沪科版高中物理选修(3-2)1.4《电磁感应的案例分析》word教案
1.4电磁感应的案例分析 学案(2020年沪科版高中物理选修3-2)
1.4电磁感应的案例分析学案（2020年沪科版高中物理选修3-2）1.4电磁感应的案例分析电磁感应的案例分析学科素养与目标要求物理观念1.了解反电动势的概念及其作用.2.进一步熟练掌握牛顿运动定律.动能定理.能量守恒定律等基本规律.科学思维1.掌握电磁感应中动力学问题的分析方法，建立解决电磁感应中动力学问题的思维模型.2.理解电磁感应过程中能量的转化情况，能用能量的观点分析和解决电磁感应问题.一.反电动势1.定义电动机转动时，线圈因切割磁感线，所以会产生感应电动势.线圈中产生的感应电动势跟加在线圈上的电压方向相反.这个跟外加电压方向相反的感应电动势叫反电动势.2.在具有反电动势的电路中，其功率关系为IUIE反I2R；式中IU是电源供给电动机的功率输入功率，IE反是电动机输出的机械功率输出功率，I2R是电动机回路中损失的热功率.二.电磁感应中的动力学问题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用闭合电路欧姆定律求回路中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a0或平衡方程a0求解.例1如图1所示，空间存在B0.5T.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L0.2m，电阻R0.3接在导轨一端，ab是跨接在导轨上质量为m0.1kg.接入电路的电阻为r0.1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F0.45N.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，求g10m/s2图11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.答案110m/s2见解析图解析1导体棒切割磁感线运动，产生的感应电动势EBLv回路中的感应电流IERr导体棒受到的安培力F安BIL导体棒运动过程中受到拉力F.安培力F安和摩擦力f的作用，根据牛顿第二定律FmgF安ma由得FmgB2L2vRrma由可知，随着速度的增大，安培力增大，加速度a减小，当加速度a减小到0时，速度达到最大.此时有FmgB2L2vmRr0可得vmFmgRrB2L210m/s2由1中分析可知，导体棒运动的速度时间图像如图所示.例2如图2甲所示，两根足够长的直金属导轨MN.PQ平行放置在倾角为的绝缘斜面上，两导轨间距为L，M.P两点间接有阻值为R的电阻，一根质量为m的均匀直金属杆ab放在两导轨上，并与导轨垂直，整套装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于斜面向下，导轨和金属杆的电阻可忽略，让ab杆沿导轨由静止开始下滑，导轨和金属杆接触良好，不计它们之间的摩擦.重力加速度为g图21由b向a方向看到的装置如图乙所示，请在此图中画出ab杆下滑过程中某时刻的受力示意图；2在加速下滑过程中，当ab杆的速度大小为v 时，求此时ab杆中的电流及其加速度的大小；3求在下滑过程中，ab杆可以达到的速度最大值.答案1见解析图2BLvRgsinB2L2vmR3mgRsinB2L2解析1由右手定则可知，ab杆中电流方向为ab.如图所示，ab杆受重力mg，方向竖直向下；支持力N，方向垂直于导轨平面向上；安培力F安，方向沿导轨向上.2当ab杆的速度大小为v时，感应电动势EBLv，此时电路中的电流IERBLvRab杆受到安培力F安BILB2L2vR根据牛顿第二定律，有mgsinF安mgsinB2L2vRma则agsinB2L2vmR.3当a0时，ab杆有最大速度vm，即mgsinB2L2vmR，解得vmmgRsinB2L2.提示1.受力分析时，要把立体图转换为平面图，同时标明电流方向及磁场的方向，以便准确地画出安培力的方向.2.要特别注意安培力的大小和方向都有可能变化.学科素养例1.例2考查了电磁感应的动力学问题，在处理该类问题时，要把握好受力情况.运动情况的动态分析.基本思路是导体受外力运动EBLv产生感应电动势IERr产生感应电流FBIL导体受安培力合外力变化F合ma加速度变化速度变化感应电动势变化a0，v达到最大值.将电磁感应与受力分析.牛顿运动定律.物体的平衡等知识有机结合，培养了学生的综合分析.