2019-2020學(xué)年高中物理 第四章 電磁感應(yīng) 5 電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況課件 新人教版選修3-2.ppt

《2019-2020學(xué)年高中物理 第四章 電磁感應(yīng) 5 電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況課件 新人教版選修3-2.ppt》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2019-2020學(xué)年高中物理 第四章 電磁感應(yīng) 5 電磁感應(yīng)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?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

5電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況 一 電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的感生電場一個(gè)閉合電路靜止于磁場中 由于磁場強(qiáng)弱的變化 閉合電路內(nèi)將會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢 1 感生電場 磁場變化時(shí)在空間激發(fā)的一種電場 2 感生電動(dòng)勢 由感生電場產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢 3 感生電動(dòng)勢中的非靜電力 感生電場對(duì)自由電荷的作用 4 感生電場的方向 與所產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向相同 可根據(jù)楞次定律和右手定則判斷 二 電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的洛倫茲力1 動(dòng)生電動(dòng)勢 由于導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢 2 動(dòng)生電動(dòng)勢中的 非靜電力 自由電荷因隨導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)而受到洛倫茲力 非靜電力與洛倫茲力有關(guān) 3 動(dòng)生電動(dòng)勢中的功能關(guān)系閉合回路中 導(dǎo)體棒做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí) 克服安培力做功 其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能 搜索 電磁炮 了解電磁炮的發(fā)射原理 基本構(gòu)造以及實(shí)際應(yīng)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(huì)產(chǎn)生感生電場 解析 麥克斯韋認(rèn)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(guān) 答案 2 處于變化磁場中的導(dǎo)體 其內(nèi)部自由電荷定向移動(dòng) 是由于受到感生電場的作用 解析 在變化的磁場中 導(dǎo)體中的自由電荷將發(fā)生定向移動(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 其非靜電力就是這種感生電場作用產(chǎn)生的 答案 3 感生電場就是感應(yīng)電動(dòng)勢 解析 感應(yīng)電動(dòng)勢是導(dǎo)體中產(chǎn)生的電動(dòng)勢 與感生電場不是一個(gè)物理概念 答案 4 產(chǎn)生動(dòng)生電動(dòng)勢的非靜電力就是自由電荷受到的洛倫茲力 解析 產(chǎn)生動(dòng)生電動(dòng)勢的非靜電力與洛倫茲力有關(guān) 而不是洛倫茲力 答案 5 動(dòng)生電動(dòng)勢是洛倫茲力對(duì)導(dǎo)體中自由電荷做功而引起的 解析 洛倫茲力沿導(dǎo)體方向的分力對(duì)導(dǎo)體中自由電荷做功是產(chǎn)生動(dòng)生電動(dòng)勢的本質(zhì) 答案 2 多選 某空間出現(xiàn)了如圖所示的磁場 當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度變化時(shí) 在垂直于磁場的方向上會(huì)產(chǎn)生感生電場 有關(guān)磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化與感生電場的方向關(guān)系 下列描述正確的是 A 當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻增大時(shí) 感生電場的電場線從上向下看應(yīng)為順時(shí)針方向B 當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻增大時(shí) 感生電場的電場線從上向下看應(yīng)為逆時(shí)針方向C 當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻減小時(shí) 感生電場的電場線從上向下看應(yīng)為順時(shí)針方向D 當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻減小時(shí) 