新粵教版(2019)高中物理選擇性必修第二冊(cè)第二章2.3電磁感應(yīng)規(guī)律的應(yīng)用新課引入都與電磁感應(yīng)現(xiàn)象有著密切的聯(lián)系！超速“電子眼”為了保障道路交通安全，很多地方都在馬路上安裝“電子眼”，對(duì)違章超速車(chē)輛進(jìn)行抓拍。目前普遍使用的一款“電子眼”即是一套利用電磁感應(yīng)規(guī)律制成的交通監(jiān)測(cè)設(shè)備。如下右圖所示，在路面下方間隔一段距離埋設(shè)兩個(gè)通電線(xiàn)圈。當(dāng)車(chē)輛通過(guò)通電線(xiàn)圈上方的道路時(shí)，由于車(chē)身是由金屬材料制成的，做切割磁感線(xiàn)運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，引起電路中電流的變化。根據(jù)v=s/t，只有汽車(chē)先后通過(guò)兩個(gè)線(xiàn)圈上方的時(shí)間間隔小于某個(gè)值，拍攝裝置才會(huì)被觸發(fā)拍下超速車(chē)輛的照片。旋轉(zhuǎn)切割【練1】如圖所示，長(zhǎng)為L(zhǎng)的銅棒OA在垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的平面上繞點(diǎn)O以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。用兩種方法求銅棒中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，并分析O、A兩點(diǎn)電勢(shì)的高低。

O點(diǎn)電勢(shì)高，A點(diǎn)電勢(shì)低銅棒在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)做切割磁感線(xiàn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這是一個(gè)典型的物理模型。旋轉(zhuǎn)切割【練1變1】如圖所示，銅棒OA在垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的平面上繞AO延長(zhǎng)線(xiàn)上的C點(diǎn)以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，OA=OC=L，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。求銅棒中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，并分析O、A兩點(diǎn)電勢(shì)的高低。

O點(diǎn)電勢(shì)高，A點(diǎn)電勢(shì)低旋轉(zhuǎn)切割【練1變2】如圖所示，銅棒OA在垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的平面上繞AO連線(xiàn)上的D點(diǎn)以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，AO=L，DO=L/3，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。求銅棒中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，并分析O、A兩點(diǎn)電勢(shì)的高低。

O點(diǎn)電勢(shì)高，A點(diǎn)電勢(shì)低法拉第發(fā)電機(jī)銅棒旋轉(zhuǎn)做切割磁感線(xiàn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，如果通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)與銅棒組成閉合回路，則回路中將產(chǎn)生感應(yīng)電流。如果將很多根銅棒連成一體組成一個(gè)導(dǎo)體圓盤(pán)在磁場(chǎng)中持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，則產(chǎn)生的感應(yīng)電流將更大，這就是發(fā)電機(jī)的雛形。法拉第發(fā)電機(jī)基于此思路，1831年10月，法拉第將一個(gè)由紫銅制成的圓盤(pán)置于蹄形磁極之間，發(fā)明了世界上第一臺(tái)發(fā)電機(jī)——法拉第圓盤(pán)發(fā)電機(jī)，如圖所示。圓盤(pán)的圓心處固定一個(gè)搖柄，圓盤(pán)的邊緣和圓心處各與一個(gè)黃銅電刷緊貼。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)搖柄使銅盤(pán)旋轉(zhuǎn)起來(lái)時(shí)，與電刷連接的電流計(jì)顯示電路中產(chǎn)生了持續(xù)的電流。航母阻攔技術(shù)2012年11月，我國(guó)殲-15艦載機(jī)(如下左圖所示)在“遼寧號(hào)”航空母艦上著艦成功，它的阻攔系統(tǒng)原理如下中圖所示，飛機(jī)著艦時(shí)，通過(guò)阻攔索對(duì)飛機(jī)施加作用力，使飛機(jī)在甲板上短距離滑行后停止。新一代航母阻攔系統(tǒng)的研制，則從阻攔索阻攔轉(zhuǎn)向了引入電磁學(xué)模型的電磁阻攔技術(shù)，其基本原理如下右圖所示，飛機(jī)著艦時(shí)鉤住軌道上的一根金屬棒并關(guān)閉動(dòng)力系統(tǒng)，在磁場(chǎng)中共同滑行減速。阻攔索與金屬棒絕緣。(1)試分析電磁阻攔相對(duì)于阻攔索阻攔的優(yōu)點(diǎn)。(2)試分析電磁阻攔中，飛機(jī)從鉤住金屬棒到停下來(lái)的整個(gè)過(guò)程做怎樣的運(yùn)動(dòng)。提煉模型單棒模型--阻尼式如圖所示，間距為L(zhǎng)的足夠長(zhǎng)的光滑平行金屬導(dǎo)軌ab、dc水平固定放置，a、d端連有一電阻R，金屬棒PQ的質(zhì)量為m，電阻為r，其余電阻均不計(jì)，整個(gè)裝置有垂直紙面向里的磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。PQ與導(dǎo)軌接觸良好且始終與導(dǎo)軌保持垂直，現(xiàn)給PQ一個(gè)初速度v0，運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后PQ停止運(yùn)動(dòng)。求：(1)此過(guò)程通過(guò)電阻R的電量q。(2)ab棒運(yùn)動(dòng)的距離x。(3)整個(gè)過(guò)程PQ棒上產(chǎn)生的熱量Q。思考：如果金屬棒與導(dǎo)軌的動(dòng)摩擦因素為μ，運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t，上面三問(wèn)的結(jié)果又是什么？

