高中物理 第四章 电磁感应 4.5 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 读一读 思一思 辨一辨 议一议 一 电磁感应现象中的感生电场阅读教材第19页 电磁感应现象中的感生电场 部分 知道什么是感生电场 什么是感生电动势 1 什么是感生电场 什么是感生电动势 答案 磁场变化时会在空间激发一种电场 这种电场叫感生电场 如果感应电动势是由感生电场产生的 这种感应电动势叫感生电动势 2 产生感生电动势的非静电力是什么力 答案 感生电场对自由电荷的作用 3 感生电场的方向与感应电流方向有什么关系 答案 感生电场的方向与感应电流的方向相同 读一读 思一思 辨一辨 议一议 二 电磁感应现象中的洛伦兹力阅读教材第20页 电磁感应现象中的洛伦兹力 部分 1 什么是动生电动势 答案 如果感应电动势是由于导体运动切割磁感线而产生的 这种电动势叫动生电动势 2 产生动生电动势的非静电力与什么力有关 答案 产生动生电动势的非静电力与洛伦兹力有关 3 闭合电路的部分导体切割磁感线时 导体中会有电流 电流受的安培力做正功还是负功 答案 做负功 读一读 思一思 辨一辨 议一议 1 思考辨析 1 如果空间不存在闭合电路 变化的磁场周围不会产生感生电场 解析 麦克斯韦认为 磁场的变化在空间激发一种电场 这种电场与是否存在闭合电路无关 答案 2 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 解析 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移动 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 答案 读一读 思一思 辨一辨 议一议 3 感生电场就是感应电动势 解析 感应电动势是导体中产生的 与感生电场不是一个物理概念 答案 4 产生动生电动势的非静电力就是自由电荷受到的洛伦兹力 解析 产生动生电动势的非静电力与洛伦兹力有关 而不是洛伦兹力 答案 5 动生电动势是洛伦兹力对导体中自由电荷做功而引起的 解析 洛伦兹力沿导体方向的分力对导体中自由电荷做功是产生动生电动势的本质 答案 读一读 思一思 辨一辨 议一议 2 探究讨论 1 感生电场与静电场的来源有什么不同 答案 感生电场是由变化的磁场产生的 而静电场是由静止的电荷产生的 2 若导体棒垂直磁场一直运动下去 自由电荷是否也会沿着导体棒一直运动下去 为什么 答案 不会 若导体棒一直运动下去 当导体棒内部自由电荷在电场中所受电场力与洛伦兹力相等时 自由电荷将不再定向运动 探究一 探究二 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 电磁感应现象中的感生电场如图所示 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 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 2 上述情况下 哪种作用扮演了非静电力的角色 探究一 探究二 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 要点提示 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 2 感生电场对自由电荷的作用 探究一 探究二 问题导引 名师精讲 典例剖析 当堂检测 1 产生 如图所示 当磁场变化时 产生感生电场 感生电场的电场线是与磁场垂直的曲线 2 方向 闭合环形回路 可假定存在 的电流方向就表示感应电场的电场方向 依据实际存在的或假定存在的回路结合楞次定律判定感应电场的方向 感生电场力虽然是电场力但不是静电力 它是一种非静电力 探究一 探究二 问题导引 名师精讲 典例剖析 当堂检测 例题1 著名物理学家费曼曾设计过这样一个实验装置 一块绝缘圆板可绕其中心的光滑轴自由转动 在圆板的中部有一个线圈 圆板的四周固定着一圈带电的金属小球 如图所示 当线圈接通电源后 将有图示方向的电流流过 则下列说法正确的是 a 接通电源瞬间 圆板不会发生转动b 线圈中电流的增大或减小会引起圆板向相同方向转动c 接通电源后 保持线圈中电流不变 圆板转动方向与线圈中电流流向相同d 若金属小球带负电 接通电源瞬间圆板转动方向与线圈中电流流向相同 探究一 探究二 问题导引 名师精讲 典例剖析 当堂检测 解析 线圈接通电源瞬间 则变化的磁场产生变化的电场 从而导致带电小球受到电场力 使其转动 故a错误 不论线圈中电流增大或减小都会引起磁场的变化 从而产生电场 使小球受到电场力 从而转动 由于电场力与电荷带正负电有关 故b错误 接通电源后 保持线圈中电流不变 