感生電場的電場線從上向下看應(yīng)為逆時(shí)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(yīng)強(qiáng)度在增大 在周圍有閉合導(dǎo)線的情況下 感應(yīng)電流的磁場方向應(yīng)與原磁場方向相反 即感應(yīng)電流的磁場方向向下 再由右手螺旋定則知感應(yīng)電流的方向即感生電場的方向 從上向下看應(yīng)為順時(shí)針方向 同理可知 原磁場方向向上且磁感應(yīng)強(qiáng)度減小時(shí) 感生電場的方向從上向下看應(yīng)為逆時(shí)針方向 所以A D正確 答案 AD 3 多選 如圖所示 導(dǎo)體AB在做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí) 將產(chǎn)生一個(gè)電動(dòng)勢 因而在電路中有電流通過 下列說法中正確的是 A 因?qū)w運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢稱為動(dòng)生電動(dòng)勢B 動(dòng)生電動(dòng)勢的產(chǎn)生與洛倫茲力有關(guān)C 動(dòng)生電動(dòng)勢的產(chǎn)生與電場力有關(guān)D 動(dòng)生電動(dòng)勢和感生電動(dòng)勢產(chǎn)生的原因是一樣的解析 導(dǎo)體在磁場中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的電動(dòng)勢叫動(dòng)生電動(dòng)勢 原因是導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)時(shí) 自由電荷受到洛倫茲力作用而引起的 感生電動(dòng)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(yīng)現(xiàn)象中的感生電場問題探究如圖所示 B增強(qiáng) 那么就會(huì)在空間激發(fā)一個(gè)感生電場E 如果E處空間存在閉合導(dǎo)體 導(dǎo)體中的自由電荷就會(huì)在電場力的作用下定向移動(dòng) 而產(chǎn)生感應(yīng)電流 1 感生電場的方向與感應(yīng)電流的方向有什么關(guān)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(diǎn)提示 1 感應(yīng)電流的方向與正電荷移動(dòng)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(yīng)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(duì)自由電荷的作用力 探究一 探究二 知識(shí)歸納1 產(chǎn)生 如圖所示 當(dāng)磁場變化時(shí) 產(chǎn)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(jù)實(shí)際存在的或假定存在的回路結(jié)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(xué)家費(fèi)曼曾設(shè)計(jì)過這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置 一塊絕緣圓板可繞其中心的光滑軸自由轉(zhuǎn)動(dòng) 在圓板的中部有一個(gè)線圈 圓板的四周固定著一圈帶電的金屬小球 如圖所示 當(dāng)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(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)B 線圈中電流的增大或減小會(huì)引起圓板向相同方向轉(zhuǎn)動(dòng)C 接通電源后 保持線圈中電流不變 圓板轉(zhuǎn)動(dòng)方向與線圈中電流流向相同D 若金屬小球帶負(fù)電 接通電源瞬間圓板轉(zhuǎn)動(dòng)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(chǎn)生變化的電場 從而導(dǎo)致帶電小球受到電場力 使其轉(zhuǎn)動(dòng) 故A錯(cuò)誤 不論線圈中電流增大或減小都會(huì)引起磁場的變化 從而產(chǎn)生電場 使小球受到電場力 從而轉(zhuǎn)動(dòng) 由于電場力與電荷帶正負(fù)電有關(guān) 故B錯(cuò)誤 接通電源后 保持線圈中電流不變 則磁場不變 則不會(huì)產(chǎn)生電場 小球不受到電場力 故C錯(cuò)誤 接通電源瞬間小球受到電場力作用而轉(zhuǎn)動(dòng) 由于金屬小球帶負(fù)電 再根據(jù)電磁場理論可知 圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)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(xùn)練1現(xiàn)代科學(xué)研究中常用到高速電子 電子感應(yīng)加速器就是利用感生電場加速電子的設(shè)備 如圖甲 電子感應(yīng)加速器主要有上 下電磁鐵磁極和環(huán)形真空室組成 當(dāng)電磁鐵繞組通以變化的電流時(shí) 產(chǎn)生變化的磁場 穿過真空盒所包圍的區(qū)域內(nèi)的磁通量也隨時(shí)間變化 