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)兩種情況下電動勢的產(chǎn)了解電磁感應(yīng)兩種情況下電動勢的產(chǎn)生機理生機理能夠運用電磁感應(yīng)規(guī)律熟練解決相關(guān)能夠運用電磁感應(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：一種是磁場不變，導(dǎo)體運動引起磁通量變化而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，如下圖甲所示，另一種是導(dǎo)體不動，由于磁場變化引起磁通量變化而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，如下圖乙所示，請?zhí)骄恳幌滤鼈儺a(chǎn)生感應(yīng)電動勢的機理 1電路中電動勢的作用實際上是_對自由電荷的作用，電池中電解液與兩極板的_使兩極板分別 帶 了 正 負 電 荷 ， 這 種 _ _ _ _ _ _ 就 是 我 們 所 說 的“_” 2_國物理學家麥克斯韋認為，磁

2、場變化時會在空間激發(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_對自由電荷的作用3導(dǎo)體棒在勻強磁場中運動也會產(chǎn)生_，這種情況下，_沒有變化，空間沒有_，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的非靜電力與_有關(guān)這種感應(yīng)電動勢是由于導(dǎo)體運動而產(chǎn)生的，它也叫做“_”答案：1.某種非靜電力；化學作用；化學作用；非靜電力2英；電場；閉合導(dǎo)體；感應(yīng)電動勢；感生電場3感應(yīng)電動勢；磁場；感生電場；洛倫茲力；動生電動勢 (1)定義： 由于磁場變化而產(chǎn)生的電場叫感生電場由于磁場變化而產(chǎn)生的電動勢叫感應(yīng)電動勢它也叫做“感生電動勢” (2)特點： 變化的磁場周圍產(chǎn)生感生電場，與閉合電

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

4、受到感生電場的作用C感生電場就是感應(yīng)電動勢D以上說法都不對答案：AB解析：麥克斯韋認為，磁場的變化在空間激發(fā)一種電場閉合電路此刻處于這種電場中，導(dǎo)體中的自由電荷將發(fā)生定向運動，產(chǎn)生感應(yīng)電流，或者說導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢其非靜電力就是這種感生電場，所以A，B選項是正確的，C選項是錯誤的故選AB.(1)一段導(dǎo)體在做切割磁感線的運動時相當于一個電源，這時的非靜電力與洛倫茲力有關(guān)(2)產(chǎn)生感應(yīng)電動勢原因分析導(dǎo)體在磁場中做切割磁感線運動時，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢(它也叫做“動生電動勢”)，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)電動勢的產(chǎn)生實質(zhì)是洛倫茲力(非靜電力)對自由電荷做了功；導(dǎo)體棒在磁場中運動過程

5、中要受到安培力作用，要維持導(dǎo)體棒運動，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動方向垂直，因此，洛倫茲力對電荷不做功，但是感生電動勢又等于洛倫茲力搬運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：其實并不矛盾，運動導(dǎo)體中的自由電子，不僅隨導(dǎo)體以速度v運動，而且還沿導(dǎo)體以速度u做定向移動，正是這個定向移動才產(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，它對電子不做功，F(xiàn)v合的一個分量是F1evB，這個分力做功，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢Fv

6、合的另一個分量是F2euB，阻礙導(dǎo)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(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分力F2所做的功通過另一個分力F1轉(zhuǎn)化為感應(yīng)電流的能量. 特別提醒： 有些情況下，動生電動勢和感生電動勢具有相對性.例如，將條形磁鐵插入線圈中，如果在相對磁鐵靜止的參考系內(nèi)觀察，線圈運動，產(chǎn)生的是動生電動勢；如果在相對線圈靜止的參考系中觀察，線圈中磁場變化，產(chǎn)生感生電動勢. 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)沿順時針作勻速圓周運動，現(xiàn)加一豎直向上的均勻變化的勻強磁場，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，但磁場的變化，使空間產(chǎn)生感生電場據(jù)楞次定律得出圖示感生電場，又因小球帶正電荷，電場力與小球速度同向，電場力對小球做正功，小球速度變大A選項正確答案：A點評：此題因部分同學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)生的感生電場為逆時針方向，導(dǎo)體中的自由電子在電場力作用下順時針運動到B板，所以B板帶負電，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為感生電動勢) 在豎直向上的勻強磁場中，水平

