4.5-电磁感应现象的两类情况.ppt

4 5电磁感应现象的两类情况 第四章电磁感应 每一种电动势都对应有一种非静电力 这种转化的本领用电动势来描述 非静电力做功 电动势的方向在电源内部由负极 正极 开关闭合 断开 或改变滑片的位置 部分导体切割磁感线 线圈B相当于电源 导体棒AB相当于电源 哪部分相当于电源 一 电磁感应现象中的感生磁场 磁场变强 B B感 感生电场对自由电荷的作用 B B感 由变化的磁场激发 电场线呈闭合状 形同漩涡 涡漩面与磁场方向垂直 与感应磁场方向满足右手螺旋 一 电磁感应现象中的感生磁场 如果环有个小缺口而不闭合有感生电场吗 一 电磁感应现象中的感生磁场 环中的自由电荷还会定向移动吗 将在哪端聚集 哪端相当于电源的正极 楞次定律 右手螺旋定则 感生电场由变化的磁场激发 而非闭合环激发 故 与环闭合与否 存在与否均无关 穿过真空室内磁场的方向 由图知电子沿什么方向运动 要使电子沿此方向加速 感生电场的方向如何 由感生电场判断感应磁场方向如何 竖直向上 逆时针 顺时针 竖直向下 原磁场在增强 即电流在增大 俯视图 I AD 练习 1 自由电荷会随着导体棒运动 并因此受到洛伦兹力 导体中自由电荷的合运动在空间大致沿什么方向 为了方便 可以认为导体中的自由电荷是正电荷 3 导体棒一直运动下去 自由电荷是否总会沿着导体棒一直运动下去 F电 C D 2 导体棒的哪端电势比较高 4 如果用导线把C D两端连到磁场外的一个用电器上 导体棒中电流是沿什么方向的 5 如果移去C D两端连接的用电器 导体棒中还有电流吗 还有电动势吗 V合 F C D 与洛伦兹力有关 右手定则 动生电动势 F C D 沿杆方向的洛伦兹力做功吗 与我们在 磁场 学习时得到的结论 洛伦兹力永不做功 矛盾吗 f合 导体棒接用电器后 要继续做匀速运动时还需要外力推动吗 能量是怎样转化的呢 动生电动势 能量是怎样转化的呢 洛伦兹力不做功 不提供能量 只是起传递能量的作用 洛伦兹力的沿杆分力f 扮演了非静电力 其做了多少正功 就转化出了多少电能 洛伦兹力的垂直杆分力f2 宏观表现为安培力 通过计算克服安培力做了多少功 也可知道产生了多少电能 动生电动势 动生电动势 感生电动势 特点 磁场不变 闭合电路的整体或局部在磁场中运动导致回路中磁通量变化 闭合回路的任何部分都不动 空间磁场变化导致回路中磁通量变化 原因 由于S变化引起回路中 变化 由于B变化引起回路中 变化 非静电力是洛仑兹力的分力 由洛仑兹力对运动电荷作用而产生电动势 变化磁场在它周围空间激发感生电场 非静电力是感生电场力 由感生电场力对电荷做功而产生电动势 方向 的来源非静电力 楞次定律 右手螺旋定则 楞次定律 或右手定则 对比 下列说法中正确的是 A 动生电动势是洛伦兹力的一个分力对导体中自由电荷做功而引起的B 因为洛伦兹力对运动电荷始终不做功 所以动生电动势不是由洛伦兹力而产生的C 动生电动势的方向可以由右手定则来判定D 导体棒切割磁感线产生感应电流 受到的安培力一定与受到的外力大小相等 方向相反 练习 AC 解析 选AC 洛伦兹力的一个分力对导体中自由电荷做功是产生动生电动势的本质 A C正确 B错误 只有在导体棒做匀速切割时 除安培力以外的力的合力才与安培力大小相等 方向相反 做变速运动时不成立 故D错误 如图所示 一金属半圆环置于匀强磁场中 当磁场突然减弱时 则两端点的电势 A N点电势高B M点电势高C 若磁场不变 将半圆环绕MN轴旋转180 的过程中 N点电势高D 若磁场不变 将半圆环绕MN轴旋转180 的过程中 M点电势高 BD 练习 解析 选BD 将半圆环补充为圆形回路 由楞次定律可判断圆环中产生的感应电动势方向在半圆环中由N指向M 即M点电势高 B正确 若磁场不变 半圆环绕MN轴旋转180 的过程中 由楞次定律可判断 半圆环中产生的感应电动势在半圆环中由N指向M 即M点电势高 D正确 类型一 感生电场方向的判断 CD 如图所示 L1 0 5m L2 0 8m 回路总电阻为R 0 2 M 0 04kg 导轨光滑 开始时磁场B0 1T 现使磁感应强度以 B t 0 2T s的变化率均匀地增大 试求 当t为多少时 M刚离开地面 g取10m s2 类型二 感生电动势的计算 如图所示 