺线管一端迅速插入螺线管内,则在插入过程中(　　)
A.灯泡变亮,螺线管缩短
B.灯泡变暗,螺线管缩短
C.灯泡变亮,螺线管伸长
D.灯泡变暗,螺线管伸长
D
解析:当插入软铁棒时,穿过线圈的磁通量增大,线圈产生自感,自感电流阻碍磁通量的增加,所以通过线圈的电流减小,灯泡变暗,线圈各匝上电流为同方向,同向电流相互吸引,电流减小,各匝之间相互吸引力减小,螺线管伸长,故D正确.
2.(多选)如图所示,灯A、B完全相同,带铁芯的线圈L的电阻可忽略,则(　　)
A.S闭合的瞬间,灯A、B同时发光,接着灯A变暗,灯B更亮,最后灯A熄灭
B.S闭合瞬间,灯A不亮,灯B立即亮
C.S闭合瞬间,灯A、B都不立即亮
D.稳定后再断开S的瞬间,灯B立即熄灭,灯A闪亮一下再熄灭
AD
解析:S闭合的瞬间,L所在支路中电流从无到有发生变化,因此,L中产生的自感电动势阻碍电流增加.由于有铁芯,自感系数较大,对电流的阻碍作用很强,所以S闭合的瞬间L中的电流非常小,即干路中的电流几乎全部流过灯A,所以灯A、B会同时亮;又由于L中电流逐渐稳定,感应电动势逐渐消失,灯A逐渐变暗,线圈的电阻可忽略,对灯A起到“短路”作用,因此灯A最后熄灭.这个过程电路的总电阻比刚接通时小,由欧姆定律可知,灯B会更亮,故A正确,B、C错误;稳定后再断开S瞬间,由于线圈的电流较大,L与灯A组成回路,灯A要闪亮一下再熄灭,灯B立即熄灭,故D正确.
课堂小结
自主建构 教材链接
教材第51页“讨论与交流”提示:
1.拔下正在工作的插头或者将插头插入插座,导线中电流迅速减小或增大,产生较大的自感电动势,故在两极间产生了一个瞬时高压,击穿空气,放电产生火花.在日常生活中,我们应当注意:不要用湿毛巾擦拭带电的电器,不要在一个插座上同时用多个电器等.
2.由于采用双线并绕的方法,当有电流通过时,两股导线中的电流方向是相反的,不管电流怎样变化,任何时刻两股电流总是等大反向的,所产生的磁通量也是等大反向的,故总磁通量等于零,在该线圈中不会产生电磁感应现象,因此消除了电感(共47张PPT)
第三节　电磁感应规律的应用
第二章　电磁感应
栏目索引
知识方法 探究
知识方法 探究
谢谢观看！
米
米
米米：
会米
米
米米
米
)
米)
0
X
X
A
B
C
D
米
米
米(共34张PPT)
第五节　涡流现象及其应用
[课标引领]
建构核心素养 物理观念 通过对涡流、电磁阻尼和电磁驱动的认识,体会物理概念的生成过程
科学思维 借助涡流的热效应、机械效应和磁效应的实例,体会将物理模型设计成应用产品的过程
科学探究 观察电磁阻尼和电磁驱动现象,了解电磁阻尼和电磁驱动的原理及其在生活、生产中的应用
科学态度与责任 通过涡流在生产、生活中的应用,体会科学对社会发展的推动作用
基础探究
形成概念,掌握新知
一、涡流现象
现在有不少家庭厨房用电磁炉烹饪食物,不仅无明火,而且电磁炉本身不会发热,十分安全方便.请查阅相关资料,说一说电磁炉的工作原理是什么
答案:电磁炉利用电磁感应的原理工作.
1.涡流
在整个导体中,一圈圈的 环绕导体轴线流动,看起来就像水中的 ,所以我们称之为涡电流,简称 .
2.涡流现象
这种在整块导体内部发生电磁感应而产生 的现象,称为涡流现象.
感应电流
旋涡
涡流
感应电流
二、涡流的热效应
如图所示为电动机、变压器线圈所绕的铁芯,请思考它们为什么不是由整块的金属制成的
答案:线圈中流过变化的电流,在铁芯中产生的涡流使铁芯发热,浪费了能量,
还可能损坏电器.
1.涡流的热效应
(1)定义.
金属块中的涡流也会产生 .如果金属的电阻率小,则会产生很强的涡流,产生大量的 .