则磁场不变 则不会产生电场 小球不受到电场力 故c错误 接通电源瞬间小球受到电场力作用而转动 由于金属小球带负电 再根据电磁场理论可知 圆盘转动方向与线圈中电流流向相同 故d正确 答案 d 探究一 探究二 问题导引 名师精讲 典例剖析 当堂检测 归纳总结判断感生电场方向的思路 探究一 探究二 问题导引 名师精讲 典例剖析 当堂检测 变式训练1 多选 在空间某处存在一变化的磁场 则 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 根据感应电流的产生条件 只有穿过闭合线圈的磁通量发生变化 线圈中才产生感应电流 a错 b对 变化的磁场产生感生电场 与是否存在闭合线圈无关 c错 d对 答案 bd 探究一 探究二 问题导引 名师精讲 典例剖析 当堂检测 电磁感应现象中的洛伦兹力如图甲所示 导体棒cd在匀强磁场中向右做匀速运动 为了方便 可以认为导体中的自由电荷是正电荷 1 导体棒中的自由电荷受到的洛伦兹力方向如何 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 3 导体棒哪端电势比较高 探究一 探究二 问题导引 名师精讲 典例剖析 当堂检测 要点提示 1 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 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 c端电势较高 探究一 探究二 问题导引 名师精讲 典例剖析 当堂检测 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 动生电动势中的非静电力 与洛伦兹力有关 是洛伦兹力的一个分力 3 感生电动势与动生电动势的比较 探究一 探究二 问题导引 名师精讲 典例剖析 当堂检测 任何时候洛伦兹力不做功 产生动生电动势的非静电力是洛伦兹力的一个分力 这个分力做了正功 增加了电势能 同时另一分力一定做了负功 消耗了其他形式的能量 探究一 探究二 问题导引 名师精讲 典例剖析 当堂检测 例题2 如图所示 用铝板制成u形框 将一质量为m的带电小球用绝缘细线悬挂在框的上方 使整体在匀强磁场中沿垂直于磁场方向向左以速度v匀速运动 悬线拉力为ft 则 a 悬线竖直ft mgb 悬线竖直ft mgc 悬线竖直ft mgd 无法确定ft的大小和方向解析 设两板间的距离为l 由于向左运动过程中竖直板切割磁感线 产生动生电动势 用右手定则判断下板电势高于上板电势 动生电动势大小e blv 即带电小球处于电势差为blv的电场中 所受电场力 若设小球带正电 则电场力方向向上 同时小球所受洛伦兹力f洛 qvb 方向由左手定则判断竖直向下 即f电 f洛 反之同样可得出f电 f洛 且方向相反 故无论小球带什么电 怎样运动 都有ft mg 故选项a正确 答案 a 探究一 探究二 问题导引 名师精讲 典例剖析 当堂检测 例题3 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 如图所示 磁感应强度为b 求 1 ab棒的平均速率 2 ab两端的电势差 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 探究一 探究二 问题导引 名师精讲 典例剖析 当堂检测 探究一 探究二 问题导引 名师精讲 典例剖析 当堂检测 归纳总结导体转动切割磁感线产生的动生电动势的计算 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 如图所示 探究一 探究二 问题导引 名师精讲 典例剖析 当堂检测 变式训练2如图所示 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 导体两端有电势差 根据右手定则 可知b正确 答案 b 当堂检测 探究一 探究二 1 2 3 1 多选 感生电场的理解 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方向磁场的迅速减弱b 沿ab方向磁场的迅速增强c 沿ba方向磁场的迅速增强d 沿ba方向磁场的迅速减弱解析 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 探究一 探究二 1 2 3 当堂检测 2 动生电动势的理解 下列说法中正确的是 a 动生电动势是洛伦兹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 方向相反解析 洛伦兹力沿导体方向的分力对导体中自由电荷做功是产生动生电动势的本质 a错误 在导体中自由电荷受洛伦兹力的合力与合速度