三角形金属框架MON平面与匀强磁场B垂直 导体ab能紧贴金属框架运动 且始终与导轨ON垂直 当导体ab从O点开始匀速向右平动时 速度为v0 试求bOc回路中某时刻的感应电动势随时间变化的函数关系式 类型三 动生电动势的计算 类型三 动生电动势的计算 ABCD 类型四 电磁感应的图像问题 D 类型四 电磁感应的图像问题 A 变式 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 类型二 感生电动势的计算 如图所示 足够长的U形导体框架的宽度L 0 5m 电阻忽略不计 其所在平面与水平面成 37 角 磁感应强度B 0 8T的匀强磁场方向垂直于导体框平面 一根质量m 0 2kg 有效电阻R 2 的导体棒MN垂直跨放在U形框架上 导体棒与框架间的动摩擦因数为 0 5 导体棒由静止开始沿框架下滑到刚开始匀速运动 通过导体棒截面的电量共为Q 2C 取g 10m s2 求 1 导体棒匀速运动的速度 2 导体棒从开始下滑到刚开始匀速运动这一过程中 导体棒的电阻消耗的电功 如图所示 AB CD是两根足够长的固定平行金属导轨 两导轨间距离为L 导轨平面与水平面的夹角为 在整个导轨平面内都有垂直于导轨平面斜向上方的匀强磁场 磁感应强度为B 在导轨的A C端连接一个阻值为R的电阻 一根垂直于导轨放置的金属棒ab 电阻为r质量为m 从静止开始沿导轨下滑 下滑高度为H时达到最大速度 不计摩擦 求在此过程中 1 ab棒的最大速度 2 通过电阻R的热量 3 通过电阻R的电量 例 如图所示 处在磁感应强度B 0 5T的光滑且水平的导轨上连接一R 4 的电阻 长L 0 4m r 1 的ab开始静止 当受到一个F 0 08N的向右恒力的作用 则 问1 ab将如何运动 ab的最大速度是多少 一 导体切割磁感线类 先做加速度减小的加速运动 后匀速运动 例 如图所示 处在磁感应强度B 0 5T的光滑且水平的导轨上连接一R 4 的电阻 长L 0 4m r 1 的ab开始静止 当受到一个F 0 08N的向右恒力的作用 则 一 导体切割磁感线类 P电 P克服安 P外 0 8W 其它形式能量 W克服安 W电流 问2 ab速度为10m s时 总电功率为多少 克服安培力的功率为多少 外力的功率为多少 能量是如何转化的 例 如图所示 处在磁感应强度B 0 5T的光滑且水平的导轨上连接一R 4 的电阻 长L 0 4m r 1 的ab开始静止 当受到一个F 0 08N的向右恒力的作用 则 一 导体切割磁感线类 问3 ab速度为5m s时 总电功率为多少 克服安培力的功率为多少 外力的功率为多少 能量是如何转化的 P电 P克服安 0 2W P外 0 4W 电能 W电流 动能 其它形式能量 W克服安 WF W克服安 例 如图所示 处在磁感应强度B 0 5T的光滑且水平的导轨上连接一R 4 的电阻 长L 0 4m r 1 的ab开始静止 当受到一个F 0 08N的向右恒力的作用 则 一 导体切割磁感线类 P电 P克服安 0 2W P外 0 4W P电 P克服安 P外 0 8W v 10m s时 v 5m s时 在导体切割磁感线产生电磁感应现象 我们用外力克服安培力做功来量度有多少其它形式的能量转化为电能 做功 能量变化 例题2 如图所示 光滑水平放置的足够长平行导轨MN PQ的间距为L 导轨MN PQ电阻不计 电源的电动势E 内阻r 金属杆EF其有效电阻为R 整个装置处于竖直向上的匀强磁场中 磁感应强度B 现在闭合开关 E r R 问1 金属杆EF将如何运动 最终速度多大 L 先做加速度减小的加速运动 后匀速运动 思考 在导体切割磁感线情况下 安培力如果做正功 能量又是怎样转化的 如何用做功来量度 例题2 如图所示 光滑水平放置的足够长平行导轨MN PQ的间距为L 导轨MN PQ电阻不计 电源的电动势E 内阻r 金属杆EF其有效电阻为R 整个装置处于竖直向上的匀强磁场中 磁感应强度B 现在闭合开关 E r R L 问2 当EF速度为v时 其机械功率P机 电路产生的热功率P热 电源消耗的电功率P电 P机 P热 P电三者的关系 P电 P机 P热 能量守恒 例题2 如图所示 光滑水平放置的足够长平行导轨MN PQ的间距为L 导轨MN PQ电阻不计 电源的电动势E 内阻r 金属杆E