高中物理 第四章 电磁感应第五节 电磁感应现象的两类情况课件 新人教版选修32.ppt

在电磁感应现象中 引起磁通量变化的原因不同 一般分为两种 一种是磁场不变 导体运动引起磁通量变化而产生感应电动势 如下图甲所示 另一种是导体不动 由于磁场变化引起磁通量变化而产生感应电动势 如下图乙所示 请探究一下它们产生感应电动势的机理 1 电路中电动势的作用实际上是 对自由电荷的作用 电池中电解液与两极板的 使两极板分别带了正负电荷 这种 就是我们所说的 2 国物理学家麦克斯韦认为 磁场变化时会在空间激发一种 如果此空间存在 则产生感应电流 或者说导体中产生了 在这种情况下 所谓的 非静电力 就是这种 对自由电荷的作用 3 导体棒在匀强磁场中运动也会产生 这种情况下 没有变化 空间没有 产生感应电动势的非静电力与 有关 这种感应电动势是由于导体运动而产生的 它也叫做 答案 1 某种非静电力 化学作用 化学作用 非静电力2 英 电场 闭合导体 感应电动势 感生电场3 感应电动势 磁场 感生电场 洛伦兹力 动生电动势 1 定义 由于磁场变化而产生的电场叫感生电场 由于磁场变化而产生的电动势叫感应电动势 它也叫做 感生电动势 2 特点 变化的磁场周围产生感生电场 与闭合电路是否存在无关 如果在变化的磁场中放一个闭合电路 电路中的自由电荷在感生电场作用下 做定向移动 形成电流 在这种情况下所谓的非静电力就是感生电场的作用 感应电场是电场的一种形式 是客观存在的一种特殊物质 感生电场可用电场线形象描述 但感生电场的电场线是闭合曲线 所以感生电场又称为涡旋电场 这一点与静电场不同 静电场的电场线不闭合 感生电场可以对带电粒子做功 可使带电粒子加速和偏转 3 感生电场方向的判定据楞次定律和右手螺旋定则判定 判定时可先假设有导体存在 推出的感应电流的方向 就是感生电场的方向 下列哪些说法是正确的 a 磁场变化时会在空间激发电场b 处于变化磁场中的导体中的自由电荷定向移动 是由于受到感生电场的作用c 感生电场就是感应电动势d 以上说法都不对答案 ab 解析 麦克斯韦认为 磁场的变化在空间激发一种电场 闭合电路此刻处于这种电场中 导体中的自由电荷将发生定向运动 产生感应电流 或者说导体中产生感应电动势 其非静电力就是这种感生电场 所以a b选项是正确的 c选项是错误的 故选ab 1 一段导体在做切割磁感线的运动时相当于一个电源 这时的非静电力与洛伦兹力有关 2 产生感应电动势原因分析 导体在磁场中做切割磁感线运动时 产生感应电动势 它也叫做 动生电动势 它是由于导体中自由电子受洛伦兹力作用而引起的 感应电动势的产生实质是洛伦兹力 非静电力 对自由电荷做了功 导体棒在磁场中运动过程中要受到安培力作用 要维持导体棒运动 外力必须克服安培力做功 因此产生电流的过程是其他形式的能转化为电能的过程 洛伦兹力总是与电荷的运动方向垂直 因此 洛伦兹力对电荷不做功 但是感生电动势又等于洛伦兹力搬运单位正电荷所做的功 这就是说两者有矛盾 你怎样理解这一问题 答案 其实并不矛盾 运动导体中的自由电子 不仅随导体以速度v运动 而且还沿导体以速度u做定向移动 正是这个定向移动才产生感应电流 如下图所示 因此 导体中的电子的合速度v合等于v和u的矢量和 所以电子受到的洛伦兹力为fv合 ev合b fv合与合速度v合垂直 它对电子不做功 fv合的一个分量是f1 evb 这个分力做功 产生感应电动势 fv合的另一个分量是f2 eub 阻碍导体运动 做负功 可以证明两个分力f1和f2所做功的代数和为零 结果仍然是洛伦兹力并不提供能量 而只是起传递能量的作用 即外力克服洛伦兹力的一个分力f2所做的功通过另一个分力f1转化为感应电流的能量 特别提醒 有些情况下 动生电动势和感生电动势具有相对性 例如 将条形磁铁插入线圈中 如果在相对磁铁静止的参考系内观察 线圈运动 产生的是动生电动势 如果在相对线圈静止的参考系中观察 线圈中磁场变化 产生感生电动势 在一水平光滑绝缘塑料板上有一环形凹槽 有一带电小球质量为m 电荷量为q 在槽内沿顺时针作匀速圆周运动 现加一竖直向上的均匀变化的匀强磁场 且b逐渐增加 则 a 小球速度变大b 小球速度变小c 小球速度不变d 以上三种情况都有可能解析 在此空间中 没有闭合导体 但磁场的变化 使空间产生感生电场 据楞次定律得出图示感生电场 