《2018-2019學年高中物理 第四章 電磁感應 4.5 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《2018-2019學年高中物理 第四章 電磁感應 4.5 電磁感應現(xiàn)象的兩類情況課件 新人教版選修3-2.ppt（65頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

1、5 電磁感應現(xiàn)象的兩類情況,【自主預習】 1.電磁感應現(xiàn)象中的感生電場: (1)感生電場:磁場_____時在空間激發(fā)的一種_____。 (2)感生電動勢:由_________產生的感應電動勢。 (3)感生電動勢中的“非靜電力”:_________對自由電 荷的作用力。,變化,電場,感生電場,感生電場,(4)感生電場的方向:與所產生的感應電流方向_____, 可利用_________和_____定則來判斷。,相同,楞次定律,右手,2.電磁感應現(xiàn)象中的洛倫茲力: (1)動生電動勢:由于_________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_____

2、____,非靜電力與_________有關。,導體運動,洛倫茲力,洛倫茲力,【預習小測】 1.(多選)下列說法中正確的是() A.感生電場由變化的磁場產生 B.恒定的磁場也能在周圍空間產生感生電場,C.感生電場的方向也可以用楞次定律和右手螺旋定則來判定 D.感生電場的電場線是閉合曲線,其方向一定是沿逆時針方向,【解析】選A、C。磁場變化時在空間激發(fā)感生電場,其方向與所產生的感應電流方向相同,可由楞次定律和右手螺旋定則判定,故A、C正確,B、D錯誤。,2.(多選)某空間出現(xiàn)了如圖所示的一組閉合的電場線,這可能是(),A.沿AB方向的磁場迅速減弱 B.沿AB方向的磁場迅速增強 C.沿BA方向的磁場

3、迅速增強 D.沿BA方向的磁場迅速減弱,【解析】選A、C。假設存在圓形閉合回路,回路中應產生與電場同向的感應電流,由安培定則可知,感應電流的磁場向下,所以根據(jù)楞次定律,引起感應電流的應是方向向下的磁場迅速減弱或方向向上的磁場迅速增強,故A、C正確。,3.(多選)北半球某地的地磁場磁感應強度的豎直分量大小為4.510-5T。一靈敏電壓表連接在當?shù)厝牒：佣蔚膬砂?河寬100m,該河段漲潮和落潮時有海水(視為導體)流過。設落潮時,海水自西向東流,流速為2m/s。下列說法正確的是(),A.電壓表記錄的電壓為5mV B.電壓表記錄的電壓為9mV C.河南岸的電勢較高 D.河北岸的電勢較高,【解析】選B、

4、D。根據(jù)法拉第電磁感應定律得:E=BLv =9mV,所以A錯誤,B正確;在北半球地磁場磁感應強度的豎直分量為豎直向下,根據(jù)右手定則可判斷河北岸的電勢較高,所以C錯誤,D正確。,4.一根導體棒ab在水平方向的勻強磁場中自由下落,并始終保持水平方向且與磁場方向垂直。如圖所示,則有 (),A.Uab=0 B.ab,Uab保持不變 C.ab,Uab越來越大 D.a

5、互動探究】 如圖所示,一個閉合電路靜止于磁場中,當磁場變強時,請思考如下問題:,(1)閉合回路中是否產生了感應電動勢,為什么? 提示:磁場變化時在空間中激發(fā)出一種電場,這種電場對自由電荷產生力的作用,形成電流,或者說產生了感應電動勢。,(2)如果產生了感應電動勢,是哪一種作用扮演了非靜電力的角色? 提示:所謂的非靜電力就是感生電場的作用,閉合導體中的自由電荷在這種電場力作用下做定向運動。,(3)怎樣判斷感生電場的方向? 提示:根據(jù)楞次定律和右手定則判斷感生電場方向。,【探究總結】 對感生電場的理解 麥克斯韋在他的電磁理論中指出:變化的磁場能在周圍空間激發(fā)電場,這種電場叫感生電場。 (1)感生電

6、場是一種渦旋電場,電場線是閉合的。,(2)感生電場的產生跟空間中是否存在閉合電路無關。 (3)感生電場的方向根據(jù)閉合電路(或假想的閉合電路)中感應電流的方向確定。,【典例示范】 英國物理學家麥克斯韋認為,磁場變化時會在空間激發(fā)感生電場。如圖所示,一個半徑為r的絕緣細圓環(huán)水平放置,環(huán)內存在豎直向上的勻強磁場B,環(huán)上套一帶電荷量為+q的小球,已知磁感應強度B隨時間均勻增加,其變化率為k,若小球在環(huán)上運動一周,則感生電場對小球的作用力所做功的大小是(),A.0B. r2qk C.2r2qkD.r2qk,【解題指南】解答本題應注意以下兩點: (1)變化的磁場在周圍空間產生感生電場。 (2)感生電場的方

