20xx沪科版高中物理选修3-214电磁感应的案例分析

20xx沪科版高中物理选修3-214电磁感应的案例分析内容摘要：

2 ) 电磁感应现象中涉及的具有首尾速度的力学问题。 ① 关键要抓好受力情况和运动情况的动态分析 : 导体受力运动 → 产生感应电动势 → 感应电流 → 通电导体受安培力 →合外力变化 → 加速度变化 → 速度变化 加速度等于零时 ,导体达到稳定运动状态。 探究一 探究二 探究三 ② 两种状态处理 : 达到稳定运动状态后 ,导体匀速运动 ,受力平衡 ,应根据平衡条件合外力为零列式分析平衡态。 导体达到稳定运动状态之前 ,往往做变加速运动 ,处于非平衡态 ,应 根据牛顿第二定律或结合功能关系分析非平衡态。 特别提醒 对于电磁感应现象中 ,导体在安培力及其他力共同作用下运动 ,最终趋于一稳定状态的问题 ,利用好导体达到稳定状态时的平衡方程 ,往往是解答该类问题的突破口。 探究一 探究二 探究三 例题 2 如图所示 ,光滑的平行长直金属导轨置于水平面内 ,间距为 L ,导轨左端接有阻值为 R 的电阻 ,质量为 m 的导体棒垂直跨接在导轨上。 导轨和导体棒的电阻均不计 ,且接触良好。 在导轨平面上有一矩形区域内存在着竖直向下的匀强磁场 ,磁感应强度大小为 B。 开始时 ,导体棒静止于磁场区域的右端 ,当磁场以速度 v1匀速 向右移动时 ,导体棒随之开始运动 ,同时受到水平向左、大小为 f 的恒定阻力 ,并很快达到恒定速度 ,此时导体棒仍处于磁场区域内。 求导体棒所达到的恒定速度 v2。 点拨 : ( 1 ) 导体棒的切割速度是导体棒与磁场的相对速度。 ( 2 ) 导体棒先做加速运动后达到匀速运动状态。 ( 3 ) 导体棒达到恒定速度时受力平移。 探究一 探究二 探究三 解析 :导体棒切割磁感线的速度大小为 ( v 1 v 2 ), 则E= B ( v 1 v 2 ) L , I=𝐸𝑅, F= BI L =𝐵2𝐿2( 𝑣 1 𝑣 2 )𝑅,当 F= f 时速度恒定 ,即 f= F=𝐵2𝐿2( 𝑣 1 𝑣 2 )𝑅, 所以 v 2 =v 1 𝑓 𝑅𝐵2𝐿2。 答案 : v 1 𝑓 𝑅𝐵2𝐿2 题后反思 此题情境相对复杂需要理清几个关键点 :导体棒移动速度并非常规条件下的切割速度 ,因磁场移动与磁场的相对速度才是切割速度。 随着导体棒加速运动 ,所受安培力在不断减小 ,当达到 f= F 时 ,受力平衡 ,匀速运动。 探究一 探究二 探究三 触类旁通 导体棒达到恒定速度时 ,导体棒所受安培力做正功还是负功 ? 由于安培力做功 ,试分析能量的转化情况。 提示 :由右手定则可判断感应电流方向 ,由左手定则可判断导体棒所受安培力方向与速度方向相同 ,所以安培力做正功 ,而安培力做正功时 ,消耗电能 ,同时克服阻力而导致内能增加 ,所以安培力做功时电能转化为内能。 探究一 探究二 探究三 电磁感应中的电路问题 问题导引 反电动势的原理是什么 ? 反电动势的方向判断和电动势一样吗 ? 提示 如图所示 ,当电动机通过如图所示电流时 ,线圈受安培力方向可由左手定则判定 ,转动方向如图所示 ,此时 AB 、 CD 两边切割磁感线 ,必有感应电动势产生 ,感应电流方向可由右手定则来判定 ,与原电流方向相反 ,故这个电动势叫做反电动势。 探究一 探究二 探究三 名师精讲 电磁感应现象中的电路问题 ( 1 ) 分析思路 :在电磁感应现象中 ,切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势。 若回路闭合 ,则产生感应电流 ,感应电流引起热效应等 ,所以电磁感应问题常与电路知识综合考查。 解决与电路相联系的电磁感应问题的基本方法是 : ① 明确哪部分导体或电路产生感应电动势 ,该导体或电路就是电源 ,其他部分是外电路。 ② 用法拉第电磁感应定律确定感应电动势的大小 ,用楞次定律确定感应电动势的方向。 ③ 画等效电路图。 分清内外电路 ,画出等效电路图是解决此。