高二物理电磁感应现象.ppt

课标课标 定位 学习习目标标：1.了解感生电场电场 ，知道感生电动势产电动势产 生的原因会判断感生电动势电动势 的方向，并会计计算 它的大小 2了解动动生电动势电动势 的产产生以及与洛伦兹伦兹 力的关 系.会判断动动生电动势电动势 的方向，并会计计算它的大小 . 3了解电电磁感应规应规 律的一般应应用，会联联系科技 实实例进进行分析 重点难难点：1.感生电动势电动势 以及动动生电动势电动势 的产产生 机理 2灵活运用电电磁感应应定律和楞次定律解决电电磁感 应问题应问题 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 第 五 节 电 磁 感 应 现 象 的 两 类 情 况 课前自主学案 课前自主学案 一、电电磁感应现应现 象中的感生电场电场 1电电磁场场理论论与感生电场电场 (1)电电磁场场理论论：变变化的电场电场 周围产围产 生磁场场，变变化 的磁场场周围产围产 生电场电场 由19世纪纪60年代的 _提出 (2)感生电场电场 ：变变化的磁场场周围围所产产生的电场电场 麦克斯韦韦 2感应电动势应电动势 (1)感应电动势应电动势 ： 感生电场电场 中的导导体正是在_的作用下， 自由电电荷发发生定向移动动，形成_或_. (2)非静电电力就是_对对自由电电荷的作用 二、电电磁感应现应现 象中的洛伦兹伦兹 力 感生电场电场 力 电电流产产生电动势电动势 感生电场电场 1.动动生电动势电动势 ：导导体在磁场场中_运动时动时 产产生的电动势电动势 2.产产生原因：由于导导体中的自由电电子受到_ 作用引起的，使自由电电荷做定向移动动的非静电电力是 _ 3.切割导导体的特点：运动动的导导体是_，所在的 电电路是_电电路 切割磁感线线 洛伦兹伦兹 力 洛伦兹伦兹 力 电电源 内 核心要点突破 一、感生电动势电动势 1产产生机理 如图图451所示，当磁场变场变 化时时，产产生的感生电电 场场的电场线电场线 是与磁场场方向垂直的曲线线如果空间间 存在闭闭合导导体，导导体中的自由电电荷就会在电场电场 力 的作用下定向移动动，而产产生感应电应电 流，或者说导说导 体中产产生了感应电动势应电动势 图图451 图图452 2特点 (1)感生电场电场 是一种涡涡旋电场电场 ，电场线电场线 是闭闭合的. (2)感生电场电场 的产产生跟空间间中是否存在闭闭合电电路无 关. 3方向判定 感生电场电场 的方向根据闭闭合电电路(或假想的闭闭合电电路 )中感应电应电 流的方向确定，即利用楞次定律判断. 即时应时应 用 (即时时突破，小试试牛刀) 1某空间间出现现了如图图453所示的磁场场，当磁 感应应强度变变化时时，在垂直于磁场场的方向上会产产生 感生电场电场 ，有关磁感应应强度的变变化与感生电场电场 的 方向关系描述正确的是( ) 图图453 A当磁感应应强度均匀增大时时，感生电场电场 的电场电场 线线从上向下看应为顺时针应为顺时针 方向 B当磁感应应强度均匀增大时时，感生电场电场 的电场电场 线线从上向下看应为应为 逆时针时针 方向 C当磁感应应强度均匀减小时时，感生电场电场 的电场电场 线线从上向下看应为顺时针应为顺时针 方向 D当磁感应应强度均匀减小时时，感生电场电场 的电场电场 线线从上向下看应为应为 逆时针时针 方向 解析：选选AD.感生电场电场 中电场线电场线 的方向用楞次定 律来判定：原磁场场向上且磁感应应强度在增大，在 周围围有闭闭合导线导线 的情况下，感应电应电 流的磁场场方向 应应与原磁场场方向相反，即感应电应电 流的磁场场方向向 下，再由右手螺旋定则则得到感应电应电 流的方向是： 从上向下看应为顺时针应为顺时针 方向，则则感生电场电场 的方向 从上向下看也为顺时针为顺时针 方向；同理可知，原磁场场 方向向上且磁感应应强度减小时时，感生电场电场 的方向 从上向下看应为应为 逆时针时针 方向选项选项 AD正确 二、动动生电动势电动势 1产产生机理 