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

成才之路 物理 路漫漫其修远兮吾将上下而求索 人教版 选修3 2 电磁感应 第四章 第五节电磁感应现象的两类情况 第四章 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 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 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 电磁感应现象中的洛伦兹力 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 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 一 感生电动势与动生电动势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 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 答案 a解析 在此空间中 没有闭合导体 但磁场的变化 使空间产生感生电场 当磁场增大时 由楞次定律和右手螺旋定则知 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 故选项a正确 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 a 30mvb 3mvc 0 3mvd 0 03mv答案 c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 二 电磁感应中的图象问题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 答案 c解析 该题考查电磁感应中的图象问题 要明确感应电压的大小和方向与磁通量变化的关系 由于在c d两端产生的电压是大小不变 方向变化的交变电压 因此在a b两端通入的电流大小应该是均匀变化的 c正确 二 电磁感应现象中的能量转化与守恒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 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 a 拉力f所做的功等于电阻r上产生的热量b 杆ab克服安培力做的功等于电阻r上产生的热量c 电流所做的功等于重力势能的增加量d 拉力f与重力做功的代数和等于电阻r上产生的热量答案 bd 解析 a 根据能量守恒定律知 拉力f做的功等于重力势能的增加量和电阻r上产生的热量之和 故a错误 b 根据功能关系知 杆ab克服安培力做功等于电阻r上产生的热量 故b正确 c 安培力的大小与重力的大小不等 则电流做的功与重力做功大小不等 即电流做功不等于重力势能的增加量 故c错误 d 根据功能关系知 拉力和重力做功等于克服安培力做功的大小 克服安培力做功等于电阻r上的热量 故d正确 故选bd 对感生电动势的理解及应用 解析 物体刚要离开地面时 其受到的拉力f等于它的重力mg 而拉力f等于棒ad所受的安培力 即mg bil1 答案 10s 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 答案 d 对动生电动势的理解及应用 答案 ad a 如果b增大 vm将变大b 如果 变大 vm将变大c 如果r变大 vm将变大d 如果m变小 vm将变大答案 bc 解析 当金属杆做匀速运动时 速度最大 此时有 mgsin f安 此时金属杆下滑切割磁感线产生的动生电动势em blvm根据上式分析得知 a 如果只增大b vm将变小 故a错误 b 当只增大 时 vm将变大 故b正确 c 当只r增大 vm将变大 故c正确 d 当只减小m vm将变小 故d错误 电磁感应中的图象问题 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 答案 c 答案 b解析 第一阶段产生了顺时针方向电流 由楞次定律知可能是磁场向里减弱 或者向外增强 因此只能在选项b c里面选择 第二阶段产生了逆时针电流 可能是磁场向外减弱 或者向里增强 故选项b正确 c错误 电磁感应中的电路与能量转化问题 1 cd下滑的过程中 ab中的电流方向 2 ab将要向上滑动时 cd的速度v多大 3 从cd开始下滑到ab刚要向上滑动的过程中 cd滑动的距离x 3 8m 此过程中ab上产生的热量q是多少 解析 1 cd下滑根据右手定则判断 c端电势高于d端 ab中电流方向从a到b 2 ab刚放上时 刚好不下滑 说明ab棒受到了最大静摩擦力作用fm 且fm m1gsin cd棒下滑后 分析导体棒ab的受力如图所示 ab刚要上滑时 ab所受最大静摩擦力沿斜面向下 则f安 fm m1gsin 又f安 ilb cd棒切割产生的感应电动势e blv 由闭合电路的欧姆定律 答案 1 由a流向b 2 5m s 3 1 3j a mghb 2mghc 3mghd 不能确定答案 b 解析 解法一 以线框为研究对象 线框穿过磁场 设线框的速度为v 的时间t 2h v 线框穿过磁场