高中物理 第四章 電磁感應(yīng)第五節(jié) 電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況課件 新人教版選修32

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1、了解電磁感應(yīng)兩種情況下電動勢的產(chǎn)了解電磁感應(yīng)兩種情況下電動勢的產(chǎn)生機(jī)理生機(jī)理能夠運(yùn)用電磁感應(yīng)規(guī)律熟練解決相關(guān)能夠運(yùn)用電磁感應(yīng)規(guī)律熟練解決相關(guān)問題問題 在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中,引起磁通量變化的原因不同,一般分為兩種:一種是磁場不變,導(dǎo)體運(yùn)動引起磁通量變化而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,如下圖甲所示,另一種是導(dǎo)體不動,由于磁場變化引起磁通量變化而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,如下圖乙所示,請?zhí)骄恳幌滤鼈儺a(chǎn)生感應(yīng)電動勢的機(jī)理 1電路中電動勢的作用實(shí)際上是_對自由電荷的作用,電池中電解液與兩極板的_使兩極板分別 帶 了 正 負(fù) 電 荷 , 這 種 _ _ _ _ _ _ 就 是 我 們 所 說 的“_” 2_國物理學(xué)家麥克斯韋認(rèn)為,磁

2、場變化時會在空間激發(fā)一種_如果此空間存在_,則產(chǎn)生感應(yīng)電流,或者說導(dǎo)體中產(chǎn)生了_在這種情況下,所謂的“非靜電力”就是這種_對自由電荷的作用3導(dǎo)體棒在勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動也會產(chǎn)生_,這種情況下,_沒有變化,空間沒有_,產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的非靜電力與_有關(guān)這種感應(yīng)電動勢是由于導(dǎo)體運(yùn)動而產(chǎn)生的,它也叫做“_”答案:1.某種非靜電力;化學(xué)作用;化學(xué)作用;非靜電力2英;電場;閉合導(dǎo)體;感應(yīng)電動勢;感生電場3感應(yīng)電動勢;磁場;感生電場;洛倫茲力;動生電動勢 (1)定義: 由于磁場變化而產(chǎn)生的電場叫感生電場由于磁場變化而產(chǎn)生的電動勢叫感應(yīng)電動勢它也叫做“感生電動勢” (2)特點(diǎn): 變化的磁場周圍產(chǎn)生感生電場,與閉合電

3、路是否存在無關(guān)如果在變化的磁場中放一個閉合電路,電路中的自由電荷在感生電場作用下,做定向移動,形成電流在這種情況下所謂的非靜電力就是感生電場的作用 感應(yīng)電場是電場的一種形式,是客觀存在的一種特殊物質(zhì) 感生電場可用電場線形象描述,但感生電場的電場線是閉合曲線,所以感生電場又稱為渦旋電場這一點(diǎn)與靜電場不同,靜電場的電場線不閉合 感生電場可以對帶電粒子做功,可使帶電粒子加速和偏轉(zhuǎn) (3)感生電場方向的判定 據(jù)楞次定律和右手螺旋定則判定判定時可先假設(shè)有導(dǎo)體存在,推出的感應(yīng)電流的方向,就是感生電場的方向下列哪些說法是正確的()A磁場變化時會在空間激發(fā)電場B處于變化磁場中的導(dǎo)體中的自由電荷定向移動,是由于

4、受到感生電場的作用C感生電場就是感應(yīng)電動勢D以上說法都不對答案:AB解析:麥克斯韋認(rèn)為,磁場的變化在空間激發(fā)一種電場閉合電路此刻處于這種電場中,導(dǎo)體中的自由電荷將發(fā)生定向運(yùn)動,產(chǎn)生感應(yīng)電流,或者說導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢其非靜電力就是這種感生電場,所以A,B選項(xiàng)是正確的,C選項(xiàng)是錯誤的故選AB.(1)一段導(dǎo)體在做切割磁感線的運(yùn)動時相當(dāng)于一個電源,這時的非靜電力與洛倫茲力有關(guān)(2)產(chǎn)生感應(yīng)電動勢原因分析導(dǎo)體在磁場中做切割磁感線運(yùn)動時,產(chǎn)生感應(yīng)電動勢(它也叫做“動生電動勢”),它是由于導(dǎo)體中自由電子受洛倫茲力作用而引起的感應(yīng)電動勢的產(chǎn)生實(shí)質(zhì)是洛倫茲力(非靜電力)對自由電荷做了功;導(dǎo)體棒在磁場中運(yùn)動過程

