物理 第四章 電磁感應(yīng) 5 電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況 新人教版選修3-2

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1、第四章電磁感應(yīng)1.知道感生電動勢的產(chǎn)生以及與感生電場的聯(lián)系，會判斷感生電動勢的方向并計(jì)算其大小.2.知道動生電動勢的產(chǎn)生以及與洛倫茲力的關(guān)系，會判斷動生電動勢的方向并計(jì)算其大小.目標(biāo)定位4.求電磁感應(yīng)中的電荷量問題.二、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的洛倫茲力三、電磁感應(yīng)中的轉(zhuǎn)動切割問題欄目索引一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的感生電場對點(diǎn)檢測 自查自糾四、電磁感應(yīng)中的電荷量問題 一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的感生電場n知識梳理1.感生電場(1)定義： 在他的電磁理論中指出： 的磁場能在周圍空間激發(fā)電場，這種電場叫感生電場.答案圖1(2)理解：如圖1所示，當(dāng)磁場變化時(shí)，產(chǎn)生的感生電場的電場線是與磁場方向垂直的閉合曲線，感生電場是一種

2、渦旋電場.變化麥克斯韋感生電場的產(chǎn)生跟空間中是否存在閉合電路無關(guān).感生電場的方向根據(jù)閉合電路(或假想的閉合電路)中感應(yīng)電流的方向確定.2.感生電動勢：由 產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢.3.感生電動勢中的非靜電力：就是 對自由電荷的作用.答案感生電場感生電場【深度思考】感生電場的方向與感應(yīng)電流的方向有什么關(guān)系？如何判斷感生電場的方向？答案答案電流的方向與正電荷移動的方向相同，感生電場的方向與正電荷受力的方向相同，因此，感生電場的方向與感應(yīng)電流的方向相同.感生電場的方向可以用楞次定律和右手定則判定.答案n典例精析例例1如圖2所示，內(nèi)壁光滑、水平放置的玻璃圓環(huán)內(nèi)，有一直徑略小于圓環(huán)直徑的帶正電的小球，以速率v0

3、沿逆時(shí)針方向勻速轉(zhuǎn)動(俯視)，若在此空間突然加上方向豎直向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間成正比例增加的變化磁場.若運(yùn)動過程中小球帶電荷量不變，那么()A.小球?qū)ΣＡA環(huán)的壓力一定不斷增大B.小球所受的磁場力一定不斷增大C.小球先沿逆時(shí)針方向減速運(yùn)動，過一段時(shí)間后沿順時(shí)針 方向加速運(yùn)動D.磁場力對小球一直不做功圖2返回解析答案總結(jié)提升總結(jié)提升解析解析當(dāng)磁場增強(qiáng)時(shí)，會產(chǎn)生順時(shí)針方向的渦旋電場，電場力先對小球做負(fù)功使其速度減為零，后對小球做正功使其沿順時(shí)針做加速運(yùn)動，所以C正確；磁場力始終與小球運(yùn)動方向垂直，因此始終對小球不做功，D正確；小球在水平面內(nèi)沿半徑方向受兩個(gè)力作用：環(huán)的擠壓力FN和磁場的洛倫茲力F

4、，這兩個(gè)力的合力充當(dāng)小球做圓周運(yùn)動的向心力，其中FqvB，磁場在增強(qiáng)，小球速度先減小后增大，所以洛倫茲力不一定總在增大，故B錯(cuò)；答案答案CD返回總結(jié)提升(1)感生電場是一種渦旋電場，電場線是閉合的.渦旋電場也會對電荷產(chǎn)生力的作用.(2)實(shí)際問題中我們常要用磁場的方向和強(qiáng)弱變化的情況，根據(jù)楞次定律或安培定則來確定感生電場的方向. 二、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的洛倫茲力答案n知識梳理1.成因：導(dǎo)體棒做切割磁感線運(yùn)動時(shí)，導(dǎo)體棒中的自由電荷隨棒一起定向運(yùn)動，并因此受到洛倫茲力.2.動生電動勢：由于 而產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢.3.動生電動勢中的非靜電力：與 有關(guān).洛倫茲力導(dǎo)體運(yùn)動【深度思考】動生電動勢的產(chǎn)生與洛倫茲力有

5、關(guān)，洛倫茲力做功嗎？解析解析(1)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，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，所以它對電子不做功.答案答案洛倫茲力不做功.解析答案n典例精析例例2我國處在地球的北半球，飛機(jī)在我國上空勻速地巡航，機(jī)翼保持水平，飛機(jī)高度不變，由于地磁場的作用，金屬機(jī)翼上有電勢差.設(shè)左側(cè)機(jī)翼末端處的電勢為1，右側(cè)機(jī)翼末端處的電勢為2，則()A.飛機(jī)從西向東飛時(shí)，1比2高B.飛機(jī)從東向西飛時(shí)，2比1高C.飛機(jī)從南向北飛時(shí)，1

6、比2高D.飛機(jī)從北向南飛時(shí)，2比1高解析答案解析解析在北半球，地磁場有豎直向下的分量，飛機(jī)在水平飛行過程中，機(jī)翼切割磁感線，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，應(yīng)用右手定則可以判斷兩邊機(jī)翼的電勢高低.伸開右手，讓大拇指與其余四指在同一平面內(nèi)，并且垂直，讓磁感線穿過手心，即手心朝上，大拇指指向飛機(jī)的飛行方向，其余四指所指的方向就是感應(yīng)電流的方向，由于不是閉合電路，電路中只存在感應(yīng)電動勢，仍然按照有電流來判斷，整個(gè)切割磁感線的兩邊機(jī)翼就是電源，在電源內(nèi)部，電流是從低電勢處流向高電勢處的.因此不管飛機(jī)向哪個(gè)方向飛行，都是左邊機(jī)翼末端電勢高，即A、C選項(xiàng)正確.答案答案AC返回解析答案總結(jié)提升例例3半徑為r、電阻為R的n匝