又因小球带正电荷 电场力与小球速度同向 电场力对小球做正功 小球速度变大 a选项正确 答案 a点评 此题因部分同学受洛伦兹力不做功的影响 而误选c 答案 1 a板为正极板 2 1 0 10 7c解析 1 据楞次定律可得 产生的感生电场为逆时针方向 导体中的自由电子在电场力作用下顺时针运动到b板 所以b板带负电 a板带正电 2 电容器上的电荷量q c u 其中u为电容器上的电压 据题意知u e 其中e为感生电动势 在竖直向上的匀强磁场中 水平放置一个不变形的单匝金属圆线圈 规定线圈中感应电流的正方向如图甲所示 当磁场的磁感应强度b随时间t发生如图乙所示变化时 下图中正确表示线圈中感应电动势e变化的是 答案 a 如图甲所示 在pq qr区域中存在着磁感应强度大小相等 方向相反的匀强磁场 磁场方向均垂直于纸面 一导线框abcdefa位于纸面内 框的邻边都相互垂直 bc边与磁场的边界p重合 导线框与磁场区域的尺寸如图所示 从t 0时刻开始 线框匀速横穿两个磁场区域 以a b c d e f为线框中的电动势e的正方向 以下四个e t关系示意图中正确的是 答案 c解析 由右手定则和e blv判定水平位移从0 l时e blv 水平位移从l 2l时 e 0 从2l 3l时e 3blv 从3l 4l时e 2blv 可知图c正确 本题考查右手定则 楞次定律及e blv的应用 重点在于对不同阶段感应电动势大小和方向的判断 要求学生能正确建立图象 试题难度较大 如图 b 所示 光滑的平行水平金属导轨mn pq相距l 在m点和p点间连接一个阻值为r的电阻 在两导轨间cdfe矩形区域内有垂直导轨平面竖直向上 宽为d的匀强磁场 磁感应强度为b 一质量为m 电阻为r 长度也刚好为l的导体棒ab垂直搁在导轨上 与磁场左边界相距d0 现用一个水平向右的力f拉棒ab 使它由静止开始运动 棒ab离开磁场前做匀速直线运动 棒ab与导轨始终保持良好接触 导轨电阻不计 f随棒ab与初始位置的距离x变化的情况如图 a f0已知 求 1 棒ab离开磁场右边界时的速度 2 棒ab通过磁场区域的过程中整个回路所消耗的电能 3 d0满足什么条件时 棒ab进入磁场后一直做匀速运动 解析 1 设离开右边界时棒ab速度为v 则有 2010 泉州高二检测 如图所示的匀强磁场中 有两根相距20cm固定的平行金属光滑导轨mn和pq 磁场方向垂直于mn pq所在的平面 导轨上放置着ab cd两根平行的可动金属细棒 在两棒中点oo 之间拴一根40cm长的细绳 绳长保持不变 设磁感应强度b以1 0t s的变化率均匀减小 abdc回路的电阻为0 50 求 当b减小到10t时 两可动边所受磁场力和abdc回路消耗的功率 答案 均为0 32n0 0128w 据报道 1992年7月 美国 阿特兰蒂斯 号航天飞机进行了一项卫星悬绳发电实验 实验取得了部分成功 航天飞机在地球赤道上空离地面约3000km处由东向西飞行 相对地面速度大约6 5 103m s 从航天飞机上向地心发射一颗卫星 携带一根长20km 电阻为800 的金属悬绳 使这根悬绳与地磁场垂直 做切割磁感线运动 假定这一范围内的地磁场是均匀的 磁感应强度为4 10 5t 且认为悬绳上各点的切割速度和航天飞机的速度相同 根据理论设计 通过与电离层 由等离子体组成 的作用 悬绳可以产生约3a的感应电流 试求 1 金属悬绳中产生的感应电动势 2 悬绳两端的电压 3 航天飞机绕地球运行一圈悬绳输出的电能 已知地球半径为6 4 103km 解析 将飞机下金属悬绳切割磁感线产生感应电动势看作电源模型 当它通过电离层放电可看作直流电路模型 如下图所示 1 金属绳产生的电动势e blv 4 10 5 20 103 6 5 103v 5 2 103v 2 悬绳两端电压 即路端电压可由闭合电路欧姆定律得u e ir 5 2 103v 3 800v 2 8 103v 答案 1 5 2 103v 2 2 8 103v 3 7 6 107j 在玻璃杯底部装一电极 通过导线与电源一极相连 直立的磁铁棒下端固定在玻璃杯底部的中心 往杯内加入水银 在玻璃杯的正上方吊一可动导线 导线的上端与电源的另一极相接 下端浸入玻璃杯中的水银中 由于水银密度大 导线会倾斜地与水银相连 这样 可动导线 玻璃杯中的水银 玻璃杯底部的电极和电源就构成了一个回