5、中要受到安培力作用,要維持導(dǎo)體棒運(yùn)動,外力必須克服安培力做功,因此產(chǎn)生電流的過程是其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的過程 洛倫茲力總是與電荷的運(yùn)動方向垂直,因此,洛倫茲力對電荷不做功,但是感生電動勢又等于洛倫茲力搬運(yùn)單位正電荷所做的功,這就是說兩者有矛盾,你怎樣理解這一問題? 答案:其實(shí)并不矛盾,運(yùn)動導(dǎo)體中的自由電子,不僅隨導(dǎo)體以速度v運(yùn)動,而且還沿導(dǎo)體以速度u做定向移動,正是這個定向移動才產(chǎn)生感應(yīng)電流,如下圖所示因此,導(dǎo)體中的電子的合速度v合等于v和u的矢量和,所以電子受到的洛倫茲力為Fv合ev合B,F(xiàn)v合與合速度v合垂直,它對電子不做功,F(xiàn)v合的一個分量是F1evB,這個分力做功,產(chǎn)生感應(yīng)電動勢Fv

6、合的另一個分量是F2euB,阻礙導(dǎo)體運(yùn)動,做負(fù)功可以證明兩個分力F1和F2所做功的代數(shù)和為零結(jié)果仍然是洛倫茲力并不提供能量,而只是起傳遞能量的作用,即外力克服洛倫茲力的一個分力F2所做的功通過另一個分力F1轉(zhuǎn)化為感應(yīng)電流的能量. 特別提醒: 有些情況下,動生電動勢和感生電動勢具有相對性.例如,將條形磁鐵插入線圈中,如果在相對磁鐵靜止的參考系內(nèi)觀察,線圈運(yùn)動,產(chǎn)生的是動生電動勢;如果在相對線圈靜止的參考系中觀察,線圈中磁場變化,產(chǎn)生感生電動勢. 在一水平光滑絕緣塑料板上有一環(huán)形凹槽,有一帶電小球質(zhì)量為m,電荷量為q,在槽內(nèi)沿順時針作勻速圓周運(yùn)動,現(xiàn)加一豎直向上的均勻變化的勻強(qiáng)磁場,且B逐漸增加,

7、則()A小球速度變大B小球速度變小C小球速度不變 D以上三種情況都有可能解析:在此空間中,沒有閉合導(dǎo)體,但磁場的變化,使空間產(chǎn)生感生電場據(jù)楞次定律得出圖示感生電場,又因小球帶正電荷,電場力與小球速度同向,電場力對小球做正功,小球速度變大A選項(xiàng)正確答案:A點(diǎn)評:此題因部分同學(xué)受洛倫茲力不做功的影響,而誤選C.答案:(1)A板為正極板(2)1.0107C解析:(1)據(jù)楞次定律可得:產(chǎn)生的感生電場為逆時針方向,導(dǎo)體中的自由電子在電場力作用下順時針運(yùn)動到B板,所以B板帶負(fù)電,A板帶正電(2)電容器上的電荷量qCU(其中U為電容器上的電壓)據(jù)題意知UE(其中E為感生電動勢) 在豎直向上的勻強(qiáng)磁場中,水平

8、放置一個不變形的單匝金屬圓線圈,規(guī)定線圈中感應(yīng)電流的正方向如圖甲所示,當(dāng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時間t發(fā)生如圖乙所示變化時,下圖中正確表示線圈中感應(yīng)電動勢E變化的是()答案:答案:A如圖甲所示,在PQ、QR區(qū)域中存在著磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等、方向相反的勻強(qiáng)磁場,磁場方向均垂直于紙面一導(dǎo)線框abcdefa位于紙面內(nèi),框的鄰邊都相互垂直,bc邊與磁場的邊界P重合導(dǎo)線框與磁場區(qū)域的尺寸如圖所示,從t0時刻開始,線框勻速橫穿兩個磁場區(qū)域,以abcdef為線框中的電動勢E的正方向,以下四個Et關(guān)系示意圖中正確的是()答案:C解析:由右手定則和EBLv判定水平位移從0l時EBlv,水平位移從l2l時,E0,從2l

