高中物理 第4章 电磁感应 第5节 电磁感应现象的两类情况课件 新人教版选修32.ppt

第四章 电磁感应 第五节电磁感应现象的两类情况 在电磁感应现象中 引起磁通量变化的原因不同 一般分为两种 一种是磁场不变 导体运动引起磁通量变化而产生感应电动势 如下图甲所示 另一种是导体不动 由于磁场变化引起磁通量变化而产生感应电动势 如下图乙所示 请探究一下它们产生感应电动势的机理 知识自主梳理 1 感生电场 1 产生英国物理学家麦克斯韦在他的电磁场理论中指出 的磁场能在周围空间激发 这种电场与静电场不同 它不是由电荷产生的 我们把它叫做 2 特点感生电场线与磁场方向 感生电场的强弱与磁感应强度的 有关 电磁感应现象中的感生电场 知识点1 变化 电场 感生电场 垂直 变化率 2 感生电动势 1 感生电场的作用感生电场对自由电荷的作用就相当于电源内部的非静电力 2 感生电动势磁场变化时 感应电动势是由 产生的 它也叫感生电动势 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 的方向就表示感生电场的方向 感生电场 感应电流 1 成因导体棒做切割磁感线运动 导体棒中的自由电荷随棒一起定向运动 并因此受到 2 动生电动势 1 定义 如果感应电动势是由于 产生的 它也叫做动生电动势 2 非静电力 动生电动势中 非静电力是 沿导体棒方向的分力 电磁感应现象中的洛伦兹力 知识点2 洛伦兹力 导体运动 洛伦兹力 3 导体切割磁感线时的能量转化当闭合电路的一部分导体切割磁感线时 回路中产生感应电流 导体受到安培力的作用 阻碍导体的切割运动 要维持匀速运动 外力必须 因此产生感应电流的过程就是 的能转变为电能的过程 安培力 克服安培力做功 其他形式 重点难点突破 1 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 如果在变化的磁场中放一个闭合电路 电路中的自由电荷在感生电场作用下 做定向移动 形成电流 在这种情况下所谓的非静电力就是感生电场的作用 2 感生电场是电场的一种形式 是客观存在的一种特殊物质 3 感生电场可用电场线形象描述 但感生电场的电场线是闭合曲线 所以感生电场又称为涡旋电场 这一点与静电场不同 静电场的电场线不闭合 4 感生电场可以对带电粒子做功 可使带电粒子加速和偏转 一 感生电动势与动生电动势 答案 能 解析 这是窃听电话的古老方法 当电流流入电话线时 环绕着电流有一磁场 如图所示 如果我们把窃听器的导线放在电话线附近 磁场也就环绕着窃听器的导线 当电话线中的电流以说话声音的频率变化时 环绕着窃听器导线的磁场也随之变化 在窃听器导线中产生感应电流 2 对动生电动势中电荷所受洛伦兹力的理解 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 更具体地说 f合的一个分量是f1 evb 这个分力做功 产生动生电动势 f合的另一个分量是f2 eub 阻碍导体运动 做负功 可以证明两个分力f1和f2所做功的代数和为零 结果仍然是洛伦兹力并不提供能量 而只是起传递能量的作用 即外力克服洛伦兹力的一个分力f2所做的功能通过另一个分力f1转化为能量 3 感生电动势与动生电动势的对比 特别提醒 有些情况下 动生电动势和感生电动势具有相对性 例如 将条形磁铁插入线圈中 如果在相对磁铁静止的参考系内观察 线圈运动 产生的是动生电动势 如果在相对线圈静止的参考系中观察 线圈中磁场变化 产生感生电动势 解析 鸽子两翅展开可达30cm左右 所以e blv 0 5 10 4 0 3 20v 0 3mv 0 3mv 1 图象类型在电磁感应问题中 很多问题与图象结合在一起 如感应电动势与时间的图象 磁通量与时间的图象 电流与时间的图象等 2 常见的两类图象问题 1 由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图象 