推理能力，体现了物理“科学思维”的学科素养.三.电磁感应中的能量问题1.电磁感应中能量的转化1转化方式2涉及到的常见功能关系有滑动摩擦力做功，必有内能产生；有重力做功，重力势能必然发生变化；克服安培力做多少功，就有多少其他形式的能转化为电能.2.焦耳热的计算1电流恒定时，根据焦耳定律求解，即QI2Rt.2感应电流变化，可用以下方法分析利用动能定理，求出克服安培力做的功W安，即QW安.利用能量守恒定律，焦耳热等于其他形式能量的减少量.例3如图3所示，MN和PQ是电阻不计的平行金属导轨，其间距为L，导轨弯曲部分光滑，平直部分粗糙，二者平滑连接.右端接一个阻值为R的定值电阻.平直部分导轨左边区域有宽度为d.方向竖直向上.磁感应强度大小为B的匀强磁场.质量为m.接入电路的电阻也为R的金属棒从高度为h处由静止释放，到达磁场右边界处恰好停止.已知金属棒与平直部分导轨间的动摩擦因数为，金属棒与导轨垂直且接触良好，重力加速度为g.则金属棒穿过磁场区域的过程中图3A.流过金属棒的最大电流为Bd2gh2RB.通过金属棒的电荷量为BdLRC.克服安培力所做的功为mghD.金属棒产生的焦耳热为12mghd答案D解析金属棒沿弯曲部分下滑过程中，机械能守恒，由机械能守恒定律得mgh12mv2，金属棒到达平直部分时的速度v2gh，金属棒到达平直部分后做减速运动，刚到达平直部分时的速度最大，最大感应电动势EBLv，最大感应电流IERRBL2gh2R，故A错误；通过金属棒的感应电荷量qIt2RBdL2R，故B错误；金属棒在整个运动过程中，由动能定理得mghW安mgd00，克服安培力做功W安mghmgd，故C错误；克服安培力做的功转化为焦耳热，定值电阻与金属棒的电阻相等，通过它们的电流相等，则金属棒产生的焦耳热Q12Q12W安12mghd，故D正确.例4如图4所示，足够长的平行光滑U形导轨倾斜放置，所在平面的倾角37，导轨间的距离L1.0m，下端连接R1.6的电阻，导轨电阻不计，所在空间存在垂直于导轨平面向上的匀强磁场，磁感应强度B1.0T.质量m0.5kg.电阻r0.4的金属棒ab垂直置于导轨上，现用沿导轨平面且垂直于金属棒.大小为F5.0N的恒力使金属棒ab从静止开始沿导轨向上滑行，当金属棒滑行s2.8m后速度保持不变.求sin370.6，cos370.8，g10m/s2图41金属棒匀速运动时的速度大小v；2金属棒从静止到刚开始匀速运动的过程中，电阻R上产生的热量QR.答案14m/s21.28J解析1金属棒做匀速运动时产生的感应电流为IBLvRr 对金属棒进行受力分析，由平衡条件有FmgsinBIL代入数据解得v4m/s.2设整个电路中产生的热量为Q，由动能定理得FsmgssinW 安12mv2，而QW安，QRRRrQ，代入数据解得QR1.28J.1.电磁感应中的动力学问题如图5所示，MN和PQ是两根互相平行竖直放置的光滑金属导轨，已知导轨足够长，且电阻不计，ab是一根与导轨垂直且始终与导轨接触良好的金属杆.开始时，将开关S断开，让杆ab由静止开始自由下落，过段时间后，再将S 闭合，若从S闭合开始计时，则金属杆ab的速度v随时间t变化的图像不可能是下图中的图5答案B解析S闭合时，若金属杆受到的安培力B2l2vRmg，ab杆先减速再匀速，D项有可能；若B2l2vRmg，ab杆做匀速运动，A项有可能；若B2l2vRmg，ab杆先加速再匀速，C项有可能；由于v变化，mgB2l2vRma中a不恒定，故B项不可能.2.电磁感应中的能量问题多选如图6所示，两根光滑的金属导轨，平行放置在倾角为的斜面上，导轨的左端接有电阻R，导轨自身的电阻可忽略不计.斜面处在一匀强磁场中，磁场方向垂直于斜面向上.质量为m.电阻可以忽略不计的金属棒ab，在沿着斜面与棒垂直的恒力F作用下沿导轨匀速上滑，且上升的高度为h重力加速度为g，在这一过程中图6A.作用于金属棒上的各个力的合力所做的功等于零B.作用于金属棒上的各个力的合力所做的功等于mgh与电阻R 上产生的焦耳热之和C.恒力F与安培力的合力所做的功等于零D.恒力F与重力的合力所做的功等于电阻R上产生的焦耳热答案AD解析金属棒匀速上滑的过程中，对金属棒受力分析可知，有三个力对金属棒做功，恒力F做正功，重力做负功，安培力阻碍相对运动，沿导轨平面向下，做负功，匀速运动时，金属棒所受合力为零，故合力做功为零，A正确，B.C错误；克服安培力做多少功就有多少其他形式的能转化为电路中的电能，电能又等于电阻R上产生的焦耳热，故恒力F与重力的合力所做的功等于电阻R上产生的焦耳热，D正确.3.电磁感应中的动力学和能量问题多选如图7所示，竖直放置的形光滑导轨宽为L，矩形匀强磁场.