《2019-2020學年高中物理 第四章 電磁感應 5 電磁感應現(xiàn)象的兩類情況課件 新人教版選修3-2.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《2019-2020學年高中物理 第四章 電磁感應 5 電磁感應現(xiàn)象的兩類情況課件 新人教版選修3-2.ppt（34頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

5電磁感應現(xiàn)象的兩類情況 一 電磁感應現(xiàn)象中的感生電場一個閉合電路靜止于磁場中 由于磁場強弱的變化 閉合電路內將會產生感應電動勢 1 感生電場 磁場變化時在空間激發(fā)的一種電場 2 感生電動勢 由感生電場產生的感應電動勢 3 感生電動勢中的非靜電力 感生電場對自由電荷的作用 4 感生電場的方向 與所產生的感應電流的方向相同 可根據楞次定律和右手定則判斷 二 電磁感應現(xiàn)象中的洛倫茲力1 動生電動勢 由于導體切割磁感線運動而產生的感應電動勢 2 動生電動勢中的 非靜電力 自由電荷因隨導體棒運動而受到洛倫茲力 非靜電力與洛倫茲力有關 3 動生電動勢中的功能關系閉合回路中 導體棒做切割磁感線運動時 克服安培力做功 其他形式的能轉化為電能 搜索 電磁炮 了解電磁炮的發(fā)射原理 基本構造以及實際應用中需要解決的種種問題 自我檢測1 正誤判斷 1 如果空間不存在閉合電路 變化的磁場周圍不會產生感生電場 解析 麥克斯韋認為 磁場的變化在空間激發(fā)一種電場 這種電場與是否存在閉合電路無關 答案 2 處于變化磁場中的導體 其內部自由電荷定向移動 是由于受到感生電場的作用 解析 在變化的磁場中 導體中的自由電荷將發(fā)生定向移動 產生感應電流 或者說導體中產生感應電動勢 其非靜電力就是這種感生電場作用產生的 答案 3 感生電場就是感應電動勢 解析 感應電動勢是導體中產生的電動勢 與感生電場不是一個物理概念 答案 4 產生動生電動勢的非靜電力就是自由電荷受到的洛倫茲力 解析 產生動生電動勢的非靜電力與洛倫茲力有關 而不是洛倫茲力 答案 5 動生電動勢是洛倫茲力對導體中自由電荷做功而引起的 解析 洛倫茲力沿導體方向的分力對導體中自由電荷做功是產生動生電動勢的本質 答案 2 多選 某空間出現(xiàn)了如圖所示的磁場 當磁感應強度變化時 在垂直于磁場的方向上會產生感生電場 有關磁感應強度的變化與感生電場的方向關系 下列描述正確的是 A 當磁感應強度均勻增大時 感生電場的電場線從上向下看應為順時針方向B 當磁感應強度均勻增大時 感生電場的電場線從上向下看應為逆時針方向C 當磁感應強度均勻減小時 感生電場的電場線從上向下看應為順時針方向D 當磁感應強度均勻減小時 感生電場的電場線從上向下看應為逆時針方向 解析 感生電場中磁場的方向用楞次定律來判定 原磁場向上且磁感應強度在增大 在周圍有閉合導線的情況下 感應電流的磁場方向應與原磁場方向相反 即感應電流的磁場方向向下 再由右手螺旋定則知感應電流的方向即感生電場的方向 從上向下看應為順時針方向 同理可知 原磁場方向向上且磁感應強度減小時 感生電場的方向從上向下看應為逆時針方向 所以A D正確 答案 AD 3 多選 如圖所示 導體AB在做切割磁感線運動時 將產生一個電動勢 因而在電路中有電流通過 下列說法中正確的是 A 因導體運動而產生的感應電動勢稱為動生電動勢B 動生電動勢的產生與洛倫茲力有關C 動生電動勢的產生與電場力有關D 動生電動勢和感生電動勢產生的原因是一樣的解析 導體在磁場中做切割磁感線運動時產生的電動勢叫動生電動勢 