2.2.2 法拉第电磁感应定律 导学案-2023-2024学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

题目 2.2.2 法拉第电磁感应定律2 课型 新授课 时间 11月份 学习目标 会分析电磁感应的电路问题、动力学问题、能量问题。 基础知识 一、电磁感应的电路问题 1．电磁感应的电路问题 2．解决电磁感应中电路问题的一般步骤 (1)用法拉第电磁感应定律、楞次定律和安培定则(或右手定则)确定感应电动势的大小和方向。 (2)画等效电路图。 (3)运用闭合电路的欧姆定律，串、并联电路的性质等求解。 3．与上述问题相关的几个知识点 二、电磁感应中的动力学问题 1．基本思路 电磁感应问题往往跟力学问题联系在一起，这类问题需要综合运用电磁感应规律和力学的相关规律解决。因此，处理此类问题的一般思路是“先电后力”。 2．两种运动状态 (1)导体处于平衡态——静止或匀速直线运动状态。 处理方法：根据平衡条件列式分析。 (2)导体处于非平衡态——加速度不为零。 处理方法：根据牛顿第二定律进行动态分析或结合功能关系分析。 3．力学对象和电学对象的相互联系 三、电磁感应中的能量问题 1．基本思路 电磁感应过程总是伴随着能量的转化，产生电磁感应现象的过程是克服安培力做功的过程，导体切割磁感线的过程中，回路中产生感应电流，机械能转化为电能；磁通量变化的过程，磁场能转化为电能；电流通过导体受到安培力作用或通过电阻发热，电能转化为机械能或内能。 2．能量转化及焦耳热的求法 (1)能量转化 (2)求解焦耳热的三种方法 (3)求解电能的思路 若电流恒定，可以根据电路结构及W＝UIt或Q＝I2Rt直接计算。若电流变化，则：①利用克服安培力做功求解，电磁感应中产生的电能等于克服安培力所做的功。②利用能量守恒或功能关系求解，若只有电能与机械能的转化，则机械能的减少量等于产生的电能。 课堂拓展 1.如图所示，两足够长的平行光滑的金属导轨MN、PQ相距L，导轨平面与水平面的夹角θ＝30°，导轨电阻不计，磁感应强度大小为B的匀强磁场垂直于导轨平面向上。长为L的金属棒ab垂直于MN、PQ放置在导轨上，且始终与导轨接触良好，金属棒的质量为m、电阻为R。两金属导轨的上端连接一个灯泡，灯泡的电阻也为R。现闭合开关K，给金属棒施加一个方向垂直于棒且平行于导轨平面向上的、大小为F＝2mg的恒力，使金属棒由静止开始运动，当金属棒达到最大速度时，灯泡恰能达到它的额定功率。重力加速度为g。 (1)求金属棒能达到的最大速度vm； (2)求灯泡的额定功率P灯； (3)若金属棒上滑距离为s时速度恰好达到最大，求金属棒由静止开始上滑2s的过程中，金属棒上产生的电热Q1。 2.有一个边长L＝0.1 m的正方形导线框abcd，质量m＝10 g，由高度h＝0.2 m处自由下落，如图2-3所示。其下边ab进入匀强磁场区域后，线圈开始做匀速运动，直到其上边dc刚刚开始穿出匀强磁场为止，此匀强磁场区域宽度也是L。求线框在穿越匀强磁场过程中产生的焦耳热。g取10 m/s2 。 随堂检测 3．如图所示，MN与PQ是两条水平放置且彼此平行的光滑金属导轨，导轨间距L＝0.5 m，质量m＝1 kg、电阻r＝0.5 Ω的金属杆ab垂直跨接在导轨上，匀强磁场的磁感应强度方向垂直纸面向里，磁感应强度的大小B＝2 T，导轨左端接阻值R＝2 Ω的电阻，导轨电阻不计。t＝0时刻ab杆受水平拉力F的作用后由静止开始向右做匀加速运动，第4 s末ab杆的速度v＝2 m/s。 (1)求4 s末ab杆受到的安培力FA的大小； (2)若0～4 s时间内，电阻R上产生的焦耳热为1.7 J，这段时间内水平拉力F做的功为多少？ (3)若第4 s末以后，拉力不再变化，且4 s末至ab杆达到最大速度的过程中通过杆的电荷量q＝4 C，则该过程ab杆克服安培力做的功WA为多大？(结果保留两位有效数字) 4.随着电磁技术的日趋成熟，新一代航母已准备采用全新的电磁阻拦技术，它的原理是，飞机着舰时利用电磁作用力使它快速停止。为研究问题的方便，我们将其简化为如图所示的模型。在磁感应强度为B、方向如图所示的匀强磁场中，两根平行金属轨道MN、PQ固定在水平面内，相距为L，电阻不计。轨道端点M、P间接有阻值为R的电阻。一个长为L、质量为m、阻值为r的金属导体棒ab垂直于MN、PQ放在轨道上，与轨道接触良好。飞机着舰时，质量为M的飞机迅速钩住导体棒ab，钩住之后关闭动力系统并立即获得共同的速度v，忽略摩擦等次要因素，飞机和金属棒系统仅在安