高中物理 第4章 電磁感應(yīng) 第5節(jié) 電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況課件 新人教版選修3-2

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1、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,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(dòng)引起磁通量變化而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，如下圖甲所示；另一種是導(dǎo)體不動(dòng)，由于磁場變化引起磁通量變化而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，如下圖乙所示。請(qǐng)?zhí)骄恳幌滤鼈儺a(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的機(jī)理。,知識(shí)自主梳理,1感生電場 (1)產(chǎn)生 英國物理學(xué)家麥克斯韋在他的電磁場理論中指出：________的磁場能在周圍空間激發(fā)________，這種電場與靜電場不同，它不是由電荷產(chǎn)生的，我們把它叫做__________。 (2)特點(diǎn) 感生電場線與磁場方向______。感生電場的強(qiáng)弱與磁感應(yīng)強(qiáng)度的________有關(guān)

2、。,電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的感生電場,知 識(shí) 點(diǎn) 1,變化,電場,感生電場,垂直,變化率,2感生電動(dòng)勢 (1)感生電場的作用 感生電場對(duì)自由電荷的作用就相當(dāng)于電源內(nèi)部的非靜電力。 (2)感生電動(dòng)勢 磁場變化時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢是由__________產(chǎn)生的，它也叫感生電動(dòng)勢。 3感生電場的方向 磁場變化時(shí)，垂直磁場的閉合環(huán)形回路(可假定存在)中__________的方向就表示感生電場的方向。,感生電場,感應(yīng)電流,1成因 導(dǎo)體棒做切割磁感線運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)體棒中的自由電荷隨棒一起定向運(yùn)動(dòng)，并因此受到__________。 2動(dòng)生電動(dòng)勢 (1)定義：如果感應(yīng)電動(dòng)勢是由于__________產(chǎn)生的，它也叫做動(dòng)生電動(dòng)勢。

3、(2)非靜電力：動(dòng)生電動(dòng)勢中，非靜電力是__________沿導(dǎo)體棒方向的分力。,電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的洛倫茲力,知 識(shí) 點(diǎn) 2,洛倫茲力,導(dǎo)體運(yùn)動(dòng),洛倫茲力,3導(dǎo)體切割磁感線時(shí)的能量轉(zhuǎn)化 當(dāng)閉合電路的一部分導(dǎo)體切割磁感線時(shí)，回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，導(dǎo)體受到安培力的作用。________阻礙導(dǎo)體的切割運(yùn)動(dòng)，要維持勻速運(yùn)動(dòng)，外力必須_______________，因此產(chǎn)生感應(yīng)電流的過程就是___________的能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿倪^程。,安培力,克服安培力做功,其他形式,重點(diǎn)難點(diǎn)突破,1.對(duì)感生電場的理解 (1)變化的磁場周圍產(chǎn)生感生電場，與閉合電路是否存在無關(guān)。如果在變化的磁場中放一個(gè)閉合電路，電路中的自由

4、電荷在感生電場作用下，做定向移動(dòng)，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。 (2)感生電場是電場的一種形式，是客觀存在的一種特殊物質(zhì)。 (3)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。 (4)感生電場可以對(duì)帶電粒子做功，可使帶電粒子加速和偏轉(zhuǎn)。,一、感生電動(dòng)勢與動(dòng)生電動(dòng)勢,,答案：能。 解析：這是竊聽電話的古老方法。當(dāng)電流流入電話線時(shí)，環(huán)繞著電流有一磁場，如圖所示。如果我們把竊聽器的導(dǎo)線放在電話線附近，磁場也就環(huán)繞著竊聽器的導(dǎo)線。當(dāng)電話線中的電流以說話聲音的頻率變化時(shí)，環(huán)繞著竊聽器導(dǎo)線的磁場也