(2)应用实例.
①高频感应炉.
②电磁炉.
热量
焦耳热
2.涡流的机械效应
(1)定义.
磁场中的涡流会受到 力的作用,表现出相应的机械效应.
(2)电磁驱动.
当磁场相对于导体运动时,导体中产生的涡流使导体受到安培力, 力使导体运动起来的现象叫作电磁驱动.
(3)电磁阻尼.
当导体在磁场中运动时,导体中产生的涡流使导体受到安培力,并且安培力总是
导体的运动,这种现象叫作电磁阻尼.
安培
安培
阻碍
(4)实例.
①磁性式转速表就是利用 作用制成的.
电磁驱动
②磁电式电表是利用 的作用制成的.
电磁阻尼
3.涡流的磁效应
(1)原因:涡流也是电流,而电流能够产生 .因此,涡流也具有磁效应.
(2)实例:金属探测器.
磁场
1.判断正误
(1)涡流是由整块导体发生的电磁感应现象,遵从法拉第电磁感应定律.(　　)
(2)在电磁阻尼与电磁驱动中安培力所起的作用相同.(　　)
(3)利用涡流制成的探雷器可以探出“石雷”.(　　)
(4)涡流的磁效应是将电能转化为磁场能的过程.(　　)
√
×
×
√
2.如图所示是电磁炉的加热原理图,电磁炉具为什么用平底的铁锅 涡流发生时,伴随着哪些能量发生转化
答案:在平底的铁锅底部产生涡流,从而使得锅底温度升高,起到加热饭菜的作用;其他形式的能转化为电能,最终转化为内能.
3.位于光滑水平面上的小车上放置一螺线管,一个比螺线管长的条形磁铁沿着螺线管的轴线水平穿过,如图所示,在此过程中小车会出现什么情况
答案:小车向右运动.
合作探究
突破要点,提升关键
探究点一　涡流及其热效应的应用
如图所示,在一个绕有线圈的铁芯上分别放一小铁锅水和一玻璃杯水,给线圈通入变化的电流,一段时间后,一个容器中水温升高.请探究并回答以下几个问题:
(1)线圈通入变化的电流在上述现象中的作用是什么
答案:(1)在线圈中形成变化磁场,引起铁芯中磁通量的变化.
(2)线圈通入变化的电流后,小铁锅和玻璃杯中的水哪个水温升高 为什么
答案:(2)小铁锅中的水;通入变化的电流,所产生的磁场发生变化,铁锅是导体,在其内产生涡流,电能转化为内能,使水温升高;涡流是由变化的磁场在导体内产生的,所以玻璃杯中的水不会升温.
1.涡流的产生
涡流实际上是一种特殊的电磁感应现象,当导体处在变化的磁场中,或者导体在非匀强磁场中运动时,导体内部可以等效成许许多多的闭合电路,当穿过这些闭合电路的磁通量发生变化时,在导体内部的这些闭合电路中将产生感应电流,即导体内部产生了涡流.
2.涡流的特点
(1)电流强:当电流在金属块内自成闭合回路(产生涡流)时,由于整块金属的电阻很小,涡流往往很强.
(2)功率大:根据公式P=I2R知,热功率的大小与电流的平方成正比,故金属块的发热功率很大.
3.能量转化
伴随着涡流现象,常见以下两种能量转化.
(1)如果金属块放在了变化的磁场中,则磁场能转化为电能,最终转化为内能.
(2)如果是金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动,则由于克服安培力做功,
金属块的机械能转化为电能,最终转化为内能.
命题角度1　涡流的理解
[例1] 下列关于涡流的说法中正确的是(　　)
A.涡流跟平时常见的感应电流一样,都是因为穿过导体的磁通量变化而产生的
B.涡流不是感应电流,而是一种有别于感应电流的特殊电流
C.涡流有热效应,但没有磁效应
D.在硅钢片中不能产生涡流
A
解析:涡流是一种特殊的电磁感应现象,它是感应电流,既有热效应,又有
磁效应.硅钢片中能产生涡流,但电流较小,故选项A正确.