原因是導體運動時 自由電荷受到洛倫茲力作用而引起的 感生電動勢是由于感生電場引起的 原因不相同 故A B正確 答案 AB 探究一 探究二 電磁感應現(xiàn)象中的感生電場問題探究如圖所示 B增強 那么就會在空間激發(fā)一個感生電場E 如果E處空間存在閉合導體 導體中的自由電荷就會在電場力的作用下定向移動 而產生感應電流 1 感生電場的方向與感應電流的方向有什么關系 如何判斷感生電場的方向 2 上述情況下 哪種作用扮演了非靜電力的角色 探究一 探究二 要點提示 1 感應電流的方向與正電荷移動的方向相同 感生電場的方向與正電荷受力的方向相同 因此 感生電場的方向與感應電流的方向相同 感生電場的方向可以用楞次定律判定 2 感生電場對自由電荷的作用力 探究一 探究二 知識歸納1 產生 如圖所示 當磁場變化時 產生感生電場 感生電場的電場線是與磁場垂直的曲線 2 方向 閉合環(huán)形回路 可假定存在 的電流方向就表示感生電場的電場方向 依據實際存在的或假定存在的回路結合楞次定律判定感生電場的方向 感生電場力雖然是電場力但不是靜電力 它是一種非靜電力 探究一 探究二 典例剖析 例題1 著名物理學家費曼曾設計過這樣一個實驗裝置 一塊絕緣圓板可繞其中心的光滑軸自由轉動 在圓板的中部有一個線圈 圓板的四周固定著一圈帶電的金屬小球 如圖所示 當線圈接通電源后 將有圖示方向的電流流過 則下列說法正確的是 A 接通電源瞬間 圓板不會發(fā)生轉動B 線圈中電流的增大或減小會引起圓板向相同方向轉動C 接通電源后 保持線圈中電流不變 圓板轉動方向與線圈中電流流向相同D 若金屬小球帶負電 接通電源瞬間圓板轉動方向與線圈中電流流向相同 探究一 探究二 解析 線圈接通電源瞬間 則變化的磁場產生變化的電場 從而導致帶電小球受到電場力 使其轉動 故A錯誤 不論線圈中電流增大或減小都會引起磁場的變化 從而產生電場 使小球受到電場力 從而轉動 由于電場力與電荷帶正負電有關 故B錯誤 接通電源后 保持線圈中電流不變 則磁場不變 則不會產生電場 小球不受到電場力 故C錯誤 接通電源瞬間小球受到電場力作用而轉動 由于金屬小球帶負電 再根據電磁場理論可知 圓盤轉動方向與線圈中電流流向相同 故D正確 答案 D 探究一 探究二 判斷感生電場方向的思路 探究一 探究二 變式訓練1現(xiàn)代科學研究中常用到高速電子 電子感應加速器就是利用感生電場加速電子的設備 如圖甲 電子感應加速器主要有上 下電磁鐵磁極和環(huán)形真空室組成 當電磁鐵繞組通以變化的電流時 產生變化的磁場 穿過真空盒所包圍的區(qū)域內的磁通量也隨時間變化 這時真空盒空間內就產生感應渦旋電場 電子將在渦旋電場作用下加速 如圖乙所示 上圖為側視圖 下圖為真空室的俯視圖 若電子被 約束 在半徑為R的圓周上運動 當電磁鐵繞組通有圖中所示的電流時 探究一 探究二 A 若電子沿逆時針運動 保持電流的方向不變 當電流增大時 電子將加速B 若電子沿順時針運動 保持電流的方向不變 當電流增大時 電子將加速C 若電子沿逆時針運動 保持電流的方向不變 當電流減小時 電子將加速D 被加速時電子做圓周運動的周期不變解析 當電磁鐵繞組通有題圖中所示的電流時 由安培定則可知將產生向上的磁場 當電磁鐵繞組中電流增大時 根據楞次定律和安培定則可知 這時真空盒空間內產生順時針方向的感生電場 電子沿逆時針運動 電子將加速 選項A正確 選項B C錯誤 由于電子被 約束 在半徑為R的圓周上運動 被加速時電子做圓周運動的周期減小 選項D錯誤 答案 A 探究一 探究二 電磁感應現(xiàn)象中的洛倫茲力問題探究導體切割磁感線時會產生感應電動勢 