提煉模型單棒模型--發(fā)電式如圖所示，間距為L(zhǎng)的足夠長(zhǎng)的光滑平行金屬導(dǎo)軌ab、dc水平固定放置，a、d端連有一電阻R，金屬棒PQ的質(zhì)量為m，電阻為r，其余電阻均不計(jì)，整個(gè)裝置有垂直紙面向里的磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。PQ與導(dǎo)軌接觸良好且始終與導(dǎo)軌保持垂直，PQ受一水平恒力F從靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間t后PQ勻速運(yùn)動(dòng)。求：(1)PQ運(yùn)動(dòng)的最大速度vm。(2)PQ棒加速運(yùn)動(dòng)的距離x。

提煉模型單棒模型--電動(dòng)式如圖所示，間距為L(zhǎng)的足夠長(zhǎng)的光滑平行金屬導(dǎo)軌ab、dc水平固定放置，a、d端連有一電動(dòng)勢(shì)為E0、內(nèi)阻忽略的電源，金屬棒PQ的電阻為r，其余電阻均不計(jì)，整個(gè)裝置有垂直紙面向里的磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。PQ與導(dǎo)軌接觸良好且始終與導(dǎo)軌保持垂直，現(xiàn)閉合開(kāi)關(guān)。求PQ運(yùn)動(dòng)的最大速度vm。PQ運(yùn)動(dòng)后切割磁感線(xiàn)出現(xiàn)反電動(dòng)勢(shì)

提煉模型單棒模型電容放電式電容無(wú)外力充電式電容有外力充電式單棒模型

(1)2.5m/s2(2)0.05W0.8m/s提煉模型雙棒模型-無(wú)外力等距如圖，兩條光滑平行金屬導(dǎo)軌間距為L(zhǎng)，所在平面與水平面重合，導(dǎo)軌電阻忽略不計(jì)。ab、cd為兩根質(zhì)量均為m、電阻均為R的金屬棒，兩者始終與導(dǎo)軌垂直且接觸良好，兩導(dǎo)軌所在區(qū)域存在方向豎直向上大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，現(xiàn)給ab棒一初速度v0使其向左運(yùn)動(dòng)，求：(1)ab、cd的最終速度v1、v2；(2)整個(gè)過(guò)程回路中產(chǎn)生的熱量Q；