的高和间距均为d，磁感应强度均为B.质量为m的水平金属杆由静止释放，进入磁场和时的速度相等.金属杆在导轨间的电阻为R，与导轨接触良好，其余电阻不计，重力加速度为g，则金属杆图7A.刚进入磁场时加速度方向竖直向下B.刚进入磁场时加速度方向竖直向上C.穿过两磁场产生的总热量为4mgdD.释放时距磁场上边界的高度h可能小于m2gR22B4L4答案BC 解析由于金属杆进入两个磁场的速度相等，而穿出磁场后金属杆做加速度为g的匀加速运动，所以金属杆进入磁场时应做减速运动，加速度方向竖直向上，选项A错误，B正确；从金属杆进入磁场瞬间到进入磁场瞬间过程中，根据能量守恒，金属杆减小的机械能全部转化为焦耳热，所以Q1mg2d，所以穿过两个磁场过程中产生的热量为4mgd，选项C正确；若金属杆进入磁场做匀速运动，则B2L2vRmg0，得vmgRB2L2，因金属杆进入磁场做减速运动，则金属杆进入磁场的速度大于mgRB2L2，根据hv22g得金属杆进入磁场的高度应大于m2gR22B4L4，选项D错误.4.电磁感应中的能量问题xx怀化市高二上期末如图8甲所示，足够长.电阻不计的光滑平行金属导轨MN.PQ竖直放置，其宽度L1m，一匀强磁场垂直穿过导轨平面，导轨的上端M与P之间连接阻值为R0.40的电阻，质量为m0.01kg.电阻为r0.30的金属棒ab紧贴在导轨上.现使金属棒ab由静止开始下滑，下滑过程中ab 始终保持水平，且与导轨接触良好，其下滑距离x与时间t的关系如图乙所示，图像中的OA段为曲线，AB段为直线，g10m/s2忽略ab棒运动过程中对原磁场的影响，求图81判断金属棒两端a.b 的电势高低；2磁感应强度B的大小；3在金属棒ab开始运动的1.5s内，电阻R上产生的热量.答案1a端电势低，b端电势高20.1T30.26J解析1由右手定则可知，ab中的感应电流由a流向b，ab相当于电源，则b端电势高，a端电势低.2由xt图像得t1.5s时金属棒的速度为vxt11.272.11.5m/s7m/s金属棒匀速运动时所受的安培力大小为FBIL又IERr，EBLv联立得FB2L2vRr根据平衡条件得Fmg则有mgB2L2vRr 代入数据解得B0.1T3金属棒ab在开始运动的1.5s内，金属棒的重力势能减小，转化为金属棒的动能和电路的内能.设电路中产生的总焦耳热为Q，根据能量守恒定律得mgx12mv2Q代入数据解得Q0.455J故R产生的热量为QRRRrQ0.26J。
最新沪科版高中物理选修3-21.4《电磁感应的案例分析》教案.doc
案例2如图所示，MN和PQ为竖直方向的两平行长直金属导轨，艰巨L为0.4m，电阻不计，导轨所在平面与磁感应强度为B=0.5T的匀强磁场垂直。导轨两端分别接有滑动变阻器和阻值为3.0Ω的电阻R1，质量为6.0×10-3kg、电阻为1.0Ω的金属杆ab始终垂直于导轨，并与其保持光滑接触。当杆ab以速度v匀速下滑时，整个电路消耗的电功率P为0.27W。试求速率v和欢动变阻器接入电路部分的阻值RP，并分析能量转化的情况。
设电路中总电阻为R，当金属杆匀速运动时的速度为v时，它产生的感应电流为
感应电流在电阻上消耗的电功率为
当金属杆匀速运动时其所受重力和安培力F平衡即：
联立上式可得速度
由电路特点可知
联立上式可得：
答此题。
板式设计
作业布置
教学后记
讲授法、分析法
教具
无
教学过程及时间分配
主要教学内容
案例1启动家用空调机时，室内的电灯往往会暗一下；正在转动的电风扇叶片，一旦被卡住，电风扇电动机的温度立刻上升，时间一久，便会发出一种焦糊味，十分危险。产生这些现象的原因是什么呢？
分析
电动机是把电能转化成机械能的装置。如图：
电动机转动是，线圈因切割磁感线，所以产生感应电动势。线圈中产生的感应电动势跟加在线圈上的电压方向相反。我们把这个跟外加电压方向相反的感应电动势叫做反电动势。
课时计划
课题
电磁感应的案例分析
课堂类型
新授课
课时
1
累计课时
教学
目标
（一）知识与技能
能应用电磁感应定律解释一些生活和技术中现象
会用电磁感应定律分析计算有关问题
（二）过程与方法
（三）情感态度与价值观
高二物理沪科版选修3-2课件1.4 电磁感应的案例分析(1)
②有重力做功，重力势能必然发生变化； ③克服安培力做功，必然有其他形式的能转化为电能 ，并且克服安培力做多少功，就产生多少电能； (3)列有关能量的关系式．
案例分析－－电磁感应中的能量转化问题
4．电磁感应中焦耳热的计算技巧
(1)感应电路中电流恒定，则电阻产生的焦耳热等于电 流通过电阻做的功，即Q＝I2Rt.