9、3l時E3Blv,從3l4l時E2Blv,可知圖C正確本題考查右手定則、楞次定律及EBlv的應(yīng)用重點(diǎn)在于對不同階段感應(yīng)電動勢大小和方向的判斷,要求學(xué)生能正確建立圖象,試題難度較大. 如圖(b)所示,光滑的平行水平金屬導(dǎo)軌MN、PQ相距L,在M點(diǎn)和P點(diǎn)間連接一個阻值為R的電阻,在兩導(dǎo)軌間cdfe矩形區(qū)域內(nèi)有垂直導(dǎo)軌平面豎直向上、寬為d的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.一質(zhì)量為m、電阻為r、長度也剛好為L的導(dǎo)體棒ab垂直擱在導(dǎo)軌上,與磁場左邊界相距d0.現(xiàn)用一個水平向右的力F拉棒ab,使它由靜止開始運(yùn)動,棒ab離開磁場前做勻速直線運(yùn)動,棒ab與導(dǎo)軌始終保持良好接觸,導(dǎo)軌電阻不計,F(xiàn)隨棒ab與初始位置的距

10、離x變化的情況如圖(a),F(xiàn)0已知求:(1)棒ab離開磁場右邊界時的速度(2)棒ab通過磁場區(qū)域的過程中整個回路所消耗的電能(3)d0滿足什么條件時,棒ab進(jìn)入磁場后一直做勻速運(yùn)動解析:(1)設(shè)離開右邊界時棒ab速度為v,則有(2010泉州高二檢測)如圖所示的勻強(qiáng)磁場中,有兩根相距20cm固定的平行金屬光滑導(dǎo)軌MN和PQ.磁場方向垂直于MN、PQ所在的平面導(dǎo)軌上放置著ab、cd兩根平行的可動金屬細(xì)棒在兩棒中點(diǎn)OO之間拴一根40cm長的細(xì)繩,繩長保持不變設(shè)磁感應(yīng)強(qiáng)度B以1.0T/s的變化率均勻減小,abdc回路的電阻為0.50.求:當(dāng)B減小到10T時,兩可動邊所受磁場力和abdc回路消耗的功率答

11、案:均為0.32N0.0128W 據(jù)報道,1992年7月,美國“阿特蘭蒂斯”號航天飛機(jī)進(jìn)行了一項(xiàng)衛(wèi)星懸繩發(fā)電實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)取得了部分成功航天飛機(jī)在地球赤道上空離地面約3000km處由東向西飛行,相對地面速度大約6.5103m/s,從航天飛機(jī)上向地心發(fā)射一顆衛(wèi)星,攜帶一根長20km,電阻為800的金屬懸繩,使這根懸繩與地磁場垂直,做切割磁感線運(yùn)動假定這一范圍內(nèi)的地磁場是均勻的磁感應(yīng)強(qiáng)度為4105T,且認(rèn)為懸繩上各點(diǎn)的切割速度和航天飛機(jī)的速度相同根據(jù)理論設(shè)計,通過與電離層(由等離子體組成)的作用,懸繩可以產(chǎn)生約3A的感應(yīng)電流,試求:(1)金屬懸繩中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢;(2)懸繩兩端的電壓;(3)航天飛機(jī)

12、繞地球運(yùn)行一圈懸繩輸出的電能(已知地球半徑為6.4103km)解析:將飛機(jī)下金屬懸繩切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢看作電源模型,當(dāng)它通過電離層放電可看作直流電路模型如下圖所示( 1 ) 金 屬 繩 產(chǎn) 生 的 電 動 勢 E B l v 4 1 05201036.5103V5.2103V;(2)懸繩兩端電壓,即路端電壓可由閉合電路歐姆定律得UEIr5.2103V3800V2.8103V;答案:(1)5.2103V(2)2.8103V(3)7.6107J 在玻璃杯底部裝一電極,通過導(dǎo)線與電源一極相連直立的磁鐵棒下端固定在玻璃杯底部的中心,往杯內(nèi)加入水銀在玻璃杯的正上方吊一可動導(dǎo)線,導(dǎo)線的上端與電源的另一極相接,下端浸入玻璃杯中的水銀中由于水銀密度大,導(dǎo)線會傾斜地與水銀相連這樣,可動導(dǎo)線、玻璃杯中的水銀、玻璃杯底部的電極和電源就構(gòu)成了一個回路(如圖)當(dāng)回路中有電流通過時,導(dǎo)線會如何運(yùn)動?運(yùn)動時,可動導(dǎo)線上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,是動生電動勢還是感生電動勢?方向如何?答案:當(dāng)可動導(dǎo)線中有電流通過時,導(dǎo)線受安培力作用,由左手定則判斷可得安培力方向始終與導(dǎo)線和豎直線所在的平面垂直,所以導(dǎo)線會繞著固定在玻璃杯底部的磁鐵棒的上端不斷轉(zhuǎn)動由于導(dǎo)線不斷切割磁感線,所以導(dǎo)線上產(chǎn)生動生電動勢,方向與電源電動勢反向,在導(dǎo)線中由下端指向上端

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