提煉模型雙棒模型-有外力等距水平面上有足夠長(zhǎng)且電阻不計(jì)的兩平行導(dǎo)電軌道，軌道之間有豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)（未畫(huà)出），兩根質(zhì)量相同，電阻相同的導(dǎo)體棒ab和cd垂直于軌道靜止放置，如圖所示?，F(xiàn)對(duì)導(dǎo)體棒施加一外力F，使cd棒向右勻速運(yùn)動(dòng)，則ab棒從靜止開(kāi)始向右運(yùn)動(dòng)。不計(jì)一切摩擦，試分析：(1)導(dǎo)體棒ab怎樣運(yùn)動(dòng)；(2)外力F大小如何變化。思考1：如果導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌間有摩擦，情況又如何？思考2：如果施加的是恒力，cd從靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，情況又如何？提煉模型雙棒模型無(wú)外力不等距雙棒有外力不等距雙棒雙棒模型【練3】(單)空間中存在豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，有兩根相互平行的金屬導(dǎo)軌（足夠長(zhǎng)）水平放置，如圖所示（俯視圖）。導(dǎo)軌上靜止放置著兩金屬棒AB、CD，某時(shí)刻在A(yíng)B棒上施加一恒力F，使AB棒向左運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)軌對(duì)金屬棒的摩擦力不計(jì)，金屬棒運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終與導(dǎo)軌垂直且接觸良好，下列說(shuō)法正確的是A．回路中有順時(shí)針?lè)较虻碾娏鰾．磁場(chǎng)對(duì)金屬棒AB的作用力向左C．金屬棒CD一直做加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)D．金屬棒AB先做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)，之后做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)C問(wèn)題與思考感生電動(dòng)勢(shì)和動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的原因是否一樣呢？非靜電力非靜電力做功其它形式的能電能復(fù)習(xí)與回顧這種轉(zhuǎn)化的本領(lǐng)用電動(dòng)勢(shì)來(lái)描述每一種電動(dòng)勢(shì)都對(duì)應(yīng)有一種非靜電力電動(dòng)勢(shì)的方向在電源內(nèi)部由負(fù)極→正極開(kāi)關(guān)閉合（斷開(kāi)），或改變滑片的位置部分導(dǎo)體切割磁感線(xiàn)線(xiàn)圈B相當(dāng)于電源導(dǎo)體棒AB相當(dāng)于電源感生電動(dòng)勢(shì)由磁場(chǎng)變化引起的電動(dòng)勢(shì)：動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)由導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)引起的電動(dòng)勢(shì)：復(fù)習(xí)與回顧哪部分相當(dāng)于電源？I

如圖所示，閉合導(dǎo)體環(huán)處于磁場(chǎng)越來(lái)越強(qiáng)的磁場(chǎng)中，環(huán)的半徑為R，磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化率為ΔB/Δt。--------BE感B感導(dǎo)體環(huán)中的感應(yīng)電流的方向？導(dǎo)體中自由電子做怎樣的定向移動(dòng)？是什么作用使自由電子做定向移動(dòng)？感生電場(chǎng)感生電場(chǎng)方向的判斷方法：感生電場(chǎng)的方向判斷：楞次定律右手螺旋+電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的感生電場(chǎng)由變化的磁場(chǎng)激發(fā)；電場(chǎng)線(xiàn)呈閉合狀，形同漩渦；渦旋面與磁場(chǎng)方向垂直；與感應(yīng)磁場(chǎng)方向滿(mǎn)足右手螺旋。

