高中物理 第4章 第6讲 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 第六讲电磁感应现象的两类情况 目标定位 电磁感应现象的两类情况 一 电磁感应现象中的感生电场 想一想 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螺旋定则判定 预习导学 二 电磁感应现象中的洛伦兹力 导体运动洛伦兹力 变化感生电场感生电场 想一想 动生电动势的产生与洛伦兹力有关 洛伦兹力做功吗 答案洛伦兹力不做功 外力通过克服洛伦兹力做功 又经过洛伦兹力对电荷做功 将其他形式的能转化为电能 洛伦兹力起到了桥梁和纽带的作用 电磁感应现象的两类情况 一 感生电场问题分析 1 感生电场 课堂讲义 19世纪60年代 英国物理学家麦克斯韦认为 变化的磁场能在周围空间激发电场 我们把这种电场叫感生电场 2 感生电动势 1 电场线 如图所示 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曲线 感生电场是一种涡旋电场 电场线是闭合的 3 感生电场的方向 1 判断 假定存在闭合环形回路 回路中感应电流的方向就表示感生电场的电场方向 判定感生电场的方向要依据实际存在的或假定存在的回路结合楞次定律和右手螺旋定则来进行 2 成因 如果空间存在闭合导体 导体中的自由电荷就会在感生电场的作用下做定向运动 产生感应电流 或者说导体中产生了感应电动势 这种由感生电场产生的感应电动势也叫感生电动势 2 决定因素 感生电场是否存在仅取决于有无变化的磁场 与是否存在导体及是否存在闭合回路无关 b e 电磁感应现象的两类情况 例1 如图所示 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 设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 课堂讲义 磁场增强 感生电场方向顺时针 楞次定律 小球先减速到零再反向加速 f磁 v f磁不做功 f磁不总是增大 f磁 qvb 0 水平方向f合 f向 0 当v 0时 此时fn 0 fn不总是增大 e 电磁感应现象的两类情况 二 感生电动势与动生电动势的区别与联系 课堂讲义 磁场的变化 感生电场对自由电荷的电场力 处于变化磁场中的线圈部分 楞次定律 导体切割磁感线 导体中自由电荷所受洛伦兹力沿导体方向的分力 做切割磁感线运动的导体 右手定则 e blvsin v b时 e blv 感生电动势和动生电动势的划分 在某些情况下只有相对意义 将条形磁铁插入线圈中 如果在相对于磁铁静止的参考系内观察 磁铁不动 空间中各点的磁场也没有发生变化 而线圈在运动 线圈中产生的是动生电动势 如果在相对线圈静止的参考系内观察 则看到磁铁在运动 引起空间磁场发生变化 因而 线圈中产生的是感生电动势 空间把电动势看作动生电动势还是感生电动势 决定于观察者所在的参考系 电磁感应现象的两类情况 例2 如图所示 固定在水平桌面上的金属框架cdef处在竖直向下的匀强磁场中 金属棒ab搁在框架上 可无摩擦滑动 此时adcb构成一个边长为l的正方形 棒的电阻为r 其余部分电阻不计 开始时磁感应强度为b0 1 若从t 0时刻起 磁感应强度均匀增加 每秒增量为k 同时保持棒静止 求棒中的感生电流 在图上标出感生电流的方向 2 在上述 1 情况中 始终保持棒静止 当t t1时需加的垂直于棒的水平拉力为多大 3 若从t 0时刻起 磁感应强度逐渐减小 当棒以恒定速度v向右做匀速运动时 可使棒中不产生感生电流 则磁感应强度应怎样随时间变化 写出b与t的关系式 课堂讲义 感应电动势 楞次定律 逆时针 即由b指向a b b0 kt1f bil 磁通量不变 电磁感应现象的两类情况 三 电磁感应中的转动切割问题 课堂讲义 如图所示 长为l的金属棒ab 绕b端在垂直于匀强磁场的平面内以角速度 匀速转动 磁感应强度为b ab棒所产生的感应电动势大小可用下面两种方法推出 s 电磁感应现象的两类情况 例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棒各点的速率平均值 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 课堂讲义 电磁感应现象的两类情况 四 电磁感应中的电荷量问题 课堂讲义 电磁感应现象的两类情况 例4 如图甲所示 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t1到t2时间内 通过金属环的电荷量是多少 课堂讲义 由法拉第电磁感应定律知 由闭合电路的欧姆定律知 通过金属环截面的电荷量 电磁感应现象的两类情况 课堂讲义 针对训练如图所示 将直径为d 电阻为r的闭合金属环从匀强磁场b拉出 求这一过程中 1 磁通量的改变量 2 通过金属环某一截面的电量 电磁感应现象的两类情况 1 如图所示 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 对点练习 感生电场问题 楞次定律 感生电场沿逆时针方向 带负电的小球