2．电磁感应现象中的能量转化方式
电磁感应中的电能是通过克服安培力做功转化过来的，所 以克服安培力做多少功，就产生多少电能．
案例分析－－电磁感应中的能转化问题
3．分析求解电磁感应现象中能量问题的一般思路： (1)分析回路，分清电源和外电路． (2)分析清楚有哪些力做功，明确有哪些形式的能量发生 了转化．如： ①有摩擦力做功，必有内能产生；
第一章 电磁感应与现代生活
学案4 电磁感应的案例分析
知识回顾
求平均感应电动势
En t
△t近于0时，E为瞬时感应电动势
求平均感应电动势,v是平均速度
E BLv sin
求瞬时感应电动势，v是瞬时速度
案例分析－－反电动势
电动机转动时产生的感应电动势总要削弱电源产生 的电流
案例分析－－反电动势
W＝WF＋WG＋W安＝0
F
A 对 B错
FN F安 mg
Q＝ －W安＝WF＋WG
C错 D 对
a、 b 间的电势差等于路端电压 1 小金属圆环电阻占电路总电阻的 3 1 故 Uab＝ E 3
高级中学沪科版高中物理选修32 1.4电磁感应的案例分析(一)——电磁感应涉及电路问题分析思路 课件
（2）感应电功率P感＝EI感 ＝0.8×1.6W＝1.28W。
导体受力平衡，外力等于安培力。则P外＝F安v＝BI感Lv＝ 0.4×1.6×0.4×5W＝1.28 W。
总结：机械功率与电功率的关系为：Fv=E感I感
5、如图所示，固定在匀强磁场中的正方形导线框abcd，边
两点间电阻和导轨电阻不计。金属棒在垂直于棒和 磁场方向的恒力F的作用下，以10m/s速度从ab运动 到a1b1，移动的距离是0.5m。 （1）求金属棒上产生的感应电动势的大小和方向。 （2）求施加在金属棒上的外力大小和方向。 （3）分析金属棒运动过程中能量的转化情况。
a
a1
F v
b
b1
电磁感应涉及电路问题分析思路
• 8、教育技巧的全部诀窍就在于抓住儿童的这种上进心，这种道德上的自勉。要是儿童自己不求上进，不知自勉，任何教育者就 都不能在他的身上培养出好的品质。可是只有在集体和教师首先看到儿童优点的那些地方，儿童才会产生上进心。下午1时20分 22秒下午1时20分13:20:2221.11.19
电磁感应现象中的力与运动
P总＝E感 I感 I（2 R r） E反 I PQ P机械
（4）能量的转化和守恒定律
课堂练习
4、如图所示，匀强磁场B＝0.4T，导体ab长L＝40cm， 以v＝5m/s的速度匀速向右运动，框架电阻不计，Rab＝0.5Ω。 求：
（1）导体向右匀速运动时，产生的感应电流多大？ （2）感应电流电功率多大？外力功率多大？ 解：（1）导体向右匀速运动时， E感＝BLv＝0.4×0.4×5 V＝0.8V。
1.4电磁感应的案例分析(一)
----电磁感应涉及电路问题分析思路
高中物理第1章电磁感应与现代生活1.4电磁感应的案例分析课件沪科版选修3-2
知 识 点 一
学
1.4 电磁感应的案例分析
业 分
层
测
评
知 识 ห้องสมุดไป่ตู้ 二
反电动势
[先填空] 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 相反的感应电动叫势 做反电动势.
