高中物理 第四章 電磁感應(yīng)第五節(jié) 電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況課件 新人教版選修32

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1、了解電磁感應(yīng)兩種情況下電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)了解電磁感應(yīng)兩種情況下電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生機(jī)理生機(jī)理能夠運(yùn)用電磁感應(yīng)規(guī)律熟練解決相關(guān)能夠運(yùn)用電磁感應(yīng)規(guī)律熟練解決相關(guān)問題問題 在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，引起磁通量變化的原因不同，一般分為兩種：一種是磁場(chǎng)不變，導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)引起磁通量變化而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，如下圖甲所示，另一種是導(dǎo)體不動(dòng)，由于磁場(chǎng)變化引起磁通量變化而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，如下圖乙所示，請(qǐng)?zhí)骄恳幌滤鼈儺a(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的機(jī)理 1電路中電動(dòng)勢(shì)的作用實(shí)際上是_對(duì)自由電荷的作用，電池中電解液與兩極板的_使兩極板分別 帶 了 正 負(fù) 電 荷 ， 這 種 _ _ _ _ _ _ 就 是 我 們 所 說 的“_” 2_國(guó)物理學(xué)家麥克斯韋認(rèn)為，磁

2、場(chǎng)變化時(shí)會(huì)在空間激發(fā)一種_如果此空間存在_，則產(chǎn)生感應(yīng)電流，或者說導(dǎo)體中產(chǎn)生了_在這種情況下，所謂的“非靜電力”就是這種_對(duì)自由電荷的作用3導(dǎo)體棒在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)也會(huì)產(chǎn)生_，這種情況下，_沒有變化，空間沒有_，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的非靜電力與_有關(guān)這種感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是由于導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的，它也叫做“_”答案：1.某種非靜電力；化學(xué)作用；化學(xué)作用；非靜電力2英；電場(chǎng)；閉合導(dǎo)體；感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；感生電場(chǎng)3感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；磁場(chǎng)；感生電場(chǎng)；洛倫茲力；動(dòng)生電動(dòng)勢(shì) (1)定義： 由于磁場(chǎng)變化而產(chǎn)生的電場(chǎng)叫感生電場(chǎng)由于磁場(chǎng)變化而產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)叫感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)它也叫做“感生電動(dòng)勢(shì)” (2)特點(diǎn)： 變化的磁場(chǎng)周圍產(chǎn)生感生電場(chǎng)，與閉合電

3、路是否存在無關(guān)如果在變化的磁場(chǎng)中放一個(gè)閉合電路，電路中的自由電荷在感生電場(chǎng)作用下，做定向移動(dòng)，形成電流在這種情況下所謂的非靜電力就是感生電場(chǎng)的作用 感應(yīng)電場(chǎng)是電場(chǎng)的一種形式，是客觀存在的一種特殊物質(zhì) 感生電場(chǎng)可用電場(chǎng)線形象描述，但感生電場(chǎng)的電場(chǎng)線是閉合曲線，所以感生電場(chǎng)又稱為渦旋電場(chǎng)這一點(diǎn)與靜電場(chǎng)不同，靜電場(chǎng)的電場(chǎng)線不閉合 感生電場(chǎng)可以對(duì)帶電粒子做功，可使帶電粒子加速和偏轉(zhuǎn) (3)感生電場(chǎng)方向的判定 據(jù)楞次定律和右手螺旋定則判定判定時(shí)可先假設(shè)有導(dǎo)體存在，推出的感應(yīng)電流的方向，就是感生電場(chǎng)的方向下列哪些說法是正確的()A磁場(chǎng)變化時(shí)會(huì)在空間激發(fā)電場(chǎng)B處于變化磁場(chǎng)中的導(dǎo)體中的自由電荷定向移動(dòng)，是由于

4、受到感生電場(chǎng)的作用C感生電場(chǎng)就是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)D以上說法都不對(duì)答案：AB解析：麥克斯韋認(rèn)為，磁場(chǎng)的變化在空間激發(fā)一種電場(chǎng)閉合電路此刻處于這種電場(chǎng)中，導(dǎo)體中的自由電荷將發(fā)生定向運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生感應(yīng)電流，或者說導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)其非靜電力就是這種感生電場(chǎng)，所以A，B選項(xiàng)是正確的，C選項(xiàng)是錯(cuò)誤的故選AB.(1)一段導(dǎo)體在做切割磁感線的運(yùn)動(dòng)時(shí)相當(dāng)于一個(gè)電源，這時(shí)的非靜電力與洛倫茲力有關(guān)(2)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)原因分析導(dǎo)體在磁場(chǎng)中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(它也叫做“動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)”)，它是由于導(dǎo)體中自由電子受洛倫茲力作用而引起的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生實(shí)質(zhì)是洛倫茲力(非靜電力)對(duì)自由電荷做了功；導(dǎo)體棒在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)過程