如圖所示，閉合導(dǎo)體環(huán)處于磁場(chǎng)越來(lái)越強(qiáng)的磁場(chǎng)中，環(huán)的半徑為R，磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化率為ΔB/Δt。電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的感生電場(chǎng)如果環(huán)有個(gè)小缺口而不閉合有感生電場(chǎng)嗎？環(huán)中的自由電荷將在哪一端聚集？哪一端相當(dāng)于電源的正極？感生電場(chǎng)由變化的磁場(chǎng)激發(fā)，而非閉合環(huán)激發(fā)，故：感生電場(chǎng)與環(huán)閉合與否、存在與否均無(wú)關(guān)！(1)自由電荷會(huì)隨著導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)，并因此受到洛倫茲力。導(dǎo)體中自由電荷的合運(yùn)動(dòng)在空間大致沿什么方向？為了方便，可以認(rèn)為導(dǎo)體中的自由電荷是正電荷。BVfVy+-(2)導(dǎo)體棒一直運(yùn)動(dòng)下去，自由電荷是否總會(huì)沿著導(dǎo)體棒一直運(yùn)動(dòng)下去?F電CD(3)導(dǎo)體棒的哪端電勢(shì)比較高?(4)如果用導(dǎo)線(xiàn)把C、D兩端連到磁場(chǎng)外的一個(gè)用電器上，導(dǎo)體棒中電流是沿什么方向?(5)如果移去C、D兩端連接的用電器，導(dǎo)體棒中還有電流嗎?還有電動(dòng)勢(shì)嗎?v合電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的洛倫茲力BVfVy+FCD與洛倫茲力有關(guān)V合電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的洛倫茲力動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的非靜電力：動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)方向的判斷方法：右手定則動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)大小的計(jì)算：-BVf1Vy+-FCDf2v合F安F外

沿桿方向的洛倫茲力做功嗎？與我們?cè)谇懊鎸W(xué)習(xí)時(shí)得到的結(jié)論“洛倫茲力永不做功！”矛盾嗎？f合

導(dǎo)體棒接用電器后，要繼續(xù)做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)還需要外力推動(dòng)嗎？能量是怎樣轉(zhuǎn)化的呢？其它形式的能F外做正功導(dǎo)體棒的動(dòng)能F安做負(fù)功電能電流做功內(nèi)能……f1做正功電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的洛倫茲力動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的洛倫茲力動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)能量是怎樣轉(zhuǎn)化的呢？洛倫茲力不做功，不提供能量，只是起傳遞能量的作用。洛倫茲力的沿桿分力f1：扮演了非靜電力，其做了多少正功，就轉(zhuǎn)化出了多少電能。洛倫茲力的垂直桿分力f2：宏觀(guān)表現(xiàn)為安培力，通過(guò)計(jì)算克服安培力做了多少功，也可知道產(chǎn)生了多少電能。通過(guò)能量角度也能推導(dǎo)出電動(dòng)勢(shì)公式：1、電磁感應(yīng)與力學(xué)的聯(lián)系在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)切割磁感線(xiàn)，產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力的作用。因此，電磁感應(yīng)問(wèn)題往往和力學(xué)問(wèn)題聯(lián)系在一起。解決電磁感應(yīng)中的力學(xué)問(wèn)題時(shí)，一方面要考慮電磁學(xué)中的有關(guān)規(guī)律，另一方面要考慮力學(xué)中的有關(guān)規(guī)律，要將電磁學(xué)和力學(xué)知識(shí)綜合起來(lái)應(yīng)用。電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的動(dòng)力學(xué)和能量問(wèn)題2、解題思路電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的動(dòng)力學(xué)和能量問(wèn)題3、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化4、求解焦耳熱Q的三種方法電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的動(dòng)力學(xué)和能量問(wèn)題5、解電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的能量問(wèn)題的一般步驟(1)在電磁感應(yīng)中，切割磁感線(xiàn)的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化的回路將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，該導(dǎo)體或回路就相當(dāng)于電源。(2)分析清楚有哪些力做功，就可以知道有哪些形式的能量發(fā)生了相互轉(zhuǎn)化。(3)根據(jù)能量守恒列方程求解。電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的動(dòng)力學(xué)和能量問(wèn)題電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)和能量問(wèn)題【練4】如圖所示，兩平行光滑金屬導(dǎo)軌由兩部分組成，左面部分水平，右面部分為半徑r=0.5m的豎直半圓，兩導(dǎo)軌間距離d=0.3m，導(dǎo)軌水平部分處于豎直向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B=1T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,兩導(dǎo)軌電阻不計(jì)。有兩根長(zhǎng)度均為d的金屬棒ab、cd，均垂直導(dǎo)軌置于水平導(dǎo)軌上，金屬棒ab、cd的質(zhì)量分別為m1=0.2kg、m2=0.1kg,電阻分別為R1=0.1Ω、R2=0.2Ω。現(xiàn)讓ab棒以v0=10m/s的初速度開(kāi)始水平向右運(yùn)動(dòng)，cd棒進(jìn)入圓軌道后，恰好能通過(guò)軌道最高點(diǎn)PP'，cd棒進(jìn)入圓軌道前兩棒未相碰，重力加速度g取10m/s2,求：(1)ab棒開(kāi)始向右運(yùn)動(dòng)時(shí)cd棒的加速度a0;(2)cd棒剛進(jìn)入半圓軌道時(shí)ab棒的速度大小v1;(3)cd棒進(jìn)入半圓軌道前ab棒克服安培力做的功W。(1)30m/s2(2)7.5m/s(3)4.375J電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)和能量問(wèn)題【練5】如圖所示，MN、PQ兩條平行的光滑金屬軌道與水平面成θ角固定，軌距為d?？臻g存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直于軌道平面向上，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。P、M間所接電阻阻值為R。質(zhì)量為m的金屬桿ab水平放置在軌道上，其有效電阻為r?，F(xiàn)從靜止釋放ab，當(dāng)它沿軌道下滑距離s時(shí)，達(dá)到最大速度。若軌道足夠長(zhǎng)且電阻不計(jì)，重力加速度為g。求：（1）金屬桿ab運(yùn)動(dòng)的最大速度；（2）金屬桿ab運(yùn)動(dòng)的加速度為gsinθ/2時(shí)，電阻R上的電功率；（3）金屬桿ab從靜止到具有最大速度的過(guò)程中，克服安培力所做的功。1、對(duì)電磁感應(yīng)電路的理解(1)在電磁感應(yīng)電路中，相當(dāng)于電源的部分把其他形式的能通過(guò)電流做功轉(zhuǎn)化為電能。(2)“電源”兩端的電壓為路端電壓，而不是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。(3)電源的正負(fù)極、感應(yīng)電流的方向、電勢(shì)的高低、電容器極板帶電問(wèn)題，均可用右手定則或楞次定律判定。電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的電路和圖像問(wèn)題2、電磁感應(yīng)中電路知識(shí)的關(guān)系圖