一段导导体在做切割磁感线线运动时动时 ，导导体内自由电电 荷随导导体在磁场场中运动动，则则必受洛伦兹伦兹 力，自由 电电荷在洛伦兹伦兹 力作用下产产生定向移动动，这样这样 自由 电电荷在导导体两端聚集，从而使导导体两端产产生电势电势 差，这这就是动动生电动势电动势 ，此时时若电电路闭闭合，则电则电 路中产产生感应电应电 流 说说明：(1)当电电路不闭闭合时时，切割磁感线线的导导体两 端积积聚电电荷，则则在导导体内产产生附加电场电场 ，电电荷在 受洛伦兹伦兹 力的同时时也受电场电场 力作用 (2)电动势电动势 的产产生与电电路是否闭闭合无关 2方向判定 动动生电动势电动势 的方向用右手定则则来判定，即“四指” 指电动势电动势 的方向 3对动对动 生电动势电动势 中电电荷所受洛伦兹伦兹 力的理解 (1)运动导动导 体中的自由电电子，不仅仅随 导导体以速度v运动动，而且还还沿导导体以 速度u做定向移动动，如图图454所 示因此，导导体中的电电子的合速度 v合等于v和u的矢量和，所以电电子受 到的洛伦兹伦兹 力为为F合ev合B，F合与 合速度v合 垂直 图图454 (2)从做功角度分析，由于F合与v合垂直，它对电对电 子不做功，更具体地说说，F合的一个分量是F1 evB，这这个分力做功，产产生动动生电动势电动势 F合的另 一个分量是F2euB，阻碍导导体运动动做负负功可 以证证明两个分力F1和F2所做的功的代数和为为零 结结果仍然是洛伦兹伦兹 力并不提供能量，而只是起传传 递递能量的作用，即外力克服洛伦兹伦兹 力的一个分力 F2所做的功通过过另一个分力F1转转化为为能量 即时应时应 用 (即时时突破，小试试牛刀) 2下列说说法中正确的是( ) A动动生电动势电动势 是洛伦兹伦兹 力的一个分力对导对导 体中 自由电电荷做功而引起的 B因为为洛伦兹伦兹 力对对运动电动电 荷始终终不做功，所以 动动生电动势电动势 不是由洛伦兹伦兹 力而产产生的 C动动生电动势电动势 的方向可以由右手定则则来判定 D导导体棒切割磁感线产线产 生感应电应电 流，受到的安 培力一定与受到的外力大小相等、方向相反 解析：选选AC.洛伦兹伦兹 力的一个分力对导对导 体中自由 电电荷做功是产产生动动生电动势电动势 的本质质，A、C正确， B错误错误 ；只有在导导体棒做匀速切割时时，除安培力以 外的力的合力才与安培力大小相等、方向相反，做 变变速运动时动时 不成立，故D错误错误 课堂互动讲练 感应电场方向的判断 例例1 1 如图图455所示，内壁光滑、 水平放置的玻璃圆环圆环 内，有一直径略 小于圆环圆环 直径的带带正电电的小球，以速 率v0沿逆时针时针 方向匀速转动转动 ，若在此 空间间突然加上方向竖竖直向上、磁感应应强度B随时间时间 成正比例增加的变变化磁场场设设运动过动过 程中小球带带 电电荷量不变变，那么( ) 图图455 A小球对对玻璃圆环圆环 的压压力一定不断增大 B小球所受的磁场场力一定不断增大 C小球先沿逆时针时针 方向减速运动动，之后沿顺时顺时 针针方向加速运动动 D磁场场力对对小球一直不做功 【思路点拨拨】 解答本题时题时 可按以下思路分析： 【精讲讲精析】 变变化的磁场场将产产生感生电场电场 ，这这 种感生电场电场 由于其电场线电场线 是闭闭合的,也称为涡为涡 旋电电 场场，其场场强方向可借助电电磁感应现应现 象中感应电应电 流 方向的判定方法，使用楞次定律判断当磁场场增强 时时，会产产生顺时针顺时针 方向的涡涡旋电场电场 ，电场电场 力先对对 小球做负负功使其速度减为为零，后对对小球做正功使其 沿顺时针顺时针 方向做加速运动动，所以C正确；磁场场力始 终终与小球运动动方向垂直，因此始终对终对 小球不做功， D正确； 小球在水平面内沿半径方向受两个力作用：环环的压压 【答案】 CD 【规规律总结总结 】 本题题的关键键是判断出感生电场电场 的 方向，感生电场对电场对 小球做功，使带电带电 小球的动动能 发发生变变化 变变式训练训练 1 如图图456所示，一金属半圆环圆环 置于匀强磁场场中，当磁场场突然减弱时时，则则两端 点的电势电势 ( ) AN点电势电势 高 BM点电势电势 高 C若磁场场不变变，将半圆环绕圆环绕 MN轴轴 旋转转180的过过程中，N点电势电势 高 D若磁场场不变变，将半圆环绕圆环绕 MN轴轴 旋转转180的过过程中，M点电势电势 高 图图456 解析：选选BD.