命题角度2　涡流的热效应
[例2] 如图所示,电磁炉是利用感应电流(涡流)的加热原理工作的.下列关于电磁炉的说法正确的是(　　)
A.电磁炉可用陶瓷器皿作为锅具对食物加热
B.电磁炉面板采用陶瓷材料,发热部分为铁锅底部
C.电磁炉面板采用金属材料,通过面板涡流发热传导到锅里,再加热锅内食物
D.电磁炉的锅具一般不用铜锅,是因为铜锅中不能形成涡流
B
解析:电磁炉不可用陶瓷器皿作为锅具对食物加热,因为陶瓷锅不能产生涡流,选项A错误;为了让面板不发热,电磁炉面板采用陶瓷材料.铁锅产生涡流,发热部分为铁锅底部和侧壁,直接加热锅内食物,选项B正确,C错误;电磁炉的锅具一般不用铜锅,是因为铁磁性材料的磁化性质加强了涡流的效果,铜锅能产生涡流但是效果不明显,选项D错误.
涡流现象的分析方法
(1)涡流是整块导体中发生的电磁感应现象,分析涡流一般运用楞次定律和法拉第电磁感应定律.
(2)导体内部可以等效为许多闭合电路.
(3)导体内部发热的原理是电流的热效应.
[题组训练]
1.下列做法中可能产生涡流的是(　　)
A.把金属块放在匀强磁场中
B.让金属块在匀强磁场中做匀速运动
C.让金属块在匀强磁场中做变速运动
D.把金属块放在变化的磁场中
D
解析:涡流就是整个金属块中产生的感应电流,所以产生涡流的条件就是在金属块中产生感应电流的条件,即穿过金属块的磁通量发生变化,而A、B、C中穿过金属块的磁通量不变化,所以A、B、C错误;把金属块放在变化的磁场中时,穿过金属块的磁通量发生了变化,有涡流产生,所以D正确.
2.(多选)如图所示是高频焊接原理示意图.线圈中通以高频交变电流时,待焊接的金属工件中就产生感应电流,感应电流通过焊缝处产生大量热量,将金属熔化,把工件焊接在一起,而工件其他部分发热很少,以下说法正确的是(　　)
A.交变电流的频率越高,焊缝处的温度升高得越快
B.交变电流的频率越低,焊缝处的温度升高得越快
C.工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻小
D.工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻大
AD
解析:交变电流的频率越高,它产生的磁场的变化就越快.根据法拉第电磁感应定律,在待焊接工件中产生的感应电动势就越大,感应电流就越大,而放出的热量与电流的平方成正比,所以交变电流的频率越高,焊缝处放出的热量越多;焊缝处与其他地方的电流大小一样,根据Q=I2Rt,工件上只有焊缝处温度升得高,是因为焊缝处电阻很大,故A、D正确.
探究点二　涡流的机械效应
电磁阻尼与电磁驱动的比较
项目 电磁阻尼 电磁驱动
不同点 成因 由于导体在磁场中运动而产生感应电流,从而使导体受到安培力 由于磁场运动引起磁通量的变化而产生感应电流,从而使导体受到安培力
效果 安培力的方向与导体运动方向相反,阻碍导体运动 导体受安培力的方向与导体运动方向相同,推动导体运动
能量转化 导体克服安培力做功,其他形式的能转化为电能,最终转化为内能 由于电磁感应,磁场能转化为电能,通过安培力做功,电能转化为导体的机械能,从而对外做功
相同点 两者都是电磁感应现象,都遵循楞次定律,都是安培力阻碍引起感应电流的导体与磁场间的相对运动 [例3] 如图所示为电磁驱动器的原理图.其中①为磁极,它被固定在电动机②的转轴上,金属圆盘③可以绕中心轴转动,圆盘与转轴间的阻力较小.整个装置固定在一个绝缘支架④上.当电动机的转轴转动时,金属圆盘也将转动起来.下列有关说法正确的是(　　)
A.金属圆盘转动的方向和磁极的转动方向相同,转速小于磁极的转速
B.金属圆盘转动的方向和磁极的转动方向相同,转速等于磁极的转速
C.将金属圆盘换成绝缘圆盘,它也会跟着磁极转动
D.当电动机突然被卡住不转时,金属圆盘将转动较长时间才会停下来
A
解析:当磁极转动时,在金属圆盘中会产生涡流,涡流所受安培力阻碍其相对运动,金属圆盘转动方向与磁极的转动方向相同,但转速一定小于磁极的转速,这样才会有持续的安培力,让其持续转动下去,选项A正确,B错误;如果将金属圆盘换成绝缘圆盘,圆盘中不能产生感应电流,所以它不会跟着磁极转动,选项C错误;当电动机突然被卡住不转时,金属圆盘与磁极有相对运动,仍会产生涡流,金属圆盘的动能因电磁阻尼将转化为焦耳热,所以很快停下来,选项D错误.