該電動勢形成的原因是什么呢 如圖所示CD棒在勻強磁場中運動 回答以下問題 1 自由電荷會隨著導體棒運動 并因此受到洛倫茲力 導體中自由電荷的合運動在空間大致沿什么方向 2 導體棒一直運動下去 自由電荷是否也會沿著導體棒一直運動下去 為什么 3 導體棒的哪端電勢比較高 4 如果用導線把C D兩端連到磁場外的一個用電器上 導體棒中電流是沿什么方向的 5 什么是動生電動勢 如何計算 6 從做功角度分析能量是如何轉化的 探究一 探究二 要點提示 1 運動導體中的自由電子 不僅隨導體以速度v運動 而且還沿導體以速度u做定向移動 如圖所示 因此 導體中的電子的合速度v合等于v和u的矢量和 所以電子受到的洛倫茲力為F合 ev合B F合與合速度v合垂直 2 自由電荷不會一直運動下去 因為C D兩端聚集電荷越來越多 在CD棒間產生的電場越來越強 當電場力等于洛倫茲力時 自由電荷不再定向運動 探究一 探究二 3 C端電勢高 4 CD相當于電源 電源內部 電流由低電勢流向高電勢 電流方向是由D到C 5 方法一 由電場力與洛倫茲力的關系推導 導體CD運動時自由電子受洛倫茲力的作用 從C端搬運到D端 C D兩端聚集電荷越來越多 在CD棒間產生的電場越來越強 電荷受到的電場力 方法二 由能量守恒定律推導 運動的導體CD中產生感應電流 因而受到向左的安培力F安作用 為了維持其速度大小不變 需在金屬桿上施一水平向右的外力F 且F F安 BIL 探究一 探究二 力F的功率為P Fv BILv 回路的電功率為P EI 因桿做勻速運動 其動能不變 故力F的功率等于回路的電功率 P P 所以有BILv EI 得 E BLv 6 從做功角度分析 由于F合與v合垂直 它對電子不做功 更具體地說 F合的一個分量是F1 evB 這個分力做功 產生動生電動勢 F合的另一個分量是F2 euB 阻礙導體運動 做負功 可以證明兩個分力F1和F2所做功的代數(shù)和為零 結果仍然是洛倫茲力并不提供能量 而只是起傳遞能量的作用 即外力克服洛倫茲力的一個分力F2所做的功通過另一個分力F1轉化為電能 探究一 探究二 知識歸納1 成因 導體棒做切割磁感線運動時 導體棒中的自由電荷隨棒一起定向運動 并因此受到洛倫茲力 2 動生電動勢中的非靜電力 與洛倫茲力有關 是洛倫茲力的一個分力 探究一 探究二 3 感生電動勢與動生電動勢的比較 任何時候洛倫茲力不做功 產生動生電動勢的非靜電力是洛倫茲力的一個分力 這個分力做了正功 增加了電勢能 同時另一分力一定做了負功 消耗了其他形式的能量 探究一 探究二 典例剖析 例題2 如圖所示 用鋁板制成U形框 將一質量為m的帶電小球用絕緣細線懸掛在框的上方 使整體在勻強磁場中沿垂直于磁場方向向左以速度v勻速運動 懸線拉力為FT 則 A 懸線豎直FT mgB 懸線豎直FT mgC 懸線豎直FT mgD 無法確定FT的大小和方向 探究一 探究二 解析 設兩板間的距離為L 由于向左運動過程中豎直板切割磁感線 產生動生電動勢 用右手定則判斷下板電勢高于上板電勢 動生電動勢大小E BLv 即帶電小球處于電勢差為BLv的電場中 所受 同時小球所受洛倫茲力F洛 qvB 方向由左手定則判斷豎直向下 即F電 F洛 反之同樣可得出F電 F洛 且方向相反 故無論小球帶什么電 怎樣運動 都有FT mg 故選項A正確 答案 A 探究一 探究二 變式訓練2如圖所示 矩形線框abcd的ad和bc的中點M N之間連接一電壓表 整個裝置處于勻強磁場中 磁場的方向與線框平面垂直 當線框向右勻速平動時 下列說法中正確的是 A 穿過線框的磁通量不變化 MN間無感應電動勢B