5、中要受到安培力作用，要維持導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)，外力必須克服安培力做功，因此產(chǎn)生電流的過程是其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的過程 洛倫茲力總是與電荷的運(yùn)動(dòng)方向垂直，因此，洛倫茲力對(duì)電荷不做功，但是感生電動(dòng)勢(shì)又等于洛倫茲力搬運(yùn)單位正電荷所做的功，這就是說兩者有矛盾，你怎樣理解這一問題？ 答案：其實(shí)并不矛盾，運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體中的自由電子，不僅隨導(dǎo)體以速度v運(yùn)動(dòng)，而且還沿導(dǎo)體以速度u做定向移動(dòng)，正是這個(gè)定向移動(dòng)才產(chǎn)生感應(yīng)電流，如下圖所示因此，導(dǎo)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Fv合ev合B，F(xiàn)v合與合速度v合垂直，它對(duì)電子不做功，F(xiàn)v合的一個(gè)分量是F1evB，這個(gè)分力做功，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Fv

6、合的另一個(gè)分量是F2euB，阻礙導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)，做負(fù)功可以證明兩個(gè)分力F1和F2所做功的代數(shù)和為零結(jié)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(gè)分力F2所做的功通過另一個(gè)分力F1轉(zhuǎn)化為感應(yīng)電流的能量. 特別提醒： 有些情況下，動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生電動(dòng)勢(shì)具有相對(duì)性.例如，將條形磁鐵插入線圈中，如果在相對(duì)磁鐵靜止的參考系內(nèi)觀察，線圈運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生的是動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)；如果在相對(duì)線圈靜止的參考系中觀察，線圈中磁場(chǎng)變化，產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì). 在一水平光滑絕緣塑料板上有一環(huán)形凹槽，有一帶電小球質(zhì)量為m，電荷量為q，在槽內(nèi)沿順時(shí)針作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，現(xiàn)加一豎直向上的均勻變化的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，且B逐漸增加，

7、則()A小球速度變大B小球速度變小C小球速度不變 D以上三種情況都有可能解析：在此空間中，沒有閉合導(dǎo)體，但磁場(chǎng)的變化，使空間產(chǎn)生感生電場(chǎng)據(jù)楞次定律得出圖示感生電場(chǎng)，又因小球帶正電荷，電場(chǎng)力與小球速度同向，電場(chǎng)力對(duì)小球做正功，小球速度變大A選項(xiàng)正確答案：A點(diǎn)評(píng)：此題因部分同學(xué)受洛倫茲力不做功的影響，而誤選C.答案：(1)A板為正極板(2)1.0107C解析：(1)據(jù)楞次定律可得：產(chǎn)生的感生電場(chǎng)為逆時(shí)針方向，導(dǎo)體中的自由電子在電場(chǎng)力作用下順時(shí)針運(yùn)動(dòng)到B板，所以B板帶負(fù)電，A板帶正電(2)電容器上的電荷量qCU(其中U為電容器上的電壓)據(jù)題意知UE(其中E為感生電動(dòng)勢(shì)) 在豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，水平

8、放置一個(gè)不變形的單匝金屬圓線圈，規(guī)定線圈中感應(yīng)電流的正方向如圖甲所示，當(dāng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t發(fā)生如圖乙所示變化時(shí)，下圖中正確表示線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E變化的是()答案：答案：A如圖甲所示，在PQ、QR區(qū)域中存在著磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等、方向相反的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向均垂直于紙面一導(dǎo)線框abcdefa位于紙面內(nèi)，框的鄰邊都相互垂直，bc邊與磁場(chǎng)的邊界P重合導(dǎo)線框與磁場(chǎng)區(qū)域的尺寸如圖所示，從t0時(shí)刻開始，線框勻速橫穿兩個(gè)磁場(chǎng)區(qū)域，以abcdef為線框中的電動(dòng)勢(shì)E的正方向，以下四個(gè)Et關(guān)系示意圖中正確的是()答案：C解析：由右手定則和EBLv判定水平位移從0l時(shí)EBlv，水平位移從l2l時(shí)，E0，從2l

9、3l時(shí)E3Blv，從3l4l時(shí)E2Blv，可知圖C正確本題考查右手定則、楞次定律及EBlv的應(yīng)用重點(diǎn)在于對(duì)不同階段感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小和方向的判斷，要求學(xué)生能正確建立圖象，試題難度較大. 如圖(b)所示，光滑的平行水平金屬導(dǎo)軌MN、PQ相距L，在M點(diǎn)和P點(diǎn)間連接一個(gè)阻值為R的電阻，在兩導(dǎo)軌間cdfe矩形區(qū)域內(nèi)有垂直導(dǎo)軌平面豎直向上、寬為d的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.一質(zhì)量為m、電阻為r、長(zhǎng)度也剛好為L(zhǎng)的導(dǎo)體棒ab垂直擱在導(dǎo)軌上，與磁場(chǎng)左邊界相距d0.現(xiàn)用一個(gè)水平向右的力F拉棒ab，使它由靜止開始運(yùn)動(dòng)，棒ab離開磁場(chǎng)前做勻速直線運(yùn)動(dòng)，棒ab與導(dǎo)軌始終保持良好接觸，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，F(xiàn)隨棒ab與初始位置的距