8、放置一個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，當磁場的磁感應(yīng)強度B隨時間t發(fā)生如圖乙所示變化時，下圖中正確表示線圈中感應(yīng)電動勢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)強度大小相等、方向相反的勻強磁場，磁場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邊與磁場的邊界P重合導(dǎo)線框與磁場區(qū)域的尺寸如圖所示，從t0時刻開始，線框勻速橫穿兩個磁場區(qū)域，以abcdef為線框中的電動勢E的正方向，以下四個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EBlv，水平位移從l2l時，E0，從2l

9、3l時E3Blv，從3l4l時E2Blv，可知圖C正確本題考查右手定則、楞次定律及EBlv的應(yīng)用重點在于對不同階段感應(yīng)電動勢大小和方向的判斷，要求學生能正確建立圖象，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點和P點間連接一個阻值為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的勻強磁場，磁感應(yīng)強度為B.一質(zhì)量為m、電阻為r、長度也剛好為L的導(dǎo)體棒ab垂直擱在導(dǎo)軌上，與磁場左邊界相距d0.現(xiàn)用一個水平向右的力F拉棒ab，使它由靜止開始運動，棒ab離開磁場前做勻速直線運動，棒ab與導(dǎo)軌始終保持良好接觸，導(dǎo)軌電阻不計，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離開磁場右邊界時的速度(2)棒ab通過磁場區(qū)域的過程中整個回路所消耗的電能(3)d0滿足什么條件時，棒ab進入磁場后一直做勻速運動解析：(1)設(shè)離開右邊界時棒ab速度為v，則有(2010泉州高二檢測)如圖所示的勻強磁場中，有兩根相距20cm固定的平行金屬光滑導(dǎo)軌MN和PQ.磁場方向垂直于MN、PQ所在的平面導(dǎo)軌上放置著ab、cd兩根平行的可動金屬細棒在兩棒中點OO之間拴一根40cm長的細繩，繩長保持不變設(shè)磁感應(yīng)強度B以1.0T/s的變化率均勻減小，abdc回路的電阻為0.50.求：當B減小到10T時，兩可動邊所受磁場力和abdc回路消耗的功率答

11、案：均為0.32N0.0128W 據(jù)報道，1992年7月，美國“阿特蘭蒂斯”號航天飛機進行了一項衛(wèi)星懸繩發(fā)電實驗，實驗取得了部分成功航天飛機在地球赤道上空離地面約3000km處由東向西飛行，相對地面速度大約6.5103m/s，從航天飛機上向地心發(fā)射一顆衛(wèi)星，攜帶一根長20km，電阻為800的金屬懸繩，使這根懸繩與地磁場垂直，做切割磁感線運動假定這一范圍內(nèi)的地磁場是均勻的磁感應(yīng)強度為4105T，且認為懸繩上各點的切割速度和航天飛機的速度相同根據(jù)理論設(shè)計，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)電動勢；(2)懸繩兩端的電壓；(3)航天飛機

12、繞地球運行一圈懸繩輸出的電能(已知地球半徑為6.4103km)解析：將飛機下金屬懸繩切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢看作電源模型，當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 勢 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)線會傾斜地與水銀相連這樣，可動導(dǎo)線、玻璃杯中的水銀、玻璃杯底部的電極和電源就構(gòu)成了一個回路(如圖)當回路中有電流通過時，導(dǎo)線會如何運動？運動時，可動導(dǎo)線上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，是動生電動勢還是感生電動勢？方向如何？答案：當可動導(dǎo)線中有電流通過時，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)線會繞著固定在玻璃杯底部的磁鐵棒的上端不斷轉(zhuǎn)動由于導(dǎo)線不斷切割磁感線，所以導(dǎo)線上產(chǎn)生動生電動勢，方向與電源電動勢反向，在導(dǎo)線中由下端指向上端