7、向可由楞次定律和右手螺旋定則判斷。,【解析】選D。根據(jù)法拉第電磁感應定律可知,磁場變 化產生的感生電動勢為E= r2=kr2,小球在環(huán)上 運動一周,則感生電場對小球的作用力所做功的大小 W=qE=r2qk,故D正確。,【探究訓練】 1.(多選)(2018長治高二檢測)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

8、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】選A、D。本題可利用穿過線圈的磁通量變化時產生感應電流的判斷方法。當磁感應強度均勻增大時,由楞次定律和安培定則可知從上向下看,感生電場方向為順時針方向,A正確、B錯誤;當磁感應強度均勻減小時,由楞次定律和安培定則可知從上向下看,感生電場的方向為逆時針方向,C錯誤、D正確。,2.如圖所示是一個水平放置的玻璃圓環(huán)形 小槽,槽內光滑,槽寬度和深度處處相同。 現(xiàn)將一直徑略小于槽寬的帶正電小球放在 槽中,讓它獲得一初速度v0,與此同時,有一變化的磁場 垂直穿過玻璃圓環(huán)形小槽外徑所對應的圓面積,磁感應 強度的

9、大小跟時間成正比例增大,方向豎直向下。設小 球在運動過程中電荷量不變,則(),A.小球受到的向心力大小不變 B.小球受到的向心力大小不斷增大 C.磁場力對小球做了功 D.小球受到的磁場力大小與時間成正比,【解析】選B。當磁感應強度隨時間均勻增大時,將產生一恒定的感生電場,由楞次定律知,電場方向和小球初速度方向相同,因小球帶正電,安培力對小球做正功,小球速率逐漸增大,向心力也隨著增大,故A錯,B對;洛倫茲力對運動電荷不做功,故C錯;帶電小球所受洛倫茲力F=qBv,隨著速率的增大而增大,同時Bt,則F和t不成正比,故D錯。,【補償訓練】 (多選)閉合回路由電阻R與導線組成,其內部磁場大小按圖乙所示

10、B-t圖變化,方向如圖甲所示,則回路中 (),A.電流方向為順時針方向 B.電流越來越大 C.磁通量的變化率恒定不變 D.產生的感應電動勢越來越大,【解析】選A、C。由楞次定律可以判斷電流方向為順 時針方向,A項正確;由法拉第電磁感應定律E=n 可 得,E=n S,由圖乙可知 是恒量,所以電動勢恒 定,D項錯誤;根據(jù)歐姆定律,電路中電流是不變的,B項 錯誤;由于磁場均勻增加,線圈面積不變,所以磁通量的 變化率恒定不變,C項正確。,主題二電磁感應現(xiàn)象中的洛倫茲力 【互動探究】 如圖,金屬導體棒ab在均勻磁場中運動,請?zhí)骄恳韵聠栴}:,(1)導體中的自由電子受到什么力的作用? 提示:導體在磁場中做切

11、割磁感線運動時,導體中的自由電子受洛倫茲力作用。,(2)動生電動勢產生的實質是_____________________ _______________。,洛倫茲力(非靜電力)使,電子做定向移動,(3)把圖中的導體棒ab用導線連接起來構成閉合回路,請從能量轉化與守恒的角度推導動生電動勢的表達式。,提示:導體棒ab在磁場中向右做勻速運動時,導體棒中的電子由于受到洛倫茲力的作用在豎直方向上定向移動,假定形成的電流大小為I,則安培力F安=BIl,方向水平向左。為了使導體棒保持勻速運動,作用在導體棒上的外力大小F等于安培力F安,即F=F安=BIl。外力做功的功率P=Fv=BIlv,設感應電動勢為E,閉

12、合電路中的電功率P總=EI,由于導體棒勻速運動,根據(jù)能量的轉化與守恒定律知P總=P,即BIlv=EI,所以動生電動勢E=Blv。,【探究總結】 1.感生電動勢和動生電動勢的區(qū)別:,2.用功和能的觀點解決電磁感應問題: (1)在電磁感應現(xiàn)象中,分析清楚電磁感應過程中能量轉化關系,往往是解決電磁感應問題的關鍵。,(2)基本思路:受力分析弄清哪些力做功(正功還是負功)明確有哪些形式的能量參與轉化(哪些增哪些減)由動能定理或能量守恒定律列方程求解;其能量轉化特點:,【典例示范】 (多選)(2018溫州高二檢測)如圖所示, 平行金屬導軌MN和PQ,它們的電阻可以 忽略不計。在M和P之間接有阻值為R=3.