5、隨之變化，在竊聽器導(dǎo)線中產(chǎn)生感應(yīng)電流。,2.對(duì)動(dòng)生電動(dòng)勢中電荷所受洛倫茲力的理解 (1)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體中的自由電子，不僅隨導(dǎo)體以速度v運(yùn)動(dòng)，而且還沿導(dǎo)體以速度u做定向移動(dòng)，如圖所示。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F合ev合B，F(xiàn)合與合速度v合垂直。,(2)從做功角度分析，由于F合與v合垂直，所以它對(duì)電子不做功。 更具體地說，F(xiàn)合的一個(gè)分量是F1evB，這個(gè)分力做功，產(chǎn)生動(dòng)生電動(dòng)勢。F合的另一個(gè)分量是F2euB，阻礙導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)，做負(fù)功。可以證明兩個(gè)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(gè)

6、分力F2所做的功能通過另一個(gè)分力F1轉(zhuǎn)化為能量。,3感生電動(dòng)勢與動(dòng)生電動(dòng)勢的對(duì)比,特別提醒有些情況下，動(dòng)生電動(dòng)勢和感生電動(dòng)勢具有相對(duì)性。例如，將條形磁鐵插入線圈中，如果在相對(duì)磁鐵靜止的參考系內(nèi)觀察，線圈運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生的是動(dòng)生電動(dòng)勢；如果在相對(duì)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(dòng)勢。,解析：鴿子兩翅展開可達(dá)30cm左右，所以EBLv0.51040.320V0.3mV。,0.3mV,1圖象類型 在電磁感應(yīng)問題中，很多問題與圖象結(jié)合在一起，如感應(yīng)電動(dòng)勢與時(shí)間的圖象、磁通量與時(shí)間的圖象、電流與時(shí)間的圖象等。 2常見的兩類圖象問題 (1)由給定的電磁感應(yīng)過程選出或畫出正確的圖象； (2)由給

7、定的有關(guān)圖象分析電磁感應(yīng)過程，求解相應(yīng)的物理量。 3注意的事項(xiàng) (1)電磁感應(yīng)中的圖象定性或定量地表示出所研究問題的函數(shù)關(guān)系。 (2)在圖象中E、I、B等物理量的方向通過物理量的正、負(fù)來反映。 (3)畫圖象要注意縱、橫坐標(biāo)的單位長度、定義或表達(dá)。,二、電磁感應(yīng)中的圖象問題,,解析：根據(jù)楞次定律，在進(jìn)磁場的過程中，感應(yīng)電流的方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向；在出磁場的過程中，感應(yīng)電流的方向?yàn)轫槙r(shí)針方向，在進(jìn)磁場的過程中，切割的有效長度先增加后減小，出磁場的過程中，切割的有效長度先增加后減小，所以感應(yīng)電流的大小在進(jìn)磁場的過程中先增大后減小，出磁場的過程中也是先增大后減小，其“ix”圖象見答案。,1電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的

8、能量轉(zhuǎn)化方式 (1)與感生電動(dòng)勢有關(guān)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，磁場能轉(zhuǎn)化為電能，若電路是純電阻電路，轉(zhuǎn)化過來的電能將全部轉(zhuǎn)化為電阻的內(nèi)能。 (2)與動(dòng)生電動(dòng)勢有關(guān)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，通過克服安培力做功，把機(jī)械能或其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能?？朔才嗔ψ龆嗌俟?，就產(chǎn)生多少電能。若電路是純電阻電路，轉(zhuǎn)化過來的電能也將全部轉(zhuǎn)化為電阻的內(nèi)能。,三、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化與守恒,2求解電磁感應(yīng)現(xiàn)象中能量守恒問題的一般思路 (1)分析回路，分清電源和外電路。 在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，切割磁感線的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化的回路將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，該導(dǎo)體或回路就相當(dāng)于電源，其余部分相當(dāng)于外電路。 (2)分析清楚有哪些力做功，明確有哪