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 注意的事项 1 电磁感应中的图象定性或定量地表示出所研究问题的函数关系 2 在图象中e i b等物理量的方向通过物理量的正 负来反映 3 画图象要注意纵 横坐标的单位长度 定义或表达 二 电磁感应中的图象问题 解析 根据楞次定律 在进磁场的过程中 感应电流的方向为逆时针方向 在出磁场的过程中 感应电流的方向为顺时针方向 在进磁场的过程中 切割的有效长度先增加后减小 出磁场的过程中 切割的有效长度先增加后减小 所以感应电流的大小在进磁场的过程中先增大后减小 出磁场的过程中也是先增大后减小 其 i x 图象见答案 1 电磁感应现象中的能量转化方式 1 与感生电动势有关的电磁感应现象中 磁场能转化为电能 若电路是纯电阻电路 转化过来的电能将全部转化为电阻的内能 2 与动生电动势有关的电磁感应现象中 通过克服安培力做功 把机械能或其他形式的能转化为电能 克服安培力做多少功 就产生多少电能 若电路是纯电阻电路 转化过来的电能也将全部转化为电阻的内能 三 电磁感应现象中的能量转化与守恒 2 求解电磁感应现象中能量守恒问题的一般思路 1 分析回路 分清电源和外电路 在电磁感应现象中 切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势 该导体或回路就相当于电源 其余部分相当于外电路 2 分析清楚有哪些力做功 明确有哪些形式的能量发生了转化 3 根据能量守恒列方程求解 答案 2mgh解析 根据能量转化与守恒定律 线框以恒定速率通过磁场的过程中 重力与线框所受安培力平衡 因此这一过程实质是重力势能转化为内能的过程 所以此过程中线框产生的焦耳热为q wg 2mgh 考点题型设计 题型1对感生电动势的理解及应用 点评 本类问题中的恒量与变量必须分清楚 导体不动 磁场发生变化 产生感生电动势 由于变化率是定值 因此e i均为恒量 但ab杆受到的安培力随磁场的增强而增大 根据力的变化判断出重物刚好离开地面的临界条件 cd 题型2对动生电动势的理解及应用 1 如图2所示 若轨道左端mp间接一阻值为r的电阻 导体棒在水平向右的恒力f的作用下由静止开始运动 求经过一段时间后 导体棒所能达到的最大速度的大小 2 如图3所示 若轨道左端mp间接一电动势为e 内阻为r的电源和一阻值为r的电阻 闭合开关s 导体棒从静止开始运动 求经过一段时间后 导体棒所能达到的最大速度的大小 3 如图4所示 若轨道左端mp间接一电容器 电容器的电容为c 导体棒在水平向右的恒力f的作用下从静止开始运动 求导体棒运动过程中的加速度的大小 bc 题型3电磁感应中的图象问题 c 解析 当右边进入磁场时 便会产生感应电流 由楞次定律得 感应电流应是逆时针方向 由于有效切割长度逐渐增大 导致感应电流的大小也均匀增大 当线框右边出磁场后 有效切割长度不变 则产生感应电流的大小不变 但比刚出磁场时的有效长度缩短 导致感应电流的大小比刚出磁场时电流小 由楞次定律得 此时感应电流仍沿逆时针 故排除ab 当线框左边进入磁场时 有效切割长度在变大 但此时感应电流的方向是顺时针 即是负方向且大小增大 故选项c正确 abd错误 d 题型4电磁感应中的电路与能量转化问题 1 电阻r中的感应电流方向 2 重物匀速下降的速度v 3 重物从释放到下降h的过程中 电阻r中产生的焦耳热qr 4 若将重物下降h时的时刻记作t 0 速度记为v0 从此时刻起 磁感应强度逐渐减小 若此后金属杆中恰好不产生感应电流 则磁感应强度b怎样随时间t变化 写出b与t的关系式 ad a 作用于金属棒上的各力的合力所做的功等于零b 作用于金属棒上的各力的合力所做的功等于mgh与电阻r上发出的焦耳热之和c 恒力f与安培力的合力所做的功等于零d 恒力f与重力的合力所做的功等于电阻r上发出的焦耳热解析 金属棒ab匀速上升过程中 作用于棒上各力的合力为零 则合力所作的功等于零 故a正确