高中物理 第四章 电磁感应 5 电磁感应现象的两类情况课件 新人教版选修32.ppt

5电磁感应现象的两类情况 第四章电磁感应 1 知道感生电动势的产生以及与感生电场的联系 会判断感生电动势的方向并计算其大小 2 知道动生电动势的产生以及与洛伦兹力的关系 会判断动生电动势的方向并计算其大小 目标定位 4 求电磁感应中的电荷量问题 二 电磁感应现象中的洛伦兹力 三 电磁感应中的转动切割问题 栏目索引 一 电磁感应现象中的感生电场 对点检测自查自纠 四 电磁感应中的电荷量问题 一 电磁感应现象中的感生电场 知识梳理 1 感生电场 1 定义 在他的电磁理论中指出 的磁场能在周围空间激发电场 这种电场叫感生电场 答案 图1 2 理解 如图1所示 当磁场变化时 产生的感生电场的电场线是与磁场方向垂直的闭合曲线 感生电场是一种涡旋电场 变化 麦克斯韦 感生电场的产生跟空间中是否存在闭合电路无关 感生电场的方向根据闭合电路 或假想的闭合电路 中感应电流的方向确定 2 感生电动势 由产生的感应电动势 3 感生电动势中的非静电力 就是对自由电荷的作用 答案 感生电场 感生电场 深度思考 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 答案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和右手定则判定 答案 典例精析 例1如图2所示 内壁光滑 水平放置的玻璃圆环内 有一直径略小于圆环直径的带正电的小球 以速率v0沿逆时针方向匀速转动 俯视 若在此空间突然加上方向竖直向上 磁感应强度b随时间成正比例增加的变化磁场 若运动过程中小球带电荷量不变 那么 a 小球对玻璃圆环的压力一定不断增大b 小球所受的磁场力一定不断增大c 小球先沿逆时针方向减速运动 过一段时间后沿顺时针方向加速运动d 磁场力对小球一直不做功 图2 返回 解析答案 总结提升 总结提升 解析当磁场增强时 会产生顺时针方向的涡旋电场 电场力先对小球做负功使其速度减为零 后对小球做正功使其沿顺时针做加速运动 所以c正确 磁场力始终与小球运动方向垂直 因此始终对小球不做功 d正确 小球在水平面内沿半径方向受两个力作用 环的挤压力fn和磁场的洛伦兹力f 这两个力的合力充当小球做圆周运动的向心力 其中f qvb 磁场在增强 小球速度先减小后增大 所以洛伦兹力不一定总在增大 故b错 答案cd 返回 总结提升 1 感生电场是一种涡旋电场 电场线是闭合的 涡旋电场也会对电荷产生力的作用 2 实际问题中我们常要用磁场的方向和强弱变化的情况 根据楞次定律或安培定则来确定感生电场的方向 二 电磁感应现象中的洛伦兹力 答案 知识梳理 1 成因 导体棒做切割磁感线运动时 导体棒中的自由电荷随棒一起定向运动 并因此受到洛伦兹力 2 动生电动势 由于而产生的感应电动势 3 动生电动势中的非静电力 与有关 洛伦兹力 导体运动 深度思考 动生电动势的产生与洛伦兹力有关 洛伦兹力做功吗 解析 1 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 如图所示 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f合 ev合b f合与合速度v合垂直 2 从做功角度分析 由于f合与v合垂直 所以它对电子不做功 答案洛伦兹力不做功 解析答案 典例精析 例2我国处在地球的北半球 飞机在我国上空匀速地巡航 机翼保持水平 飞机高度不变 由于地磁场的作用 金属机翼上有电势差 设左侧机翼末端处的电势为 1 右侧机翼末端处的电势为 2 则 a 飞机从西向东飞时 1比 2高b 飞机从东向西飞时 2比 1高c 飞机从南向北飞时 