9、些形式的能量發(fā)生了轉(zhuǎn)化。 (3)根據(jù)能量守恒列方程求解。,答案：2mgh 解析：根據(jù)能量轉(zhuǎn)化與守恒定律，線框以恒定速率通過磁場的過程中，重力與線框所受安培力平衡。因此這一過程實(shí)質(zhì)是重力勢能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的過程。所以此過程中線框產(chǎn)生的焦耳熱為QWG2mgh。,,考點(diǎn)題型設(shè)計(jì),題型1對(duì)感生電動(dòng)勢的理解及應(yīng)用,點(diǎn)評(píng)：本類問題中的恒量與變量必須分清楚，導(dǎo)體不動(dòng)，磁場發(fā)生變化，產(chǎn)生感生電動(dòng)勢，由于變化率是定值，因此E、I均為恒量。但ab桿受到的安培力隨磁場的增強(qiáng)而增大，根據(jù)力的變化判斷出重物剛好離開地面的臨界條件。,,CD,題型2對(duì)動(dòng)生電動(dòng)勢的理解及應(yīng)用,,(1)如圖2所示，若軌道左端MP間接一阻值為R的電

10、阻，導(dǎo)體棒在水平向右的恒力F的作用下由靜止開始運(yùn)動(dòng)。求經(jīng)過一段時(shí)間后，導(dǎo)體棒所能達(dá)到的最大速度的大小。 (2)如圖3所示，若軌道左端MP間接一電動(dòng)勢為E、內(nèi)阻為r的電源和一阻值為R的電阻。閉合開關(guān)S，導(dǎo)體棒從靜止開始運(yùn)動(dòng)。求經(jīng)過一段時(shí)間后，導(dǎo)體棒所能達(dá)到的最大速度的大小。 (3)如圖4所示，若軌道左端MP間接一電容器，電容器的電容為C，導(dǎo)體棒在水平向右的恒力F的作用下從靜止開始運(yùn)動(dòng)。求導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)過程中的加速度的大小。,BC,題型3電磁感應(yīng)中的圖象問題,C,,解析：當(dāng)右邊進(jìn)入磁場時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，由楞次定律得，感應(yīng)電流應(yīng)是逆時(shí)針方向，由于有效切割長度逐漸增大，導(dǎo)致感應(yīng)電流的大小也均勻增大；當(dāng)

11、線框右邊出磁場后，有效切割長度不變，則產(chǎn)生感應(yīng)電流的大小不變，但比剛出磁場時(shí)的有效長度縮短，導(dǎo)致感應(yīng)電流的大小比剛出磁場時(shí)電流小，由楞次定律得，此時(shí)感應(yīng)電流仍沿逆時(shí)針，故排除AB；當(dāng)線框左邊進(jìn)入磁場時(shí)，有效切割長度在變大，但此時(shí)感應(yīng)電流的方向是順時(shí)針，即是負(fù)方向且大小增大，故選項(xiàng)C正確，ABD錯(cuò)誤。,D,題型4電磁感應(yīng)中的電路與能量轉(zhuǎn)化問題,(1)電阻R中的感應(yīng)電流方向； (2)重物勻速下降的速度v； (3)重物從釋放到下降h的過程中，電阻R中產(chǎn)生的焦耳熱QR； (4)若將重物下降h時(shí)的時(shí)刻記作t0，速度記為v0，從此時(shí)刻起，磁感應(yīng)強(qiáng)度逐漸減小，若此后金屬桿中恰好不產(chǎn)生感應(yīng)電流，則磁感應(yīng)強(qiáng)度B

12、怎樣隨時(shí)間t變化(寫出B與t的關(guān)系式),,AD,A作用于金屬棒上的各力的合力所做的功等于零 B作用于金屬棒上的各力的合力所做的功等于mgh與電阻R上發(fā)出的焦耳熱之和 C恒力F與安培力的合力所做的功等于零 D恒力F與重力的合力所做的功等于電阻R上發(fā)出的焦耳熱 解析：金屬棒ab勻速上升過程中，作用于棒上各力的合力為零，則合力所作的功等于零，故A正確，B錯(cuò)誤。根據(jù)動(dòng)能定理得：WFWGW安0，得WFW安WG0，即恒力F與安培力的合力所做的功不等于零，等于克服重力做的功，故C錯(cuò)誤。由WFWGW安0得，WFWGW安，即恒力F與重力的合力所做的功等于克服安培力所做的功，即等于電阻R上發(fā)出的焦耳熱，故D正確，故選AD。,易錯(cuò)案例剖析,,0.2,,課堂知識(shí)結(jié)構(gòu),隨堂鞏固提升,課 時(shí) 作 業(yè),