高中物理 第4章 电磁感应 5 电磁感应现象的两类情况同步备课课件 新人教版选修32.ppt

第四章电磁感应 5电磁感应现象的两类情况 学习目标1 知道感生电动势产生的原因 会判断感生电动势的方向 并会计算它的大小 2 了解动生电动势产生的原因 会判断动生电动势的方向 并会计算它的大小 3 知道公式e n与e blv的区别和联系 内容索引 知识探究 题型探究 达标检测 知识探究 1 1 感生电场的方向与感应电流的方向有什么关系 如何判断感生电场的方向 一 电磁感应现象中的感生电场 如图1所示 b增强 那么就会在空间激发一个感生电场e 如果e处空间存在闭合导体 导体中的自由电荷就会在电场力的作用下定向移动 而产生感应电流 图1 感应电流的方向与正电荷移动的方向相同 感生电场的方向与正电荷受力的方向相同 因此 感生电场的方向与感应电流的方向相同 感生电场的方向可以用楞次定律判定 答案 2 上述情况下 哪种作用扮演了非静电力的角色 感生电场对自由电荷的作用 答案 感生电动势的产生 1 由产生的电动势叫感生电动势 2 感生电动势大小 3 方向判断 由和判定 感生电场 楞次定律 右手螺旋定则 判断下列说法的正误 1 感生电场线是闭合的 2 只要磁场变化 即使没有电路 在空间也将产生感生电场 3 处于变化磁场中的导体 其内部自由电荷定向移动 是由于受到感生电场的作用 二 电磁感应现象中的洛伦兹力 如图2所示 导体棒cd在匀强磁场中运动 1 自由电荷会随着导体棒运动 并因此受到洛伦兹力 导体棒中的自由电荷受到的洛伦兹力方向如何 为了方便 可以认为导体中的自由电荷是正电荷 图2 答案 导体中自由电荷 正电荷 具有水平方向的速度 由左手定则可判断自由电荷受到沿棒向上的洛伦兹力作用 2 若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 为什么 答案 自由电荷不会一直运动下去 因为c d两端聚集电荷越来越多 在cd棒间产生的电场越来越强 当电场力等于洛伦兹力时 自由电荷不再定向运动 3 导体棒哪端电势比较高 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 答案 c端电势较高 导体棒中电流是由d指向c的 动生电动势的产生 1 由于产生的电动势叫动生电动势 2 动生电动势大小 b的方向与v的方向垂直 3 方向判断 定则 导体运动 e blv 右手 判断下列说法的正误 1 导体内自由电荷受洛伦兹力作用是产生动生电动势的原因 2 导体切割磁感线运动时 导体内的自由电荷受到的洛伦兹力方向沿导体棒的方向 3 导体切割磁感线运动时 导体内的自由电荷受到的洛伦兹力对电荷做正功 4 只要导体在磁场中运动 导体两端就会产生动生电动势 2 题型探究 一 对感生电场的理解 1 变化的磁场周围产生感生电场 与闭合电路是否存在无关 如果在变化磁场中放一个闭合电路 自由电荷在感生电场的作用下发生定向移动 2 感生电场可用电场线形象描述 感生电场是一种涡旋电场 电场线是闭合的 而静电场的电场线不闭合 例1 多选 某空间出现了如图3所示的一组闭合的电场线 这可能是a 沿ab方向磁场在迅速减弱b 沿ab方向磁场在迅速增强c 沿ba方向磁场在迅速增强d 沿ba方向磁场在迅速减弱 答案 图3 闭合回路 可假定其存在 的感应电流方向就表示感生电场的方向 判断思路如下 假设存在垂直磁场方向的环形回路 回路中的磁通量的变化 楞次定律 安培定则 回路中感应电流的方向 感生电场方向 二 动生电动势的理解与应用 例2如图4所示 边长为l的正方形线圈与匀强磁场垂直 磁感应强度为b 当线圈按图示方向以速度v垂直b运动时 下列判断正确的是a 线圈中无电流 a b c db 线圈中无电流 a b d cc 线圈中有电流 a b c dd 线圈中有电流 a b d c 图4 答案 解析 线圈在运动过程中 穿过线圈的磁通量不变 所以在线圈中不会产生感应电流 c d错误 导线两端有电势差 根据右手定则 可知b正确 三 e n和e blv的比较应用 例3如图5所示 导轨om和on都在纸面内 导体ab可在导轨上无摩擦滑动 若ab以5m s的速度从o点开始沿导轨匀速右滑 导体与导轨都足够长 磁场的磁感应强度为0 2t 问 1 3s末夹在导轨间的导体长度是多少 此时导体切割磁感线产生的感应电动势多大 图5 答案 解析 夹在导轨间的部分导体切割磁感线产生的电动势才是电路中的感应电动势 3s末 夹在导轨间导体的长度为 l vt tan30 5 3 tan30 m 5m 2 3s内回路中的磁通量变化了多少 此过程中的平均感应电动势为多少 答案 解析 3s内回路中磁通量的变化量 bs 0 0 2 15 5wb wb 3s内电路产生的平均感应电动势为 四 导体棒转动切割磁感线产生感应电动势的计算 例4长为l的金属棒ab以a点为轴在垂直于匀强磁场的平面内以角速度 做匀速转动 如图6所示 磁感应强度为b 求 1 ab棒的平均速率 答案 解析 图6 2 ab两端的电势差 答案 解析 3 经时间 t金属棒ab所扫过面积中磁通量为多少 此过程中平均感应电动势多大 答案 解析 经时间 t金属棒ab所扫过的扇形面积为 s 则 由法拉第电磁感应定律得 导体转动切割磁感线 当导体棒在垂直于磁场的平面内 其一端固定 以角速度 匀速转动时 产生的感应电动势为 如图7所示 图7 若圆盘在磁场中以 绕圆心匀速转动时 如图8所示 相当于无数根 辐条 转动切割 它们之间相当于电源的并联结构 圆盘上的感应电动势仍为 图8 达标检测 3 1 如图9所示 在一水平光滑绝缘塑料板上有一环形凹槽 有一质量为m 电荷量为q的带正电小球 在槽内沿顺时针方向做匀速圆周运动 现加一竖直向上的均匀变化的匀强磁场 则a 小球速度变大b 小球速度变小c 小球速度不变d 小球速度可能变大也可能变小 答案 解析 磁场的变化使空间产生感生电场 但没有说明是变大还是变小 所以产生的感生电场可能与小球运动方向相同也可能相反 d项正确 图9 1 2 3 2 如图10 直角三角形金属框abc放置在匀强磁场中 磁感应强度大小为b 方向平行于ab边向上 当金属框绕ab边以角速度 逆时针转动时 a b c三点的电势分别为 a b c 已知bc边的长度为l 下列判断正确的是a a c 金属框中无电流b b c 金属框中电流方向沿a b c ac bc bl2 金属框中无电流d bc bl2 金属框中电流方向沿a c b a 答案 解析 图10 1 2 3 金属框abc平面与磁场平行 转动过程中磁通量始终为零 所以无感应电流产生 选项b d错误 转动过程中bc边和ac边均切割磁感线 产生感应电动势 由右手定则判断 a c b c 选项a错误 由转动切割产生感应电动势的公式得ubc bl2 选项c正确 1 2 3 3 多选 如图11所示 三角形金属导轨eof上放有一金属杆ab 在外力作用下 使ab保持与of垂直 从o点开始以速度v匀速右移 该导轨与金属杆均为粗细相同的同种金属制成 则下列判断正确的是a 电路中的感应电流大小不变b 电路中的感