7、圓形線圈在邊長為l的正方形abcd外，勻強(qiáng)磁場充滿并垂直穿過該正方形區(qū)域，如圖3甲所示.當(dāng)磁場隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖乙所示時(shí)，求穿過圓形線圈磁通量的變化率為多大？t0時(shí)刻線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電流為多少？圖3根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得線圈中的感應(yīng)電動勢總結(jié)提升再根據(jù)閉合電路歐姆定律得感應(yīng)電流返回總結(jié)提升感生電動勢與動生電動勢的對比感生電動勢動生電動勢產(chǎn)生原因磁場的變化導(dǎo)體切割磁感線移動電荷的非靜電力感生電場對自由電荷的電場力導(dǎo)體中自由電荷所受洛倫茲力沿導(dǎo)體方向的分力回路中相當(dāng)于電源的部分處于變化磁場中的線圈部分做切割磁感線運(yùn)動的導(dǎo)體方向判斷楞次定律右手定則大小計(jì)算方法 EnEBlvsin vB時(shí)，EBlv

8、 三、電磁感應(yīng)中的轉(zhuǎn)動切割問題n典例精析例例4長為l的金屬棒ab以a點(diǎn)為軸在垂直于勻強(qiáng)磁場的平面內(nèi)以角速度做勻速轉(zhuǎn)動，如圖4所示，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，求：圖4解析答案(1)ab棒各點(diǎn)的平均速率；解析解析ab棒中點(diǎn)的速率(2)ab兩端的電勢差；返回解析答案總結(jié)提升(3)經(jīng)時(shí)間t金屬棒ab所掃過面積中磁通量為多少？此過程中平均感應(yīng)電動勢多大？解析解析經(jīng)時(shí)間t金屬棒ab所掃過的扇形面積為S，則：由法拉第電磁感應(yīng)定律得：總結(jié)提升返回導(dǎo)體轉(zhuǎn)動切割磁感線：圖5 四、電磁感應(yīng)中的電荷量問題n典例精析例例5如圖6甲所示，有一面積為S100 cm2的金屬環(huán)，電阻為R0.1 ，環(huán)中磁場的變化規(guī)律如圖乙所示，且磁場方向

9、垂直紙面向里，在12 s時(shí)間內(nèi)，通過金屬環(huán)的電荷量是多少？圖6返回解析答案總結(jié)提升答案答案0.01 C總結(jié)提升返回總結(jié)提升求解電路中通過的電荷量時(shí)，一定要用平均感應(yīng)電動勢和平均感應(yīng)電流計(jì)算. 對點(diǎn)檢測 自查自糾解析答案1.(感生電場問題)如圖7所示，內(nèi)壁光滑的塑料管彎成的圓環(huán)平放在水平桌面上，環(huán)內(nèi)有一帶負(fù)電的小球，整個(gè)裝置處于豎直向下的磁場中，當(dāng)磁場突然增強(qiáng)時(shí)，小球?qū)?)A.沿順時(shí)針方向運(yùn)動B.沿逆時(shí)針方向運(yùn)動C.在原位置附近往復(fù)運(yùn)動D.仍然保持靜止?fàn)顟B(tài)解析解析當(dāng)磁場增強(qiáng)時(shí)，由楞次定律知感應(yīng)電流沿逆時(shí)針方向，即感生電場沿逆時(shí)針方向，帶負(fù)電的小球在電場力作用下沿順時(shí)針方向運(yùn)動.A圖7解析答案2.

10、(En及EBlv的比較應(yīng)用)(多選)如圖8所示，一導(dǎo)線彎成半徑為a的半圓形閉合回路.虛線MN右側(cè)有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場，方向垂直于回路所在的平面.回路以速度v向右勻速進(jìn)入磁場，直徑CD始終與MN垂直.從D點(diǎn)到達(dá)邊界開始到C點(diǎn)進(jìn)入磁場為止，下列結(jié)論正確的是()A.感應(yīng)電流方向不變B.CD段直導(dǎo)線始終不受安培力C.感應(yīng)電動勢最大值EmBav圖8解析解析導(dǎo)線切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，由右手定則可知，感應(yīng)電流方向不變，A正確；感應(yīng)電動勢最大值即切割磁感線等效長度最大時(shí)的電動勢，故EmBav，C正確；答案答案ACD3.(電磁感應(yīng)中的轉(zhuǎn)動切割問題)如圖9所示，一個(gè)半徑為r的銅盤，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中以角速度繞中心軸OO勻速轉(zhuǎn)動，磁場方向與盤面垂直，在盤的中心軸與邊緣處分別安裝電刷.設(shè)整個(gè)回路電阻為R，當(dāng)銅盤勻速轉(zhuǎn)動角速度為時(shí)，通過電阻的電流為_.解析答案圖9返回解析答案圖104.(電磁感應(yīng)中的電荷量計(jì)算)物理實(shí)驗(yàn)中，常用一種叫做“沖擊電流計(jì)”的儀器測定通過電路的電荷量.如圖10所示，探測線圈與沖擊電流計(jì)串聯(lián)后可用來測定磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度.已知線圈的匝數(shù)為n，面積為S，線圈與沖擊電流計(jì)組成的回路電阻為R.若將線圈放在被測勻強(qiáng)磁場中，開始時(shí)線圈平面與磁場垂直，現(xiàn)把探測線圈翻轉(zhuǎn)180，沖擊電流計(jì)測出通過線圈的電荷量為q，由上述數(shù)據(jù)可測出被測磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為()C