有关电动机工作的两个规律 (1)电动机卡住时，电动机相当于纯电阻电路，电流很大，很容易烧坏电动 机. (2)电动机正常工作时，反电动势较大，输入到电动机的电能，绝大部分转 化为机械能对外做功.
解决电磁感应电路问题的基本步骤 (1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律或右手定则确定感应电动势的大小和 方向：感应电流方向是电源内部电流的方向. (2)根据“等效电源”和电路中其他各元件的连接方式画出等效电路. (3)根据 E＝BLv 或 E＝nΔΔΦt 结合闭合电路欧姆定律，串、并联电路知识和电 功率、焦耳定律等关系式联立求解.
电磁感应中的能量转化
[先填空] 如图 1-4-2 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
(1)最大速度的条件： mg＝BI.L
(2)最大电动势：Em＝ BLvm .
Em
(3)最大电流：设总电阻为
R，则 mgR
Im＝
R
.
(4)下降的最大速度：vm＝ B2L2 .
(5)重力做功的最大功率：PG＝mgvm＝mB22gL22R.
(6)最大电功率：P 电＝ER2m＝mB22gL22R.
2018版物理沪科版新课堂同步选修3-2文档：第1章 1-4
1.4 电磁感应的案例分析[先填空]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 U－E反R.(2)功率关系：IU－IE反＝I2R.[再判断]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．(×) 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．(×)[后思考]1．电动机工作时若被卡住，有什么危害？【提示】 电动机卡住不转，就不产生反电动势，变成了纯电阻电路，电流I ＝U R 会很大，P ＝I 2R 很大，因此会烧坏电动机．2．电动机启动时，灯泡会变暗，这是为什么？【提示】 电动机刚启动时，转速很小，反电动势很小，电流I ＝U R 会很大，此时电动机的输入功率(总功率)P 入＝UI 会很大，因而干路中电流突然增大，其他用电器两端电压会下降，使灯泡变暗．[合作探讨]探讨1：电动机产生的反电动势是否遵守楞次定律和法拉第电磁感应定律？【提示】 反电动势也是闭合回路中磁通量发生变化而产生的，它同样遵守楞次定律和法拉第电磁感应定律．探讨2：电动机的能量是怎样转化的？【提示】 电动机转动产生反电动势，它会阻碍线圈转动，因而需电源向电动机提供能量，此时电动机将电能转化为其他形式的能而对外做功．[核心点击]1．决定反电动势大小的因素如图1-4-1所示，当线圈与磁感线平行时AB 、CD 两边均切割磁感线，设AB 边长L 1，AD 边长L 2，则AB 、CD 两边产生的总感应电动势E 反＝2·BL 1ω·L 22＝BSω.可见决定反电动势的因素有三个，对一个确定的电动机，转速ω越大，反电动势越大．即电动机的线圈转得越快，反电动势就越大．图1-4-12．反电动势与外加电压间的量值关系设线圈电阻为R ，外加电压为U ，由部分电路欧姆定律可得线圈中电流I ＝U－E反′R，即U＝E反′＋IR.(1)电动机启动时：线圈的角速度ω非常小，反电动势E反′＝BSω很小，由U＝E反′＋IR知，电流I很大，此时电动机的输入功率(总功率)P入＝UI很大，所以在生活中，电动机启动时，因干路中电流突然增大，其他电器两端的电压会下降，如灯泡会变暗．尤其是电动机卡壳时，E′反为0，I＝UR很大，这样会很快烧坏电动机的线圈．因此，电动机要避免卡壳，或卡壳时要迅速断开电源．(2)正常工作时：电动机的转速较大，反电动势E′反较大，与两端电压U接近，线圈中电流I很小．3．电功与电热的区别在公式IU＝IE反′＋I2R中，t时间内与电热对应的是I2R；与电流做的总功(电功)对应的是IU；与电动机输出的总功对应的是IE′反，因电动机正常工作时E反′≥IR，所以IE′反≥I2R，电功IU更远大于I2R，即电动机在正常工作时，电功与电热有着明显的区别：电流通过电动机时，绝大部分电能转化为机械能，电功远大于电热．1．关于反电动势，下列说法中正确的是()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【解析】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.【答案】 C2．