第五节电磁感应规律的应用.ppt

教学目标 一 知识与技能1 知道感生电场 2 知道感生电动势和动生电动势及其区别与联系 二 过程与方法通过同学们之间的讨论 研究增强对两种电动势的认知深度 同时提高学习物理的兴趣 三 情感 态度与价值观通过对相应物理学史的了解 培养热爱科学 尊重知识的良好品德 教学重点 感生电动势与动生电动势的概念 教学难点 对感生电动势与动生电动势实质的理解 教学方法 讨论法 讲练结合法教学用具 多媒体课件 复习电动势相关知识 每一个电动势都对应有一种非静电力 正是由于非静电力做功把其它形式的能转化为电能 问题 感应电动势对应的非静电力是一种什么样的作用 电路中电动势的作用是 某种非静电力对自由电荷的作用 一 理论探究感生电动势的产生 电流是怎样产生的 自由电荷为什么会运动 使电荷运动的力难道是变化的磁场对其施加的力吗 猜想 使电荷运动的力可能是洛伦兹力 静电力 或者是其它力 一个闭合电路静止于磁场中 由于磁场强弱的变化 闭合电路内产生了感应电动势 这种情况下 哪一种作用是非静电力 一 感生电场与感生电动势 感生电场模拟动画演示 1 定义 3 电场线 1 感生电场 2 方向 一 感生电场与感生电动势 变化的磁场在周围空间激发的电场叫感生电场 涡旋电场 就是感生电流的方向 用楞次定律判断 是闭合的曲线 感生电场是产生感生电动势的原因 2 感生电动势 一 感生电场与感生电动势 感生电动势所对应的非静电力是 由感生电场产生的感应电动势 感生电场对自由电荷的作用 英 麦克斯韦认为 磁场变化时会在周围空间激发一种电场 感生电场 闭合导体中的自由电荷在这种电场下做定向运动 产生感应电流 感生电动势 3 应用实例 电子感应加速器 电子感应加速器是用感生电场来加速电子的一种设备 它的柱形电磁铁在两极间产生磁场 在磁场中安置一个环形真空管道作为电子运行的轨道 当磁场发生变化时 就会沿管道方向产生感生电场 射入其中的电子就受到感生电场的持续作用而不断加速 问题 电子加速应该具备什么条件 能否加速质子等其他粒子 如图 100匝线圈两端A B与一个电压表相连 线圈内有指向纸内方向磁场 线圈中的磁通量在按图乙所示规律变化 1 电压表的读数应该等于多少 2 请在线圈位置上标出感生电场的方向 3 两端 哪端应该与电压表标 号的接线柱连接 例与练1 1 50V 3 A端 1 导体切割磁感线时也会产生感应电动势 该电动势产生的机理是什么 2 导体切割磁感线产生的感应电动势的大小与哪些因素有关 3 它是如何将其它形式的能转化为电能的 二 洛伦兹力与动生电动势 1 自由电荷会随着导体棒运动 并因此受到洛伦兹力 导体中自由电荷的合运动在空间大致沿什么方向 为了方便 可以认为导体中的自由电荷是正电荷 分析与解答 1 导体中自由电荷 正电荷 具有水平方向的速度 由左手定则可判断受到沿棒向上的洛伦兹力作用 其合运动是斜向上的 2 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 分析与解答 2 自由电荷不会一直运动下去 因为C D两端聚集电荷越来越多 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 分析与解答 3 C端电势高 从能的角度定量了解动生电动势 分析与解答 4 导体棒中电流是由D指向C的 此时导体棒可以看作是一个电源 导体棒切割磁感线产生了动生电动势 3 导体棒的哪端电势比较高 4 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 1 由于导体的运动 切割磁感线 而产生的感应电动势叫动生电动势 注意 动生电动势与洛伦兹力有关 但洛伦兹力始终不做功 2 动生电动势所对应的非静电力是洛伦兹力的分力 二 洛伦兹力与动生电动势 光滑金属导轨L 0 4m 电阻不计 均匀变化的磁场穿过整个导轨平面 如图甲 磁场的磁感应强度随时间变化的情况如图乙 金属棒ab的电阻为1 自t 0时刻开始从导轨最左端以v 1m s的速度向右匀速运动 则 A 1s末回路中电动势为0 8VB 1s末ab棒所受磁场力为0 64NC 1s末回路中电动势为1 6VD 1s末ab棒所受磁场力为1 28N 甲 乙 CD 例与练2 动生电动势 感生电动势 特点 磁场不变 闭合电路的整体或局部在磁场中运动导致回路中磁通量变化 闭合回路的任何部分都不动 空间磁场变化导致回路中磁通量变化 原因 由于S变化引起回路中 变化 非静电力是洛仑兹力的分力 由洛仑兹力对运动电荷作用而产生电动势 变化磁场在它周围空间激发感生电场 非静电力是感生电场力 由感生电场力对电荷做功而产生电动势 方向 的来源非静电力 楞次定律 楞次定律或右手定则 如图 两个相连的金属圆环 粗金属圆环的电阻为细金属圆环电阻的一半 磁场垂直穿过粗金属环所在的区域 当磁感应随时间均匀变化时 在粗环里产生的感应电动势为E 则ab两点间的电势差为 A E 2B E 3C 2E 3D E 例与练3 C 如图 内壁光滑的塑料管弯成的圆环平放在水平桌面上 环内有一带负电小球 整个装置处于竖直向下的磁场中 当磁场突然增大时 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 例与练4 A 有一面积为S 100cm2的金属环 电阻R 0 1 环中磁场变化规律如下图所示 磁场方向垂直环面向里 在t1到t2时间内 通过金属环的电荷量是多少 例与练5 如图所示 竖直向上的匀强磁场 磁感应强度B0 0 5T 并且以 B t 0 1T S在变化 水平轨道电阻不计 且不计摩擦阻力 宽0 5m的导轨上放一电阻R0 0 1 的导体棒 并用水平线通过定滑轮吊着质量为M 0 2kg的重物 轨道左端连接的电阻R