這時(shí)真空盒空間內(nèi)就產(chǎn)生感應(yīng)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(cè)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(yùn)動(dòng) 當(dāng)電磁鐵繞組通有圖中所示的電流時(shí) 探究一 探究二 A 若電子沿逆時(shí)針運(yùn)動(dòng) 保持電流的方向不變 當(dāng)電流增大時(shí) 電子將加速B 若電子沿順時(shí)針運(yùn)動(dòng) 保持電流的方向不變 當(dāng)電流增大時(shí) 電子將加速C 若電子沿逆時(shí)針運(yùn)動(dòng) 保持電流的方向不變 當(dāng)電流減小時(shí) 電子將加速D 被加速時(shí)電子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期不變解析 當(dāng)電磁鐵繞組通有題圖中所示的電流時(shí) 由安培定則可知將產(chǎn)生向上的磁場 當(dāng)電磁鐵繞組中電流增大時(shí) 根據(jù)楞次定律和安培定則可知 這時(shí)真空盒空間內(nèi)產(chǎn)生順時(shí)針方向的感生電場 電子沿逆時(shí)針運(yùn)動(dòng) 電子將加速 選項(xiàng)A正確 選項(xiàng)B C錯(cuò)誤 由于電子被 約束 在半徑為R的圓周上運(yùn)動(dòng) 被加速時(shí)電子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期減小 選項(xiàng)D錯(cuò)誤 答案 A 探究一 探究二 電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的洛倫茲力問題探究導(dǎo)體切割磁感線時(shí)會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢 該電動(dòng)勢形成的原因是什么呢 如圖所示CD棒在勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動(dòng) 回答以下問題 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 2 導(dǎo)體棒一直運(yùn)動(dòng)下去 自由電荷是否也會(huì)沿著導(dǎo)體棒一直運(yùn)動(dòng)下去 為什么 3 導(dǎo)體棒的哪端電勢比較高 4 如果用導(dǎo)線把C D兩端連到磁場外的一個(gè)用電器上 導(dǎo)體棒中電流是沿什么方向的 5 什么是動(dòng)生電動(dòng)勢 如何計(jì)算 6 從做功角度分析能量是如何轉(zhuǎn)化的 探究一 探究二 要點(diǎn)提示 1 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) 如圖所示 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F合 ev合B F合與合速度v合垂直 2 自由電荷不會(huì)一直運(yùn)動(dòng)下去 因?yàn)镃 D兩端聚集電荷越來越多 在CD棒間產(chǎn)生的電場越來越強(qiáng) 當(dāng)電場力等于洛倫茲力時(shí) 自由電荷不再定向運(yùn)動(dòng) 探究一 探究二 3 C端電勢高 4 CD相當(dāng)于電源 電源內(nèi)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(guān)系推導(dǎo) 導(dǎo)體CD運(yùn)動(dòng)時(shí)自由電子受洛倫茲力的作用 從C端搬運(yùn)到D端 C D兩端聚集電荷越來越多 在CD棒間產(chǎn)生的電場越來越強(qiáng) 電荷受到的電場力 方法二 由能量守恒定律推導(dǎo) 運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體CD中產(chǎn)生感應(yīng)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(yùn)動(dòng) 其動(dòng)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(duì)電子不做功 更具體地說 F合的一個(gè)分量是F1 evB 這個(gè)分力做功 產(chǎn)生動(dòng)生電動(dòng)勢 F合的另一個(gè)分量是F2 euB 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)化為電能 探究一 探究二 知識(shí)歸納1 成因 導(dǎo)體棒做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí) 導(dǎo)體棒中的自由電荷隨棒一起定向運(yùn)動(dòng) 并因此受到洛倫茲力 2 動(dòng)生電動(dòng)勢中的非靜電力 與洛倫茲力有關(guān) 是洛倫茲力的一個(gè)分力 探究一 探究二 3 感生電動(dòng)勢與動(dòng)生電動(dòng)勢的比較 任何時(shí)候洛倫茲力不做功 產(chǎn)生動(dòng)生電動(dòng)勢的非靜電力是洛倫茲力的一個(gè)分力 這個(gè)分力做了正功 增加了電勢能 同時(shí)另一分力一定做了負(fù)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(zhì)量為m的帶電小球用絕緣細(xì)線懸掛在框的上方 使整體在勻強(qiáng)磁場中沿垂直于磁場方向向左以速度v勻速運(yùn)動(dòng) 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(shè)兩板間的距離為L 