(多选)下列说法正确的是()A．转动的电风扇叶片被卡住时，风扇很容易被烧毁B．电动机转动时线圈上产生的感应电动势叫反电动势C．反电动势会减小电动机电路中的电流D．反电动势消耗的电功率等于电动机的热功率【解析】转动的电风扇叶片被卡住时，电风扇中电流很大，A正确；转动的电动机线圈上产生的感应电动势叫反电动势，B正确；根据I＝U－E反R，C正确；根据功率关系，IU－IE反＝I2R，D错误．【答案】ABC3．(多选)给电动机接通电源，线圈受安培力的作用转动起来．由于线圈要切割磁感线，因此必有感应电动势产生，感应电流方向与原电流方向相反.就此问题，下列说法正确的是()A．电动机中出现的感应电动势为反电动势，反电动势会阻碍线圈的运动B．如果电动机正常工作，反电动势会加快电动机的转动C．如果电动机工作中由于机械阻力过大而停止转动，就没有了反电动势，线圈中的电流会很大，很容易烧毁电动机D．如果电动机工作电压低于正常电压，电动机也不会转动，此时尽管没有反电动势，但由于电压低，不会烧毁电动机【解析】电动机产生的反电动势会阻碍线圈的转动，A正确，B错误；电动机机械阻力过大和电压过低而停止转动时，都会因电流过大而烧毁电动机．故C正确，D错误．【答案】AC有关电动机工作的两个规律(1)电动机卡住时，电动机相当于纯电阻电路，电流很大，很容易烧坏电动机．(2)电动机正常工作时，反电动势较大，输入到电动机的电能，绝大部分转化为机械能对外做功．[先填空]如图1-4-2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v m ，则图1-4-2(1)最大速度的条件：mg ＝BIL .(2)最大电动势：E m ＝BL v m .(3)最大电流：设总电阻为R ，则I m ＝E m R .(4)下降的最大速度：v m ＝mgR B 2L 2.(5)重力做功的最大功率：P G ＝mg v m ＝m 2g 2R B 2L 2.(6)最大电功率：P 电＝E 2m R ＝m 2g 2R B 2L 2.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．[再判断]1．外力克服安培力做功的过程是机械能转化为电能的过程．(√)2．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．(×)3．楞次定律中电磁感应现象中能量转化是能量守恒定律的反映．(√)[后思考]1．在电磁感应现象中，匀速运动的导体棒，是否还需要外力继续对它做功？【提示】 需要外力继续对导体棒做功，才能不断克服安培力做功，只有这样才符合能量守恒．2．从能量转化的角度分析，电磁感应现象的本质是什么？【提示】从能量转化的角度来看，电磁感应现象的本质是通过克服安培力做功，把机械能或其他形式的能转化为电能的过程．把握好能量守恒的观点，是解决电磁感应问题的基本方法．[合作探讨]如图1-4-3所示，导体棒ab以初速度v向右运动，在切割磁感线的过程中电路中会产生感应电流．图1-4-3探讨1：电路中哪一部分相当于电源？哪端相当于电源的正极？【提示】导体棒ab相当于电源，导体棒的a端相当于电源的正极．探讨2：导体棒ab向右运动的过程中所受安培力沿什么方向？安培力做什么功？【提示】安培力水平向左，做负功．探讨3：在导体棒向右运动的过程中，将有什么能转化为什么能？【提示】导体棒的机械能转化为电能，最终转化为回路的热能．[核心点击]1．电磁感应过程实质是不同形式的能量相互转化的过程．电磁感应过程中产生的感应电流在磁场中必定受到安培力作用．因此要维持感应电流的存在，必须有“外力”克服安培力做功，此过程中，其他形式的能转化为电能．安培力做功的过程是电能转化为其他形式的能的过程，安培力做多少功，就有多少电能转化为其他形式的能．2．求解电能的主要思路：(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)利用能量守恒求解：机械能的减少量等于产生的电能；(3)利用电路特征来求解：通过电路中所产生的电能来计算．3．解决电磁感应现象中的能量问题的一般步骤：(1)确定等效电源．(2)分析清楚有哪些力做功，就可以知道有哪些形式的能量发生了相互转化．(3)根据能量守恒列方程求解．4．如图1-4-4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1-4-4A．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【解析】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．