MN這段導體做切割磁感線運動 MN間有電勢差C MN間有電勢差 所以電壓表有示數(shù)D 因為有電流通過電壓表 所以電壓表有示數(shù)解析 穿過線框的磁通量不變化 線框中無感應電流 但ab MN dc都切割磁感線 它們都有感應電動勢 故A錯 B對 無電流通過電壓表 電壓表無示數(shù) C D錯 答案 B 探究一 探究二 例題3 如圖所示 兩根平行金屬導軌固定在水平桌面上 每根導軌每米的電阻為r0 0 10 導軌的端點P Q用電阻可忽略的導線相連 兩導軌間的距離l 0 20m 有隨時間變化的磁場垂直于桌面向下 已知磁感應強度B與時間t的關系為B kt 比例系數(shù)k 0 020T s 一電阻不計的金屬桿可在導軌上無摩擦地滑動 在滑動過程中保持與導軌垂直 在t 0時刻 金屬桿緊靠P Q端 在外力作用下 金屬桿以恒定的加速度a 1m s2從靜止開始向導軌的另一端滑動 求在t 0 6s時金屬桿所受的安培力 探究一 探究二 解析 t 0 6s時 回路中動生電動勢E1 Blv又B kt v at代入數(shù)據解得E1 1 44 10 3V 代入數(shù)據解得E2 0 72 10 3V又由右手定則及楞次定律知E1 E2同向 故此時回路中總電動勢為E E1 E2 2 16 10 3V回路中電阻R 2xr0 3 6 10 2 則金屬桿受的安培力F BIl ktIl 1 44 10 4N 由左手定則知方向向右 答案 1 44 10 4N 方向向右 探究一 探究二 1 2 3 4 1 在如圖所示的四種磁場情況中能產生恒定的感生電場的是 解析 據麥克斯韋電磁理論 恒定的感生電場由均勻變化的磁場產生 C正確 答案 C 1 2 3 4 2 內壁光滑的塑料管彎成的圓環(huán)平放在水平桌面上 環(huán)內有一帶負電的小球 整個裝置處在豎直向下的磁場中 如圖所示 當磁場突然增強時 小球 A 沿順時針方向運動B 沿逆時針方向運動C 在原位置附近往復運動D 仍保持靜止狀態(tài)解析 磁場突然增強時 激發(fā)出逆時針方向的感生電場 對負電荷的作用力為順時針 故小球沿順時針方向運動 答案 A 1 2 3 4 3 研究表明 地球磁場對鴿子識別方向起著重要作用 鴿子體內的電阻大約為103 當它在地球磁場中展翅飛行時 會切割磁感線 在兩翅端點之間產生動生電動勢 這樣 鴿子體內靈敏的感受器即可根據動生電動勢的大小來判別其飛行方向 若某處地磁場磁感應強度的豎直分量約為0 5 10 4T 鴿子以20m s速度水平滑翔 則可估算出兩翅之間產生的動生電動勢約為 A 30mVB 3mVC 0 3mVD 0 03mV解析 鴿子兩翅展開可達30cm左右 所以E BLv 0 5 10 4 0 3 20V 0 3mV 答案 C 1 2 3 4 4 如圖所示 兩個端面半徑同為R的圓柱形鐵芯同軸水平放置 相對的端面之間有一縫隙 鐵芯上繞導線并與直流電源連接 在縫隙中形成一勻強磁場 一銅質細直棒ab水平置于縫隙中 且與圓柱軸線等高 垂直 讓銅質細直棒從靜止開始自由下落 銅質細直棒下落距離為0 2R時銅質細直棒中電動勢大小為E1 下落距離為0 8R時電動勢大小為E2 忽略能量損耗和邊緣效應 關于E1 E2的大小和銅質細直棒離開磁場前兩端的極性 下列判斷正確的是 g取10m s2 A E1 E2 a端為正B E1 E2 b端為正C E1 E2 a端為正D E1 E2 b端為正 1 2 3 4 解析 通電導線在縫隙中產生的磁場方向向左 所以銅質細直棒下落時由右手定則可判斷得b端為正 選項A C錯誤 根據E BLv可知 E1 E2 選項B錯誤 選項D正確 答案 D