2.3 电磁感应定律的应用（word教参）-【优化探究】2021-2022学年新教材高中物理选择性必修2（粤教版）

第三节　电磁感应定律的应用 学习目标 核心素养 1.了解超速“电子眼”的原理。 2.了解法拉第发电机的构造及工作原理。 3.了解航母阻拦技术中力学和运动学问题。 物理观念：超速“电子眼”、法拉第发电机、航母阻拦技术 科学思维：通过超速“电子眼”、法拉第发电机、航母阻拦技术的学习，掌握电磁感应定律的应用 授课提示：对应学生用书第34页 [知识梳理] 一、超速“电子眼” 　超速“电子眼”即是一套利用电磁感应规律制成的交通监测设备。如图所示，在路面下方间隔一段距离埋设两个通电线圈，当车辆通过通电线圈上方的道路时，由于车身是由金属材料制成的，做切割磁感线运动会产生感应电流，引起电路中电流的变化。根据v＝，只有汽车先后通过两个线圈上方的时间间隔小于某个值，拍摄装置才会被触发拍下超速车辆的照片。 二、法拉第发电机 　铜棒在匀强磁场中旋转做切割磁感线运动产生感应电动势，如图所示，铜棒在磁场中绕A点在纸面内以角速度ω匀速转动，磁感应强度为B，平均切割速度BωL2。＝，则E＝BLvC＝＝ 三、航母阻拦技术 　航母阻拦技术的原理是飞机着舰时钩住轨道上的一根金属棒并关闭动力系统，金属棒在磁场中做切割磁感线运动而受到安培力作用使飞机做减速运动，电磁阻拦减少了对阻拦索的依赖，提高了飞机着舰的安全性和可靠性。 [自主评价] 1．判断正误 (1)超速“电子眼”即是一套利用电流的磁效应规律制成。(×) (2)铜棒在匀强磁场中旋转做切割磁感线运动产生感应电动势E＝BωL2。(√) (3)航母阻拦技术利用金属棒在磁场中做切割磁感线运动而受到作用力使飞机做加速运动。(×) 2．情景思考 夏天将到，在北半球，当我们抬头观看教室内的电扇时，发现电扇正在逆时针转动。金属材质的电扇示意图如图所示，由于地磁场的存在，试确定A、O两点的电势高低及电势差的大小。 提示：A点电势比O点电势高，E＝BL2ω。 授课提示：对应学生用书第34页 要点一　电磁感应中的电路问题 1．对电源的理解 (1)在电磁感应现象中，产生感应电动势的那部分导体相当于电源，如切割磁感线的导体棒、内有磁通量变化的线圈等，这种电源将其他形式的能转化为电能。 (2)判断感应电流和感应电动势的方向，都是利用相当于电源的部分根据右手定则或楞次定律判定的。实际问题中应注意外电路电流由高电势处流向低电势处，而内电路则相反。 2．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。 3．掌握常见三种电动势计算公式：E＝nBωL2。＝，E＝BLvsin θ及E＝BL 4．解决电磁感应中的电路问题的基本思路 (1)明确哪部分导体或电路产生感应电动势，该导体或电路相当于电源，其他部分是外电路。 (2)用法拉第电磁感应定律或切割磁感线公式确定感应电动势的大小，用楞次定律或右手定则确定感应电动势的方向。 (3)分清内外电路，画出等效电路图。 (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。 　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； (2)导体棒AB两端的电压UAB。 [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向上，即沿B→A方向。 (2)R并＝＝2 Ω I＝ A＝ UAB＝IR并＝ V≈1.7 V。 [答案]　(1)2.5 V　B→A方向　(2)1.7 V 导体棒在匀强磁场运动过程中的变与不变 (1)外电阻的变与不变 若外电路由无阻导线和定值电阻构成，导体棒运动过程中外电阻不变；若外电路由考虑电阻的导线组成，导体棒运动过程中外电阻改变。 (2)内电阻与电动势的变与不变 切割磁感线的有效长度不变，则内电阻与电动势均不变。反之，则发生变化。处理电磁感应过程中的电路问题时，需特别关注电动势及内、外电阻是否变化。 针对训练 1.(多选)法拉第圆盘发电机的示意图如图所示。铜圆盘安装在竖直的铜轴上，两铜片P、Q分别与圆盘的边缘和铜轴接触。圆盘处于方向竖直向上的匀强磁场B中。圆盘旋转时，关于流过电阻R的电流，下列说法正确的是(　　) A．若圆盘转动的角速度恒定，则电流大小恒定 B．若从上向下看，圆盘顺时针转动，则电流沿a到b的方向