1比 2高d 飞机从北向南飞时 2比 1高 解析答案 解析在北半球 地磁场有竖直向下的分量 飞机在水平飞行过程中 机翼切割磁感线 产生感应电动势 应用右手定则可以判断两边机翼的电势高低 伸开右手 让大拇指与其余四指在同一平面内 并且垂直 让磁感线穿过手心 即手心朝上 大拇指指向飞机的飞行方向 其余四指所指的方向就是感应电流的方向 由于不是闭合电路 电路中只存在感应电动势 仍然按照有电流来判断 整个切割磁感线的两边机翼就是电源 在电源内部 电流是从低电势处流向高电势处的 因此不管飞机向哪个方向飞行 都是左边机翼末端电势高 即a c选项正确 答案ac 返回 解析答案 总结提升 例3半径为r 电阻为r的n匝圆形线圈在边长为l的正方形abcd外 匀强磁场充满并垂直穿过该正方形区域 如图3甲所示 当磁场随时间的变化规律如图乙所示时 求穿过圆形线圈磁通量的变化率为多大 t0时刻线圈产生的感应电流为多少 图3 根据法拉第电磁感应定律得线圈中的感应电动势 总结提升 再根据闭合电路欧姆定律得感应电流 返回 总结提升 感生电动势与动生电动势的对比 三 电磁感应中的转动切割问题 典例精析 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4所示 磁感应强度为b 求 图4 解析答案 1 ab棒各点的平均速率 解析ab棒中点的速率 2 ab两端的电势差 返回 解析答案 总结提升 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 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 总结提升 返回 导体转动切割磁感线 图5 四 电磁感应中的电荷量问题 典例精析 例5如图6甲所示 有一面积为s 100cm2的金属环 电阻为r 0 1 环中磁场的变化规律如图乙所示 且磁场方向垂直纸面向里 在1 2s时间内 通过金属环的电荷量是多少 图6 返回 解析答案 总结提升 答案0 01c 总结提升 返回 总结提升 求解电路中通过的电荷量时 一定要用平均感应电动势和平均感应电流计算 对点检测自查自纠 1 2 3 4 解析答案 1 感生电场问题 如图7所示 内壁光滑的塑料管弯成的圆环平放在水平桌面上 环内有一带负电的小球 整个装置处于竖直向下的磁场中 当磁场突然增强时 小球将 a 沿顺时针方向运动b 沿逆时针方向运动c 在原位置附近往复运动d 仍然保持静止状态 解析当磁场增强时 由楞次定律知感应电流沿逆时针方向 即感生电场沿逆时针方向 带负电的小球在电场力作用下沿顺时针方向运动 a 图7 1 2 3 4 解析答案 2 e n及e blv的比较应用 多选 如图8所示 一导线弯成半径为a的半圆形闭合回路 虚线mn右侧有磁感应强度为b的匀强磁场 方向垂直于回路所在的平面 回路以速度v向右匀速进入磁场 直径cd始终与mn垂直 从d点到达边界开始到c点进入磁场为止 下列结论正确的是 a 感应电流方向不变b cd段直导线始终不受安培力c 感应电动势最大值em bav 图8 1 2 3 4 解析导线切割磁感线产生感应电动势 由右手定则可知 感应电流方向不变 a正确 感应电动势最大值即切割磁感线等效长度最大时的电动势 故em bav c正确 答案acd 1 2 3 4 3 电磁感应中的转动切割问题 如图9所示 一个半径为r的铜盘 在磁感应强度为b的匀强磁场中以角速度 绕中心轴oo 匀速转动 磁场方向与盘面垂直 在盘的中心轴与边缘处分别安装电刷 设整个回路电阻为r 当铜盘匀速转动角速度为 时 通过电阻的电流为 解析答案 图9 1 2 3 4 返回 解析答案 图10 4 电磁感应中的电荷量计算 物理实验中 常用一种叫做 冲击电流计 的仪器