10、離x變化的情況如圖(a)，F(xiàn)0已知求：(1)棒ab離開磁場(chǎng)右邊界時(shí)的速度(2)棒ab通過磁場(chǎng)區(qū)域的過程中整個(gè)回路所消耗的電能(3)d0滿足什么條件時(shí)，棒ab進(jìn)入磁場(chǎng)后一直做勻速運(yùn)動(dòng)解析：(1)設(shè)離開右邊界時(shí)棒ab速度為v，則有(2010泉州高二檢測(cè))如圖所示的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有兩根相距20cm固定的平行金屬光滑導(dǎo)軌MN和PQ.磁場(chǎng)方向垂直于MN、PQ所在的平面導(dǎo)軌上放置著ab、cd兩根平行的可動(dòng)金屬細(xì)棒在兩棒中點(diǎn)OO之間拴一根40cm長(zhǎng)的細(xì)繩，繩長(zhǎng)保持不變?cè)O(shè)磁感應(yīng)強(qiáng)度B以1.0T/s的變化率均勻減小，abdc回路的電阻為0.50.求：當(dāng)B減小到10T時(shí)，兩可動(dòng)邊所受磁場(chǎng)力和abdc回路消耗的功率答

11、案：均為0.32N0.0128W 據(jù)報(bào)道，1992年7月，美國(guó)“阿特蘭蒂斯”號(hào)航天飛機(jī)進(jìn)行了一項(xiàng)衛(wèi)星懸繩發(fā)電實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)取得了部分成功航天飛機(jī)在地球赤道上空離地面約3000km處由東向西飛行，相對(duì)地面速度大約6.5103m/s，從航天飛機(jī)上向地心發(fā)射一顆衛(wèi)星，攜帶一根長(zhǎng)20km，電阻為800的金屬懸繩，使這根懸繩與地磁場(chǎng)垂直，做切割磁感線運(yùn)動(dòng)假定這一范圍內(nèi)的地磁場(chǎng)是均勻的磁感應(yīng)強(qiáng)度為4105T，且認(rèn)為懸繩上各點(diǎn)的切割速度和航天飛機(jī)的速度相同根據(jù)理論設(shè)計(jì)，通過與電離層(由等離子體組成)的作用，懸繩可以產(chǎn)生約3A的感應(yīng)電流，試求：(1)金屬懸繩中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；(2)懸繩兩端的電壓；(3)航天飛機(jī)

12、繞地球運(yùn)行一圈懸繩輸出的電能(已知地球半徑為6.4103km)解析：將飛機(jī)下金屬懸繩切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)看作電源模型，當(dāng)它通過電離層放電可看作直流電路模型如下圖所示( 1 ) 金 屬 繩 產(chǎn) 生 的 電 動(dòng) 勢(shì) E B l v 4 1 05201036.5103V5.2103V；(2)懸繩兩端電壓，即路端電壓可由閉合電路歐姆定律得UEIr5.2103V3800V2.8103V；答案：(1)5.2103V(2)2.8103V(3)7.6107J 在玻璃杯底部裝一電極，通過導(dǎo)線與電源一極相連直立的磁鐵棒下端固定在玻璃杯底部的中心，往杯內(nèi)加入水銀在玻璃杯的正上方吊一可動(dòng)導(dǎo)線，導(dǎo)線的上端與電源的另一極相接，下端浸入玻璃杯中的水銀中由于水銀密度大，導(dǎo)線會(huì)傾斜地與水銀相連這樣，可動(dòng)導(dǎo)線、玻璃杯中的水銀、玻璃杯底部的電極和電源就構(gòu)成了一個(gè)回路(如圖)當(dāng)回路中有電流通過時(shí)，導(dǎo)線會(huì)如何運(yùn)動(dòng)？運(yùn)動(dòng)時(shí)，可動(dòng)導(dǎo)線上產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，是動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)還是感生電動(dòng)勢(shì)？方向如何？答案：當(dāng)可動(dòng)導(dǎo)線中有電流通過時(shí)，導(dǎo)線受安培力作用，由左手定則判斷可得安培力方向始終與導(dǎo)線和豎直線所在的平面垂直，所以導(dǎo)線會(huì)繞著固定在玻璃杯底部的磁鐵棒的上端不斷轉(zhuǎn)動(dòng)由于導(dǎo)線不斷切割磁感線，所以導(dǎo)線上產(chǎn)生動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)，方向與電源電動(dòng)勢(shì)反向，在導(dǎo)線中由下端指向上端