由于向左運(yùn)動(dòng)過程中豎直板切割磁感線 產(chǎn)生動(dòng)生電動(dòng)勢 用右手定則判斷下板電勢高于上板電勢 動(dòng)生電動(dòng)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(shí)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(yùn)動(dòng) 都有FT mg 故選項(xiàng)A正確 答案 A 探究一 探究二 變式訓(xùn)練2如圖所示 矩形線框abcd的ad和bc的中點(diǎn)M N之間連接一電壓表 整個(gè)裝置處于勻強(qiáng)磁場中 磁場的方向與線框平面垂直 當(dāng)線框向右勻速平動(dòng)時(shí) 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(yīng)電動(dòng)勢B MN這段導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng) MN間有電勢差C MN間有電勢差 所以電壓表有示數(shù)D 因?yàn)橛须娏魍ㄟ^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(yīng)電流 但ab MN dc都切割磁感線 它們都有感應(yīng)電動(dòng)勢 故A錯(cuò) B對(duì) 無電流通過電壓表 電壓表無示數(shù) C D錯(cuò) 答案 B 探究一 探究二 例題3 如圖所示 兩根平行金屬導(dǎo)軌固定在水平桌面上 每根導(dǎo)軌每米的電阻為r0 0 10 導(dǎo)軌的端點(diǎn)P Q用電阻可忽略的導(dǎo)線相連 兩導(dǎo)軌間的距離l 0 20m 有隨時(shí)間變化的磁場垂直于桌面向下 已知磁感應(yīng)強(qiáng)度B與時(shí)間t的關(guān)系為B kt 比例系數(shù)k 0 020T s 一電阻不計(jì)的金屬桿可在導(dǎo)軌上無摩擦地滑動(dòng) 在滑動(dòng)過程中保持與導(dǎo)軌垂直 在t 0時(shí)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?qū)к壍牧硪欢嘶瑒?dòng) 求在t 0 6s時(shí)金屬桿所受的安培力 探究一 探究二 解析 t 0 6s時(shí) 回路中動(dòng)生電動(dòng)勢E1 Blv又B kt v at代入數(shù)據(jù)解得E1 1 44 10 3V 代入數(shù)據(jù)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(shí)回路中總電動(dòng)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(chǎn)生恒定的感生電場的是 解析 據(jù)麥克斯韋電磁理論 恒定的感生電場由均勻變化的磁場產(chǎn)生 C正確 答案 C 1 2 3 4 2 內(nèi)壁光滑的塑料管彎成的圓環(huán)平放在水平桌面上 環(huán)內(nèi)有一帶負(fù)電的小球 整個(gè)裝置處在豎直向下的磁場中 如圖所示 當(dāng)磁場突然增強(qiáng)時(shí) 小球 A 沿順時(shí)針方向運(yùn)動(dòng)B 沿逆時(shí)針方向運(yùn)動(dòng)C 在原位置附近往復(fù)運(yùn)動(dòng)D 仍保持靜止?fàn)顟B(tài)解析 磁場突然增強(qiáng)時(shí) 激發(fā)出逆時(shí)針方向的感生電場 對(duì)負(fù)電荷的作用力為順時(shí)針 故小球沿順時(shí)針方向運(yùn)動(dòng) 答案 A 1 2 3 4 3 研究表明 地球磁場對(duì)鴿子識(shí)別方向起著重要作用 鴿子體內(nèi)的電阻大約為103 當(dāng)它在地球磁場中展翅飛行時(shí) 會(huì)切割磁感線 在兩翅端點(diǎn)之間產(chǎn)生動(dòng)生電動(dòng)勢 這樣 鴿子體內(nèi)靈敏的感受器即可根據(jù)動(dòng)生電動(dòng)勢的大小來判別其飛行方向 若某處地磁場磁感應(yīng)強(qiáng)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(chǎn)生的動(dòng)生電動(dòng)勢約為 A 30mVB 3mVC 0 3mVD 0 03mV解析 鴿子兩翅展開可達(dá)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(gè)端面半徑同為R的圓柱形鐵芯同軸水平放置 相對(duì)的端面之間有一縫隙 鐵芯上繞導(dǎo)線并與直流電源連接 在縫隙中形成一勻強(qiáng)磁場 一銅質(zhì)細(xì)直棒ab水平置于縫隙中 且與圓柱軸線等高 垂直 讓銅質(zhì)細(xì)直棒從靜止開始自由下落 銅質(zhì)細(xì)直棒下落距離為0 2R時(shí)銅質(zhì)細(xì)直棒中電動(dòng)勢大小為E1 下落距離為0 8R時(shí)電動(dòng)勢大小為E2 忽略能量損耗和邊緣效應(yīng) 關(guān)于E1 E2的大小和銅質(zhì)細(xì)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(dǎo)線在縫隙中產(chǎn)生的磁場方向向左 所以銅質(zhì)細(xì)直棒下落時(shí)由右手定則可判斷得b端為正 選項(xiàng)A C錯(cuò)誤 根據(jù)E BLv可知 E1 E2 選項(xiàng)B錯(cuò)誤 選項(xiàng)D正確 答案 D