对电磁阻尼和电磁驱动的理解
(1)电磁阻尼是感应电流所受的安培力对导体做负功,阻碍导体运动;而电磁驱动是感应电流所受的安培力对导体做正功,推动导体运动.
(2)在两种情况下,安培力均是阻碍导体与磁场之间的相对运动.
(3)在电磁驱动中,主动部分的速度(或角速度)大于被动部分的速度(或角速度).
(4)电磁阻尼和电磁驱动都是电磁感应现象,均可以根据楞次定律和左手定则分析导体的受力情况.
[针对训练1] (多选)如图所示,磁电式电表的线圈通常用铝框做骨架,把线圈绕在铝框上,这样做的目的是(　　)
A.防止涡流而设计的 B.利用涡流而设计的
C.起电磁阻尼的作用 D.起电磁驱动的作用
BC
解析:线圈通电后,在安培力作用下发生转动,铝框随之转动,并切割磁感线产生感应电流,也就是涡流.涡流阻碍线圈的转动,使线圈偏转后尽快停下来.所以,这样做的目的是利用涡流来起电磁阻尼的作用.
探究点三　涡流的磁效应
如图所示,每年高考入场时,监考老师会用金属探测器对考生进行扫描,说一说它的工作原理是什么
答案:当探测线圈靠近金属物体时,由于电磁感应现象产生电流,并把它转换成声音信号,根据声音有无,判断考生是否携带金属物体.
1.涡流磁效应的应用原理
涡流周围有磁场,可以通过检测这个磁场,间接地推断物质的属性.
2.实例分析
如图所示,通有变化电流的长柄线圈在扫过地面时,地下金属物体在变化的磁场中被激发出涡流,涡流产生磁场影响线圈的磁场,从而触发报警.安检人员使用的手持式金属探测器,也是应用类似的原理.当金属探测器扫过乘客身上所携带的金属物品时,就会触发金属探测器报警.
[例4] (多选)安检门是一个用于安全检查的“门”,“门框”内有线圈,线圈里通有交变电流,交变电流在“门”内产生交变磁场,金属物品通过“门”时能产生涡流,涡流的磁场又反过来影响线圈中的电流,从而引起报警.以下关于这个安检门的说法正确的是(　　)
A.这个安检门能检查出毒品携带者
B.这个安检门只能检查出金属物品携带者
C.如果这个“门框”的线圈中通上恒定电流,也能检查出金属物品携带者
D.这个安检门工作时,既利用了电磁感应现象,又利用了电流的磁效应
BD
解析:这个安检门是利用涡流工作的,因而只能检查出金属物品携带者,A错误,B正确;若“门框”的线圈中通上恒定电流,只能产生恒定磁场,它不能使块状金属产生涡流,因而不能检查出金属物品携带者,C错误;安检门工作时,既利用了电磁感应现象,又利用了电流的磁效应,D正确.
[针对训练2] (多选)如图所示是用金属探测器探测地下金属物的示意图,下列说法中正确的是(　　)
A.探测器内的线圈会产生变化磁场
B.只有有磁性的金属物才会被探测器探测到
C.探测到地下的金属物是因为探头中产生了涡流
D.探测到地下的金属物是因为金属物中产生了涡流
AD
解析:探测器内线圈通有变化电流产生变化磁场,若有金属物,则金属物中会产生涡流,涡流磁场反过来影响线圈中的电流,使探测器报警,故选A、D.
课堂小结
自主建构 教材链接
教材第55页“实验与探究”提示:
(1)实验方案常用导体切割磁感线运动的方式.
(2)磁铁转动时,金属片也跟着转动(共47张PPT)
第二节　法拉第电磁感应定律
第二章　电磁感应
栏目索引
教材知识 梳理
随堂达标 训练
知识方法 探究
教材知识 梳理
磁通量
无关
导体
变化率
×
√
√
BLv
BLv1
BLv sinθ
知识方法 探究
随堂达标 训练
谢谢观看！
米
米
米米：
会米
米
米米
米
强磁体
44
线圈
x你与
Z
十
)
B
w
甲
乙
米
米
米

展开更多......

收起↑