2.5电磁感应的案例分析.doc

课时4.5电磁感应现象的两类情况宜川中学 物理组 温东鹏1.了解感生电场,知道感生电动势产生的原因。2.了解电动势的产生条件以及与洛伦兹力的关系。3.知道感应电动势的两种不同类型。4.了解电磁感应规律的一般应用,会联系科技实例进行分析。1.电磁感应现象中的感生电场感生电场:英国物理学家麦克斯韦认为,磁场变化时会在空间激发一种电场。(1)感生电动势:由感生电场产生的感应电动势。(2)感生电动势中的“非静电力”:感生电场对自由电荷的作用力。(3)感生电场的方向:与所产生的感应电流方向相同,可根据楞次定律和右手定则判断。2.电磁感应现象中的洛伦兹力(1)动生电动势:由于导体棒运动而产生的感应电动势。(2)动生电动势中的“非静电力”:自由电荷因随导体棒运动而受到洛伦兹力,非静电力与洛伦兹力有关。(3)动生电动势中的功能关系:闭合回路中,导体棒做切割磁感线运动时,克服安培力做功,其他形式的能转化为电能。主题1:感生电场与感生电动势(1)如图所示,穿过闭合回路的磁场在增强,在回路中产生感应电流,是什么力充当非静电力使得自由电荷发生定向运动?(2)感生电场与闭合回路的存在有无关系?感生电场的方向如何?主题2:理论探究动生电动势的产生(重点探究)阅读教材中“电磁感应现象中的洛伦兹力”的相关内容,回答下列问题。(1)什么是动生电动势?(2)如图所示,导体棒CD在匀强磁场中做切割磁感线运动。注意导体棒中的自由电荷是带负电的电子。自由电荷会随着导体棒运动,并因此受到洛伦兹力,它将沿导体棒向哪个方向运动?如果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?导体棒哪端电势比较高?如果用导线把C、D两端连到磁场外的一个用电器上,导体棒中电流的方向如何?(3)动生电动势的非静电力与洛伦兹力有关吗?电磁感应现象中的洛伦兹力做功吗?主题3:电磁感应中的能量问题(1)如图所示,下面是螺线管和灵敏电流表组成的闭合电路,上面是弹簧和条形磁铁组成的振动装置,线圈直径大于磁铁的宽度。启动磁铁在线圈内振动,试分析磁铁如何运动和能量如何转化。(2)根据磁场变化和部分导体切割磁感线两种情况,请你说一下电磁感应现象中的能量转化方式。1.如图所示,一个带正电的粒子在垂直于匀强磁场的平面内做匀速圆周运动,当磁感应强度均匀增大时,此粒子的动能将()。A.不变B.增加C.减少D.以上情况都有可能2.如图所示,正方形导线框A在竖直平面内从静止开始下落,匀强磁场的方向水平且垂直于线框所在的平面,磁场宽度大于线框的边长。若线框A恰好匀速进入磁场,则线框离开磁场时将做()。A.匀速运动B.加速运动C.减速运动D.匀变速运动3.一个面积S=410-2 m2、匝数n=100的线圈放在匀强磁场中,磁场方向垂直于线圈平面。磁感应强度B随时间t变化的规律如图所示,则下列判断正确的是()。A.在开始的2 s内穿过线圈的磁通量变化率等于0.08 Wb/sB.在开始的2 s内穿过线圈的磁通量的变化量等于零C.在开始的2 s内线圈中产生的感应电动势等于8 VD.在第3 s末线圈中的感应电动势等于零4.如图所示,在光滑的绝缘水平面上,一个半径为1 m、电阻为1.0 、质量为0.1 kg的金属环以10 m/s的速度冲入一有界磁场,该磁场磁感应强度为B=0.5 T。经过一段时间后,圆环恰好有一半进入磁场,该过程产生了3.2 J的电热,则此时圆环的瞬时速度为m/s,瞬时加速度为m/s2。拓展一、动生电动势和感生电动势的区别与联系1.光滑金属导轨L=0.4 m,电阻不计,均匀变化的磁场穿过整个导轨平面,如图甲所示。磁场的磁感应强度随时间的变化情况如图乙所示。金属棒ab的电阻为1 ,自t=0时刻开始从导轨最左端以v=1 m/s的速度向右匀速运动,则()。A.1 s末回路中电动势为0.8 VB.1 s末回路中电动势为1.6 VC.1 s末ab棒所受安培力为0.64 ND.1 s末ab棒所受安培力为1.28 N拓展二、电磁感应中的力电综合2.如图所示,把一根电阻为R=12 的电阻丝做成一个半径为r=1 m的圆形导线框,线框平面竖直放置在水平匀强磁场中,与磁场方向垂直,磁感应强度为B=0.4 T,现有一根质量为m=0.1 kg、电阻不计的导体棒,自圆形导线框最高点由静止开始沿线框下落,在下落过程中始终与线框良好接触。已知下落距离为时,棒的速度大小为v1= m/s,下落到经过圆心时棒的速度大小为v2= m/s。试求:(取g=10 m/s2)(1)下落距离为时棒的加速度的大小。(2)从开始下落到经过圆心的过程中线框中产生的热量。参考答案课时4.4电磁感应现象的两类情况知识体系梳理麦克斯韦变化感生电场感生电场感应电流导体棒运动洛伦兹力洛伦兹力安培力做功重点难点探究主题1:(1)由磁场的变化而激发的电场叫感生电场,感生电场对自由电荷的作用力充当了非静电力。(2)闭合环形回路(可假定存在)的电流方向就表示感生电场的电场方向。感生电场是否存在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。尽管如此,我们要判定感生电场的方向,还是要根据实际存在或假定存在的回路结合楞次定律来判断。主题2:(1)导体棒在匀强磁场中做切割磁感线运动时,产生的感应电动势叫作动生电动势。(2)由左手定则可知,自由电荷将受到由C到D的洛伦兹力,所以自由电荷沿导线向下运动。不会。因为电子向D端运动,D端带负电,C端将出现过剩的正电荷,导致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。静电场对自由电荷的力向上,当作用到自由电荷向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。C端电势高。若用导线把C、D两端连到用电器上,导体棒CD相当于电源,电源内部电流由低电势流向高电势,所以导体棒中电流方向是DC。(3)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。动生电动势中的非静电力与洛伦兹力有关。电磁感应现象中的洛伦兹力不做功。主题3:(1)磁铁上下振动,振幅越来越小,直至停止。机械能转化为电能(电能最终转化为内能)。(2)从能量的角度来看,二者稍有区别。感生电动势是由于磁感应强度的变化造成磁通量的变化,而磁感应强度产生变化又需要外界能量的提供,因此转化过程是“其他形式能量磁场能量电能”;动生电动势由于磁场不发生变化,因此磁场只是一个媒介,并不涉及能量的转化过程,能量直接由“动能电能”。基础智能检测1.B2.C3.AC4.660全新视角拓展1.BD【解析】分析得到本题中产生的感应电动势有动生和感生两