高中物理 第4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 自学线索 学基础导学 1 感生电场 1 定义 变化的 在周围空间激发的电场 2 特点 方向 感生电场线与磁场方向 大小 与磁感应强度的 有关 一 电磁感应现象中的感生电场 磁场 垂直 变化率 2 感生电动势 1 定义磁场变化时 感应电动势是由 产生的 它也叫感生电动势 2 成因 感生电场 作用 3 感生电场的方向磁场变化时 垂直磁场的闭合环形回路 可假定存在 中感应电流的方向就表示感生电场的方向 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 二 电磁感应现象中的洛伦兹力 导体运动 洛伦兹力 讲要点例析 1 两者产生机理的理解 1 磁感应强度变化产生的电动势是由变化的磁场产生感生电场 线圈中的自由电荷受到电场力作用定向移动形成的 感生电场是一种涡旋电场 电场线是闭合的 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 感生电动势与动生电动势 2 感生电动势与动生电动势的比较 某空间出现了如图所示的一组闭合的电场线 这可能是 a 沿ab方向的磁场迅速减弱b 沿ab方向的磁场迅速增强c 沿ba方向的磁场迅速增强d 沿ba方向的磁场迅速减弱 思路点拨 解答本题时应按以下思路分析 解析 假设存在圆形闭合回路 回路中应产生与电场同向的感应电流 由安培定则 感应电流的磁场向下 所以根据楞次定律 引起感应电流的应是方向向下的磁场迅速减弱或方向向上的磁场迅速增强 故a c正确 答案 ac 磁场变化产生感生电场时 若已知感生电场的方向判断磁场变化情况 通常有两种情况 一种情况下磁场在增强 另一种情况下 磁场在减弱 注意不要漏解 1 力电综合问题电磁感应现象中 感应电流与电路相关 导体因电流又受到安培力 所以电磁感应现象 往往和力 电问题联系在一起 在力电综合问题中e f安 v三个物理量起着重要的联系作用 如图所示 电磁感应中的力电综合问题 2 导体处于静止或匀速运动状态时的力电综合问题的分析 1 用法拉第电磁感应定律和楞次定律确定感应电动势的大小和方向 2 由闭合电路欧姆定律确定回路中电流 3 分析导体受力情况 4 由力的平衡条件列方程求解 1 题型特点 电磁感应过程的实质是不同形式的能量转化的过程 而能量的转化是通过安培力做功的形式实现的 安培力做功的过程 是电能转化为其他形式能的过程 外力克服安培力做功 则是其他形式的能转化为电能的过程 电磁感应中的能量问题 2 能量转化及焦耳热的求法 1 能量转化 2 求解焦耳热q的几种方法 两根光滑的金属导轨 平行放置在倾角为 的斜面上 导轨的左端接有电阻r 导轨的电阻可忽略不计 斜面处在一匀强磁场中 磁场方向垂直于斜面向上 质量为m 电阻可不计的金属棒ab 在沿斜面且与棒垂直的恒力f作用下沿导轨匀速上升 且上升高度为h 如图所示 在此过程中 a 作用在金属棒上的各个力的合力所做的功为零b 作用在金属棒上的各个力的合力所做的功等于mgh与电阻r上产生的焦耳热之和c 恒力f与安培力的合力所做的功为零d 恒力f与重力的合力所做的功等于电阻r上产生的焦耳热 解析 在金属棒匀速上滑过程中 棒的受力情况如图所示 答案 ad 在电磁感应现象的问题中 外力克服安培力做功 就有其他形式的能量 如机械能 转化为电能 而电能又通过电路全部转化为内能 焦耳热 对这样的情形有如下的关系 w外 w克安 e内 q 2 导体棒一直运动下去 自由电荷是否也会沿着导体棒一直运动下去 为什么 3 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 点拨 1 若导体棒中的自由电荷是正电荷 它在随棒运动中将受洛伦兹力 由左手定则可判断 自由电荷将受到d c方向的力 所以自由电荷一方面向右运动 一方面沿导体棒向上运动 其合运动大致沿右上方 2 不会 因为正电荷向c运动 d端将出现过剩负电荷 c端出现过剩正电荷 结果导体棒下端的电势低于上端的电势 形成由上端c指向下端d的静电场 静电场对正电荷的力向下 当作用到自由电荷上的静电力与洛伦兹力沿导体棒方向的分力互相平衡时 自由电荷不再沿导体棒定向移动 3 c端电势高 4 若用导线把c d两端连到用电器上 cd相当于电源 电源内部 电流由低电势流向高电势 所以电流方向是d c 2 电磁感应中的图象问题1 题型特点 一般可把图象问题分为三类 1 由给定的电磁感应过程选出或画出正解的图象 2 由给定的有关图象分析电磁感应过程 求解相应的物理量 3 根据图象定量计算 2 电磁感应的图象 主要包括b t图象 t图象 e t图象和i t图象 还可能涉及感应电动势e和感应电流i随线圈位移x变化的图象 即e x图象和i x图象 如图甲所示 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所示 当磁场的磁感应强度b随时间t做如图乙所示的变化时 图中能正确表示线圈中感应电动势e变化的是 答案 a 答案 b 练随堂演练 1 在空间某处存在一变化的磁场 则下列说法中正确的是 a 在磁场中放一闭合线圈 线圈中一定会产生感应电流b 在磁场中放一闭合线圈 线圈中不一定产生感应电流c 在磁场中不放闭合线圈 在变化的磁场周围一定不会产生电场d 在磁场中不放闭合线圈 在变化的磁场周围一定会产生电场 解析 由感应电流产生的条件可知 只有闭合线圈中磁通量发生改变 才能产生感应电流 如果闭合线圈平面与磁场方向平行 则线圈中无感应电流产生 故a错误 b正确 由麦克斯韦电磁场理论可知 感生电场的产生与变化的磁场周围有无闭合线圈无关 故c错误 d正确 故正确答案为b d 答案 bd 2 在如图所示的四种磁场情况中能产生恒定的感生电场的是 解析 均匀变化的磁场会产生恒定的感生电场 由b t图象可以看出只有c中的磁场是均匀变化的 答案 c 答案 acd 解析 闭合铜环在下落过程中穿过铜环的磁场方向始终向上 磁通量先增加后减少 由楞次定律可判断感应电流的方向要发生变化 d项错误 因穿过闭合铜环的磁通量的变化率不是均匀变化 所以感应电流随