13、0的定值電阻, 導體棒ab長l=0.5m。其電阻不計,且與導軌接觸良好, 整個裝置處于方向豎直向上的勻強磁場中,磁感應強度 B=0.4T?，F(xiàn)使ab以v=10m/s的速度向右做勻速運動。 以下判斷正確的是(),A.導體棒ab中的感應電動勢E=2.0V B.電路中的電流I=0.5A C.導體棒ab所受安培力方向向右 D.拉力做功的功率為 W,【解題指南】解答本題應注意以下三點: (1)由E=Blv求出感應電動勢,由歐姆定律可以求出感應電流。 (2)由右手定則判斷出感應電流方向,然后由左手定則判斷出安培力方向。 (3)由安培力公式求出安培力,由平衡條件求出拉力,然后由P=Fv求出拉力的功率。,【解析

14、】選A、D。感應電動勢:E=Blv=0.40.510V =2V,故A正確;電路電流:I= 故B錯誤;由右 手定則可知,感應電流由b流向a,由左手定則可知,安培 力水平向左,故C錯誤;ab受到的安培力:F安=BIl=0.4 0.5N= N,ab勻速運動,由平衡條件可得:F=F安= N,拉力的功率:P=Fv= 10W= W,故D正確。,【探究訓練】 (2018漢中高二檢測)如圖,兩光滑平行金 屬導軌間距為l,直導線MN垂直跨在導軌上, 且與導軌接觸良好,整個裝置處在垂直于紙面向里的勻 強磁場中,磁感應強度為B。電容器的電容為C,除電阻R 外,導軌和導線的電阻均不計?，F(xiàn)給導線MN一初速度, 使

15、導線MN向右運動,當電路穩(wěn)定后,MN以速度v向右做勻 速運動時(),A.電容器兩端的電壓為零 B.電阻兩端的電壓為Blv C.電容器所帶電荷量為CBlv D.為保持MN勻速運動,需對其施加的拉力大小為,【解析】選C。當導線MN勻速向右運動時,導線MN產生的感應電動勢恒定,穩(wěn)定后,電容器既不充電也不放電,無電流產生,故電阻兩端無電壓,電容器兩極板間電壓U=E=Blv,所帶電荷量Q=CU=CBlv,故A、B錯,C對;MN勻速運動時,因無電流而不受安培力,故拉力為零,故D錯。,【補償訓練】1.(多選)如圖所示,金屬桿ab以恒定的速率v在光滑平行導軌上向右滑行,設整個電路中總電阻為R(恒定不變),整個

16、裝置置于垂直紙面向里的勻強磁場中,下列敘述中正確的是(),A.ab桿中的電流與速率v成正比B.磁場作用于ab桿的安培力與速率v成正比C.電阻R上產生的熱功率與速率v的二次方成正比D.外力對ab桿做功的功率與速率v成正比,【解析】選A、B、C。由E=Blv和I= 得I= ,所以 安培力F=BIl= ,電阻上產生的熱功率P=I2R= 外力對ab做功的功率就等于回路產生的熱功 率。故A、B、C正確。,2.如圖所示,xOy坐標系第一象限有垂直 紙面向外的勻強磁場,第三象限有垂直 紙面向里的勻強磁場,磁感應強度大小 均為B,第二、四象限內沒有磁場。一個圍成四分之一 圓弧形的導體環(huán)Oab,其圓心在原點

17、O,開始時導體環(huán)在 第四象限,從t=0時刻起繞O點在xOy坐標平面內逆時針,勻速轉動。若以逆時針方向的電流為正,下列表示環(huán)內感應電流i隨時間t變化的圖象中,正確的是(),【解析】選D。在0 內,Oa切割磁感線運動,根據(jù)右 手定則判斷可知,線框中感應電流的方向為順時針方向, 為負值; 內,Ob切割磁感線運動,根據(jù)右手定則 判斷可知,線框中感應電流的方向為逆時針方向,為正 值; 內,Oa切割磁感線運動,根據(jù)右手定則判斷 可知,線框中感應電流的方向為逆時針方向,為正值; T內,Ob切割磁感線運動,根據(jù)右手定則判斷可知,,線框中感應電流的方向為順時針方向,為負值。無論哪 個半徑切割磁感線,所

18、產生的感應電動勢大小都相同, 設角速度為,由感應電動勢公式E= BL2和歐姆定 律可知感應電流的大小是不發(fā)生變化的,由此可得知 A、B、C錯誤,D正確。,3.如圖所示,金屬框架MON平面與勻強磁場B垂直,導體ab能緊貼金屬框架運動,且始終與導軌ON垂直。當導體ab從O點開始勻速向右平動時,速度為v0,試求bOc回路中某時刻的感應電動勢隨時間變化的函數(shù)關系式。,【解析】設導體ab從O點出發(fā)時開始計時,經過時間t后, 導體ab勻速運動的距離為s,則有s=v0t。在bOc中,由 tan30= 有 =v0ttan30,則導體ab接入回路 的bc部分切割磁感線產生的感應電動勢為 在回路bOc中,回路總感應電動勢,具體由導體bc部分產生,因此,回路內總的感應電動勢 為E總=E= 答案:E總=,【通法悟道】與動生電動勢有關的電磁感應問題 (1)動生電動勢的大小E=Blv,E= Bl2。 (2)用右手定則判斷動生電動勢的方向。 (3)電磁感應中產生的電能等于克服安培力所做的功。,【課堂小結】,