電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的電路和圖像問(wèn)題3、求解電磁感應(yīng)現(xiàn)象中電路問(wèn)題的“三步法”第1步：確定電源①判斷產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象的那一部分導(dǎo)體(電源);②利用E=ΔΦ/Δt(法拉第電磁感應(yīng)定律)或E=Blvsinθ求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小;③利用右手定則或楞次定律判斷電流方向。第2步：分析電路結(jié)構(gòu)弄清各元件的串并聯(lián)關(guān)系，畫(huà)等效電路圖。第3步：利用電路規(guī)律求解結(jié)合閉合電路歐姆定律、串并聯(lián)電路知識(shí)和電功率、焦耳定律等列方程求解。電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的電路和圖像問(wèn)題4、電磁感應(yīng)中圖像類(lèi)選擇題的兩個(gè)常用方法(1)排除法：定性地分析電磁感應(yīng)過(guò)程中物理量的變化趨勢(shì)(增大還是減小)、變化快慢(均勻變化還是非均勻變化)，特別是分析物理量的正負(fù)，以排除錯(cuò)誤的選項(xiàng)。(2)函數(shù)法：根據(jù)題目所給條件定量地寫(xiě)出兩個(gè)物理量之間的函數(shù)關(guān)系，然后由函數(shù)關(guān)系對(duì)圖像進(jìn)行分析和判斷。電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的電路和圖像問(wèn)題5、關(guān)于圖像問(wèn)題的一般步驟(1)明確圖像的種類(lèi)，即是B-t圖還是Φ-t圖，或者E