2.3 电磁感应规律的应用（课件）- 高二物理同步精品课堂（粤教版2019选择性必修第二册）

2.3 电磁感应规律的应用 新粤教版（2019）高中物理选择性必修第二册 第二章 新课引入 都与电磁感应现象有着密切的联系！ 超速“电子眼” 法拉第发电机 航母阻拦技术 情境：如图所示是目前普遍适用的一款“电子眼”即一套利用电磁感应规律制成的交通检测设备的物理模型图。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，引起线圈中电流的变化。 超速“电子眼” 根据，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。 【例题1】如图所示，长为L的铜棒OA在垂直于匀强磁场的平面上绕点O以角速度ω匀速转动，磁场的磁感应强度为B 。求铜棒中感应电动势的大小，并分析O、A两点电势的高低。 法拉第发电机 根据右手定则，若连接铜棒两端形成回路，回路中电流方向由点A指向点O, 铜棒相当于电源，在电源内部电流方向是从电源的负极流向正极，故点O的电势高，点A的电势低 磁通量的变化量 设在△t时间内，铜棒转过的角度为 铜棒扫过的面积 解： 感应电动势的大小 在例题1中，能否根据 计算感应电动势的大小？能否根据楞次定律判断电势高低？ 由，有E=BL=B 能 铜棒转动时，由于棒上各处速率不等，故不能直接用公式E=BLv进行求解，由于v=ωr可知，棒上各点的线速度跟半径成正比，故可用棒上中点的线速度作为平均切割速度代入公式计算. 能用楞次定律判断电势高低，如教材正文分析，回路面积减小，感应磁场的方向与原磁场方向相同，即垂直纸面向里，应用安培定则可以判断点O的电势高，点A的电势低。 情境：1831年10月，法拉第将一个紫铜制成的圆盘置于蹄形磁极之间，发明了世界上第一台发电机——法拉第圆盘发电机，如图所示。圆盘的圆心固定一个摇柄，圆盘的边缘和圆心处各与一个黄铜电刷紧贴。当转动摇柄使铜盘旋转起来时，与电刷连接的电流计显示电路中产生了持续的电流。 【思考问题】（1）在法拉第圆盘电机中，哪部分相当于电源？ （2）铜盘上电流的方向是怎样的？ 法拉第发电机 我们可以把圆盘看作是由无数根长度等于半径的紫铜辐条组成的,在转动圆盘时,每根辐条都做切割磁感线的运动如图所示,当辐条转到OA位置时,辐条和外电路中的电流表恰好构成闭合电路,电路中便有电流产生了. 电流的方向根据右手定则判断.如果它与用电器连接就组成了闭合电路.在电源内部,感应电流方向是从电源的负极流向正极;在外电路中,电流从电源的正极经用电器流向电源的负极. 法拉第发电机 随着圆盘的不断旋转,总有某根辐条到达OA位置,因此外电路中便有了持续不断的电流在法拉第电机中,产生感应电动势的那部分导体相当于电源. 【例题2】2012年11月，我国歼－15舰载机（如图甲所示）在“辽宁号”航空母舰上着舰成功，它的阻拦系统原理如图乙所示，飞机着舰时，通过阻拦索对飞机施加作用力，使飞机在甲板上短距离滑行后停止。新一代航母阻拦系统的研制，则从阻拦索阻拦转向了引入电磁学模型的电磁阻拦技术，其基本原理如图丙所示，飞机着舰时钩住轨道上的一根金属棒并关闭动力系统，在磁场中共同滑行减速。阻拦索与金属棒绝缘。 乙 丙 甲 航母阻拦技术 （1）试分析电磁阻拦相对于阻拦索阻拦的优点。 （2）试分析电磁阻拦中，飞机从钩住金属棒到停下来的整个过程做怎样的运动。 【分析】 对于第(1)个问题，可以通过受力分析比较两种阻拦模型中阻力的来源，进而比较其优缺点。对于第(2)个问题，可以将飞机和金属棒看成一个整体，综合应用动量守恒、运动学、安培力等知识，分析整个过程中的运动状态。 【解】 (1)根据阻拦索阻拦模型的受力分析，可知飞机受到两根阻拦索的作用力。对于阻拦索而言，一方面在硬度和韧性方面的工艺要求非常苛刻，制造难度大；另一方面，阻拦索持续工作一段时间后，容易出现疲劳和老化等问题。 对于电磁阻拦模型，可把飞机与金属棒看成一个整体，其在磁场中做切割磁感线运动时会受到安培力的阻碍作用，相对于利用阻拦索阻拦而言，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。 航母阻拦技术 （2）以飞机和金属棒组成的整体为研究对象，设飞机质量为M，金属棒质量为m，飞机刚钩住金属棒的前后时刻系统动量守恒，根据动量守恒定律，有 解得 即飞机以的速度着舰，钩住金属棒后与金属棒以共同速度进入磁场。 在随后任一时刻，设金属棒做切割磁感线运动产生的感应电流大小为i，忽略摩擦阻力，根据牛顿第二定律，可知此时加速度a的大小为: 设金属棒电阻为r，飞机和金属棒的共同速度为v'，轨道端点M