2018-2019学年高中物理（沪科）选修3-2（课件+检测）：1.4　电磁感应的案例分析 (3份打包)

1.4　电磁感应的案例分析 学 习 目 标 知 识 脉 络 1.理解反电动势的概念及其是怎样产生的． 2.知道反电动势在电路中的作用． 3.掌握电磁感应与力学的综合应用问题和处理方法．(重点、难点) 4.掌握电磁感应现象中能量的相互转化．(难点) [自 主 预 习·探 新 知] [知识梳理] 一、反电动势 1．基本概念 电动机转动时，线圈因切割磁感线，会产生感应电动势，感应电动势的方向跟加在线圈上的电压方向相反．这个跟外加电压的方向相反的感应电动势叫做反电动势． 2．含反电动势电路的电流和功率关系 (1)电流：I＝. (2)功率关系：IU－IE反＝I2R. 二、电磁感应中的能量转化 如图1­4­1所示，释放ab杆后，在重力的作用下，ab杆在磁场中下降的过程中，向下切割磁感线产生感应电流，在ab杆中电流的方向a→b，则ab杆受到的安培力方向向上，当安培力等于重力时，杆的下降速度最大，其数值为vm，则 图1­4­1 (1)最大速度的条件：mg＝BIL. (2)最大电动势：Em＝BLvm. (3)最大电流：设总电阻为R，则Im＝. (4)下降的最大速度：vm＝. (5)重力做功的最大功率：PG＝mgvm＝. (6)最大电功率：P电＝. ＝ 能量转换：达到最大速度后，重力做功功率与整个回路电功率相等． [基础自测] 1．思考判断 (1)电动机转动时，线圈中产生的感应电动势方向与外加电压方向相同． (×) 【提示】　相反． (2)对同一个电动机转得越快，产生的反电动势越大． (√) (3)电动机工作时，有反电动势产生，不遵守能量守恒定律． (×) 【提示】　仍遵守能量守恒定律． (4)外力克服安培力做功的过程是机械能转化为电能的过程． (√) (5)电磁感应现象中一定有能量的转化，其中克服安培力做的功大于电路中产生的电能． (×) 【提示】　克服安培力做的功等于电路中产生的电能． (6)楞次定律是电磁感应现象中能量转化守恒定律的反映． (√) 2．关于反电动势，下列说法中正确的是(　　) 【导学号：53932022】 A．只要线圈在磁场中运动就能产生反电动势 B．只要穿过线圈的磁通量变化，就产生反电动势 C．电动机在转动时线圈内产生反电动势 D．反电动势就是发电机产生的电动势 C　[反电动势是与电源电动势相反的电动势，其作用是削弱电源的电动势，产生反电动势的前提是必须有电源存在，故选C.] 3．如图1­4­2所示，竖直放置的两根平行金属导轨之间接有定值电阻R，质量不能忽略的金属棒与两导轨始终保持垂直并良好接触且无摩擦，棒与导轨的电阻均不计，整个装置放在匀强磁场中，磁场方向与导轨平面垂直，棒在竖直方向上的恒力F作用下加速上升的一段时间内，力F做的功与安培力做的功的代数和等于 (　　) 图1­4­2 A．棒的机械能增加量 B．棒的动能增加量 C．棒的重力势能增加量 D．电阻R上放出的热量 A　[棒加速上升时受到重力、拉力F及安培力．根据功和能的关系可知力F与安培力做的功的代数和等于棒的机械能的增加量，A选项正确．] [合 作 探 究·攻 重 难] 电磁感应中的动力学问题 1．具有感应电流的导体在磁场中将受到安培力作用，所以电磁感应问题往往与力学问题联系在一起，处理此类问题的基本方法是： (1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势的大小和方向． (2)求回路中的感应电流的大小和方向． (3)分析导体的受力情况(包括安培力)． (4)列动力学方程或平衡方程求解． 2．电磁感应现象中涉及的具有收尾速度的力学问题，关键要抓好受力情况和运动情况的动态分析： 加速度等于零时，导体达到稳定运动状态． 3．两种状态处理 (1)导体处于平衡状态——静止或匀速直线运动状态． 处理方法：根据平衡条件——合力等于零列式分析． (2)导体处于非平衡状态——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． 　如图1­4­3所示，空间存在B＝0.5 T、方向竖直向下的匀强磁场，MN、PQ是水平放置的平行长直导轨，其间距L＝0.2 m，电阻R＝0.3 Ω接在导轨一端，ab是跨接在导轨上质量m＝0.1 kg，电阻r＝0.1 Ω的导体棒，已知导体棒和导轨间的动摩擦因数为0.2.从零时刻开始，对ab棒施加一个大小为F＝0.45 N、方向水平向左的恒定拉力，使其从静止开始沿导轨滑动，过程中棒始终保持与导轨垂直且接触良好(不计导轨电阻，g取10 m/s2)，求： (1)导体棒所能达到的最大速度． (2)试定性画出导体棒运动的速度－时间图像． 思路点拨：①棒先做变加速后做匀速运动；②匀速运动时棒的速度达到最大值． 【解析】　ab棒在拉力F作用下运动，随着ab棒切割磁感线运动的速度增大，棒中的感应电动势增大，棒中感应电流受到的安培