高中物理 第四章 电磁感应 第5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5讲电磁感应现象的两类情况 内容索引 知识探究 题型探究 达标检测 知识探究 1 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 一 电磁感应现象中的感生电场 如图1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 答案 图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 上述情况下 哪种作用扮演了非静电力的角色 感生电场对自由电荷的作用 答案 图1 1 感生电动势 由产生的电动势叫感生电动势 2 感生电动势大小 3 方向 感应电流的方向与感生电场的方向相同 由和 判定 感生电场 楞次定律 右手螺旋 定则 判断下列说法的正误 1 感生电场线是闭合的 2 只要磁场变化 即使没有电路 在空间也将产生感生电场 3 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 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 1 自由电荷会随着导体棒运动 并因此受到洛伦兹力 导体棒中的自由电荷受到的洛伦兹力方向如何 为了方便 可以认为导体中的自由电荷是正电荷 二 电磁感应现象中的洛伦兹力 如图2所示 导体棒cd在匀强磁场中运动 图2 答案 自由电荷不会一直运动下去 因为c d两端聚集的电荷越来越多 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 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 答案 c端电势较高 导体棒中电流是由d指向c的 3 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 导体棒中电流是沿什么方向的 答案 图2 1 动生电动势 由于产生的电动势叫动生电动势 2 动生电动势大小 b的方向与v的方向垂直 3 方向判断 定则 导体运动 右手 e blv 判断下列说法的正误 1 导体内自由电荷受洛伦兹力作用是产生动生电动势的原因 2 导体切割磁感线运动时 导体内的自由电荷受到的洛伦兹力方向沿导体棒的方向 3 只要导体在磁场中运动 导体两端就会产生动生电动势 2 题型探究 一 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 如果在变化磁场中放一个闭合电路 自由电荷在感生电场的作用下发生定向移动 2 感生电场可用电场线形象描述 感生电场是一种涡旋电场 电场线是闭合的 而静电场的电场线不闭合 例1 多选 某空间出现了如图3所示的一组闭合的电场线 这可能是a 沿ab方向磁场在迅速减弱b 沿ab方向磁场在迅速增强c 沿ba方向磁场在迅速增强d 沿ba方向磁场在迅速减弱 图3 答案 闭合回路 可假定其存在 的感应电流方向就表示感生电场的方向 判断思路如下 二 动生电动势的理解与应用 例2 多选 如图4所示 一导线弯成半径为a的半圆形闭合回路 虚线mn右侧有磁感应强度为b的匀强磁场 方向垂直于回路所在的平面 回路以速度v向右匀速进入磁场 直径cd始终与mn垂直 从d点到达边界开始到c点进入磁场为止 下列结论正确的是 图4 a 感应电流方向不变b cd段直导线始终不受安培力c 感应电动势最大值em bavd 感应电动势平均值 答案 解析 在闭合回路进入磁场的过程中 通过闭合回路的磁通量逐渐增大 根据楞次定律可知感应电流的方向为逆时针方向不变 a正确 根据左手定则可判断 cd段受安培力向下 b不正确 当半圆形闭合回路进入磁场一半时 这时有效切割长度最大为a 所以感应电动势最大值em bav c正确 例3如图5所示 导轨om和on都在纸面内 导体ab可在导轨上无摩擦滑动 若ab以5m s的速度从o点开始沿导轨匀速右滑 导体与导轨都足够长 磁场的磁感应强度为0 2t 问 图5 答案 1 3s末夹在导轨间的导体长度是多少 此时导体切割磁感线产生的感应电动势多大 解析 夹在导轨间的部分导体切割磁感线产生的电动势才是电路中的感应电动势 2 3s内回路中的磁通量变化了多少 此过程中的平均感应电动势为多少 答案 解析 3s内回路中磁通量的变化量 3s内电路产生的平均感应电动势为 图5 例4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6所示 磁感应强度为b 求 图6 答案 1 ab棒的平均速率 解析 四 导体棒转动切割磁感线产生感应电动势的计算 ab棒的平均速率 2 ab两端的电势差 答案 解析 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 答案 解析 图6 经时间 t金属棒ab所扫过的扇形面积为 s 则 导体转动切割磁感线 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7所示 若圆盘在磁场中以 绕圆心匀速转动时 如图8所示 相当于无数根 辐条 转动切割 它们之间相当于电源的并联结构 圆盘上的感应电动势仍为 图7 图8 达标检测 3 a e1 e2 a端为正b e1 e2 b端为正c e1 e2 a端为正d e1 e2 b端为正 1 2016 海宁二中 如图9所示 两个端面半径同为r的圆柱形铁芯同轴水平放置 相对的端面之间有一缝隙 铁芯上绕导线并与直流电源连接 在缝隙中形成一匀强磁场 一铜质细直棒ab水平置于缝隙中 且与圆柱轴线等高 垂直 让铜质细直棒从静止开始自由下落 铜质细直棒下落距离为0 2r时铜质细直棒中电动势大小为e1 下落距离为0 8r时电动势大小为e2 忽略涡流损耗和边缘效应 关于e1 e2的大小和铜质细直棒离开磁场前两端的极性 下列判断正确的是 答案 解析 1 2 3 4 图9 通电导线在缝隙中产生的磁场方向向左 所以铜质细直棒下落时由右手定则可判断得b端为正 选项a c错误 根据e blv可知 下落0 8r时电动势较大 即e1 e2 选项b错误 选项d正确 1 2 3 4 2 如图10 均匀磁场中有一由半圆弧及其直径构成的导线框 半圆直径与磁场边缘重合 磁场方向垂直于半圆面 纸面 向里 磁感应强度大小为b0 使该线框从静止开始绕过圆心o 垂直于半圆面的轴以角速度 匀速转动半周 在线框中产生感应电流 现使线框保持图中所示位置 磁感应强度大小随时间线性变化 为了产生与线框转动半周过程中同样大小的电流 磁感应强度随时间的变化率的大小应为 1 2 3 4 答案 解析 图10 1 2 3 4 当线框绕过圆心o的转动轴以角速度 匀速转动时 由于面积的变化产生感应电动势 从而产生感应电流 设半圆的半径为r 导线框的电阻为r 当线框不动 磁感应强度变化时 a 电路中的感应电流大小不变b 电路中的感应电动势大小不变c 电路中的感应电动势逐渐增大d 电路中的感应电流逐渐减小 3 多选 如图11所示 三角形金属导轨eof上放有一金属杆ab 在外力作用下 使ab保持与of垂直 从o点开始以速度v匀速右移 该导轨与金属杆均为粗细相同的同种金属制成 则下列判断正确的是 1 2 3 4 图11 答案 解析 1 2 3 4 设金属杆从o开始运动到如题图所示位置所经历的时间为t eof 则金属杆切割磁感线的有效长度 故e blv bv vttan bv2tan t 即电路中电动势与时间成正比 c选项正确 4 如图12所示 导轨是水平的 间距l1 0 5m ab杆与导轨左端的距离l2 0 8m 由导轨与ab杆所构成的回路的总电阻r 0 2 垂直导轨的方向有竖直向下的匀