【答案】 A5.如图1-4-5所示，由某种粗细均匀的总电阻为3R的金属条制成的矩形线框abcd，固定在水平面内且处于方向竖直向下的匀强磁场B中．一接入电路电阻为R的导体棒PQ，在水平拉力作用下沿ab、dc以速度v匀速滑动，滑动过程PQ 始终与ab垂直，且与线框接触良好，不计摩擦．在PQ从靠近ad处向bc滑动的过程中()图1-4-5A．PQ中电流先增大后减小B．PQ两端电压先减小后增大C．PQ上拉力的功率先减小后增大D．线框消耗的电功率先减小后增大【解析】设PQ左侧金属线框的电阻为r，则右侧电阻为3R－r；PQ相当于电源，其电阻为R，则电路的外电阻为R外＝r(3R－r)r＋(3R－r)＝－⎝⎛⎭⎪⎫r－3R22＋⎝⎛⎭⎪⎫3R223R，当r＝3R2时，R外max＝34R，此时PQ处于矩形线框的中心位置，即PQ从靠近ad处向bc滑动的过程中外电阻先增大后减小．PQ中的电流为干路电流I＝ER外＋R内，可知干路电流先减小后增大，选项A错误．PQ两端的电压为路端电压U＝E－U内，因E＝Bl v不变，U内＝IR先减小后增大，所以路端电压先增大后减小，选项B错误．拉力的功率大小等于安培力的功率大小，P＝F安v＝BIl v，可知因干路电流先减小后增大，PQ上拉力的功率也先减小后增大，选项C正确．线框消耗的电功率即为外电阻消耗的功率，因外电阻最大值为34R，小于内阻R；根据电源的输出功率与外电阻大小的变化关系，外电阻越接近内阻时，输出功率越大，可知线框消耗的电功率先增大后减小，选项D错误．【答案】 C6.如图1-4-6所示，在磁感应强度B＝2 T的匀强磁场中，有一个半径r＝0.5 m的金属圆环．圆环所在的平面与磁感线垂直，OA是一个金属棒，它沿着顺时针方向以20 rad/s的角速度绕圆心O匀速转动．A端始终与圆环相接触，OA棒的电阻R＝0.1 Ω，图中定值电阻R1＝100 Ω，R2＝4.9 Ω，电容器的电容C＝100 pF.圆环和连接导线的电阻忽略不计，则：图1-4-6(1)电容器所带的电荷量是多少？(2)电路中消耗的电功率是多少？【导学号：68312184】【解析】 (1)等效电路如图所示导体棒OA 产生的感应电动势为E ＝BL v ＝Brω·r 2＝5 VI ＝E R ＋R 2＝1 A 则q ＝CU C ＝CIR 2＝4.9×10－10 C.(2)电路中消耗的电功率P ＝I 2(R ＋R 2)＝5 W ，或P ＝IE ＝5 W.【答案】 (1)4.9×10－10 C (2)5 W解决电磁感应电路问题的基本步骤(1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律或右手定则确定感应电动势的大小和方向：感应电流方向是电源内部电流的方向．(2)根据“等效电源”和电路中其他各元件的连接方式画出等效电路．(3)根据E ＝BL v 或E ＝n ΔΦΔt 结合闭合电路欧姆定律，串、并联电路知识和电功率、焦耳定律等关系式联立求解．。
高中物理第1章电磁感应与现代生活1.4电磁感应的案例分析学案沪科版选修3-2(2021年整理)
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1.4 电磁感应的案例分析[目标定位] 1。
了解反电动势及其作用。
2。
掌握电磁感应中动力学问题的分析方法.3。
掌握电磁感应中的能量转化与守恒问题，并能用来处理力电综合问题.一、反电动势1.定义：电动机转动时，线圈因切割磁感线，所以会产生感应电动势，线圈中产生的感应电动势跟加在线圈上的电压方向相反.这个跟外加电压方向相反的感应电动势叫反电动势。
2。
在具有反电动势的电路中,其功率关系为IU－IE反＝I2R；式中IU是电源供给电动机的功率(输入功率)，IE反是电动机输出的机械功率(输出功率），I2R是电动机回路中损失的热功率.二、电磁感应中的动力学问题1.电磁感应中产生的感应电流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)求回路中的电流的大小和方向.（3)分析研究导体受力情况(包括安培力).（4）列动力学方程或平衡方程求解.2.两种状态处理(1)导体匀速直线运动，应根据平衡条件列式分析；（2）导体做匀速直线运动之前,往往做变加速直线运动,处于非平衡状态，应根据牛顿第二定律或结合功能关系分析。
高中物理 《电磁感应-划时代的发现》教案 沪科版选修3-2
有关物理学史的知识