将半圆环补圆环补 充为圆为圆 形回路，由楞次定 律可判断圆环圆环 中产产生的感应电动势应电动势 方向在半圆环圆环 中由N指向M，即M点电势电势 高，B正确；若磁场场不 变变，半圆环绕圆环绕 MN轴轴旋转转180的过过程中，由楞次定 律可判断，半圆环圆环 中产产生的感应电动势应电动势 在半圆环圆环 中由N指向M，即M点电势电势 高，D正确 如图图457所示，L10.5 m，L20.8 m， 回路总电总电 阻为为R0.2 ，M0.04 kg，导轨导轨 光滑 ，开始时时磁场场B01 T现现使磁感应应 强度以B/t0.2 T/s的变变化率均 匀地增大，试试求：当t为为多少时时， M刚刚离开地面？(g取10 m/s2) 感生电动势的计算 例例2 2 图图457 【思路点拨拨】 回路中原磁场场方向向下，且磁通 量增加，由楞次定律可以判知，感应电应电 流的磁场场 方向向上，根据安培定则则可以判知，ab中的感应应 电电流的方向是ab，由左手定则则可知，ab所受安 培力的方向水平向左，从而向上拉起重物 【答案】 5 s 【规规律总结总结 】 在审题时应审题时应 加强对对某些关键键“ 字眼”的理解，如本题题中的“刚刚好”两个字，就 说说明了地面此时对时对 物体无支持力了 变变式训练训练 2 (2011年泉州高二检测检测 )如图图458所 示的匀强磁场场中，有两根相距20 cm固定的平行金 属光滑导轨导轨 MN和PQ.磁场场方向垂直于MN、PQ所 在平面导轨导轨 上放置着ab、cd两根平行的可动动金属 细细棒在两棒中点OO之间间拴一根40 cm长长的细细 绳绳，绳长绳长 保持不变变设设磁感应应强度 B以1.0 T/s的变变化率均匀减小， abdc回路的电电阻为为0.50 .求： 当B减小到10 T时时，两可动边动边 所 受磁场场力和abdc回路消耗的功率 图图458 答案：均为为0.32 N 0.0128 W 如图图459所示，三角形金 属框架MON平面与匀强磁场场B垂直， 导导体ab能紧贴紧贴 金属框架运动动，且始 终终与导轨导轨 ON垂直当导导体ab从O点 开始匀速向右平动时动时 ，速度为为v0，试试求bOc回路中 某时时刻的感应电动势应电动势 随时间变时间变 化的函数关系式 动生电动势的计算 例例3 3 图图459 【思路点拨拨】 导导体ab在切割磁感线线的运动过动过 程中，在回路中的有效切割长长度bc随时间时间 做线线 性变变化，由于题题中要求的是感应电动势应电动势 瞬时时表 达式，故可用公式EBlv求解 变变式训练训练 3 如图图4510所示，金属杆ab以恒定 的速率v在光滑平行导轨导轨 上向右滑行，设设整个电电路 中总电总电 阻为为R(恒定不变变)，整个装置置于垂直纸纸面 向里的匀强磁场场中，下列叙述正确的是( ) 图图4510 Aab杆中的电电流与速率v成正比 B磁场场作用于ab杆的安培力与速率v成正比 C电电阻R上产产生的电热电热 功率与速率v的平方成正 比 D外力对对ab杆做功的功率与速率v的平方成正比 电磁感应的图象问题 例例4 4 如图图4511甲所示，矩形导线导线 框abcd固 定在匀强磁场场中，磁感线线的方向与导线导线 框所在平 面垂直规规定磁场场的正方向垂直纸纸面向里，磁感 应应强度B随时间变时间变 化的规规律如图图乙所示，若规规定 顺时针顺时针 方向为为感应电应电 流i的正方向，下列it图图( 如图图丙)中正确的是( ) 丙 图图4511 【答案】 D 【规规律总结总结 】 有关电电磁感应图应图 象的选择题选择题 ， 采取排除法判断比较简单较简单 ，首先利用方向排除 错误选项错误选项 ，其次再根据