【例1】 （2004，上海综合）发电的基本原理是电磁感应。发现电磁感应现象的科学家是（ ）
A．安培 B．赫兹
C．法拉第 D．麦克斯韦
解析：该题考查有关物理学史的知识，应知道法拉第发现了电磁感应现象。
Hale Waihona Puke 答案：C【例2】发现电流磁效应现象的科学家是___________，发现通电导线在磁场中受力规律的科学家是__________，发现电磁感应现象的科学家是___________，发现电荷间相互作用力规律的的科学家是___________。
（5）从法拉第探索电磁感应现象的历程中，你学到了什么？谈谈自己的体会。
学生活动：结合思考题，认真阅读教材，分成小组讨论，发表自己的见解。
（1）奥斯特发现电流磁效应引发了对称性的普遍思考：既然电流能够引起磁针的运动，那么磁铁也会使导线产生电流。法拉第坚信：磁与电之间也应该有类似的“感应”。
（2）法拉第的研究并不是一帆风顺的。经历了好多次失败，但法拉第始终没有放弃。直到1831年8月29日，他苦苦寻找了10年之久的“磁生电“的效应终于被发现了。
（2）奥斯特的研究并不是一帆风顺的。经历了好多次失败，但奥斯特始终没有放弃。直到1820年4月的一次演讲中他才发现了电流竟使下面的小磁针发生了转动。也就是电流的磁效应。
（3）奥斯特在1820年4月的一次演讲中，碰巧在南北方向的导线下面放置了一枚小磁针。当电源接通时，小磁针发生了转动。说明电流对小磁针产生了作用，证明电流在其周围产生了磁场。这就是发现电流磁效应的过程。通过前面的学习，我们知道，地磁场是南北方向的，小磁针静止时指示南北方向。通电直导线的磁场方向遵守安培定则。当导线南北放置时，导线下方的磁场方向沿东西方向，当导线通电后，小磁针受到电流的磁场作用由原来的南北方向转向东西方向。奥斯特从磁针的偏转，确定电和磁的联系。也就是电流的磁效应。
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课题
电磁感应的案例分析课堂类型源自新授课课时1
累计课时
教学
目标
（一）知识与技能
能应用电磁感应定律解释一些生活和技术中现象
会用电磁感应定律分析计算有关问题
（二）过程与方法
（三）情感态度与价值观
教学重点
及难点
重点：应用电磁感应定律解释一些生活和技术中现象
难点：电磁感应定律分析计算有关问题
主要教学
方法
设E反表示反电动势，U表示外加电压，R表示电动机回路总电阻，I表示电动机工作时的电流大小，则有
在电路中的功率关系为
IU为电源输入功率，IE反为电动机输出功率，I2R为电阻热功率
讨论：
1、电动机空载转动时跟带负载转动时的电流大小一样吗?（转速）
2、转动中的电动机因故障卡住不动时，电路中的电流将如何变化？
3、产生本案例所述现象的原因是什么？
案例2如图所示，MN和PQ为竖直方向的两平行长直金属导轨，艰巨L为0.4m，电阻不计，导轨所在平面与磁感应强度为B=0.5T的匀强磁场垂直。导轨两端分别接有滑动变阻器和阻值为3.0Ω的电阻R1，质量为6.0×10-3kg、电阻为1.0Ω的金属杆ab始终垂直于导轨，并与其保持光滑接触。当杆ab以速度v匀速下滑时，整个电路消耗的电功率P为0.27W。试求速率v和欢动变阻器接入电路部分的阻值RP，并分析能量转化的情况。
设电路中总电阻为R，当金属杆匀速运动时的速度为v时，它产生的感应电流为
感应电流在电阻上消耗的电功率为
当金属杆匀速运动时其所受重力和安培力F平衡即：
联立上式可得速度
由电路特点可知
联立上式可得：
R=6Ω
思考：请从能量角度分析能量转化关系并解答此题。
板式设计
作业布置
教学后记
讲授法、分析法
教具
无
教学过程及时间分配
主要教学内容
案例1启动家用空调机时，室内的电灯往往会暗一下；正在转动的电风扇叶片，一旦被卡住，电风扇电动机的温度立刻上升，时间一久，便会发出一种焦糊味，十分危险。产生这些现象的原因是什么呢？
分析
电动机是把电能转化成机械能的装置。如图：
电动机转动是，线圈因切割磁感线，所以产生感应电动势。线圈中产生的感应电动势跟加在线圈上的电压方向相反。我们把这个跟外加电压方向相反的感应电动势叫做反电动势。
分析：从电磁感应的角度分析，金属杆、导轨和两电阻连成闭合回路，回路平面与匀强磁场垂直。当金属杆受重力作用沿导轨下滑切割磁感线时，其中产生从a流向b的感应电流，感应电流随金属杆下落速度增大而增大，有感应电流通过的金属杆在磁场中要受到向上的安培力的作用。力的大小随感应电流增大而增大，所受合力会逐渐减小，而速度会逐渐增大，当安培力与重力相等时，金属杆就会做匀速直线运动。