2022年高中物理《電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況》學(xué)案 新人教版選修3-2

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1、2022年高中物理《電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況》學(xué)案 新人教版選修3-2 自主體驗(yàn) 一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的感生電場 1.電磁場理論與感生電場:(1)電磁場理論:變化的電場周圍產(chǎn)生磁場,變化的磁場周圍產(chǎn)生電場.由19世紀(jì)60年代的__________提出. (2)感生電場:變化的磁場周圍所產(chǎn)生的電場. 2.感應(yīng)電動(dòng)勢:(1)感應(yīng)電動(dòng)勢:感生電場中的導(dǎo)體正是在___________的作用下,自由電荷發(fā)生定向移動(dòng),形成_____或___________. (2)非靜電力就是_________對自由電荷的作用. 二、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的洛倫茲力 1.動(dòng)生電動(dòng)勢:導(dǎo)

2、體在磁場中___________運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的電動(dòng)勢. 2.產(chǎn)生原因:由于導(dǎo)體中的自由電子受到_________作用引起的,使自由電荷做定向移動(dòng)的非靜電力是_________. 3.切割導(dǎo)體的特點(diǎn):運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體是_____,所在的電路是___電路. 知識(shí)探究 一、感生電動(dòng)勢 1.產(chǎn)生機(jī)理:如圖所示,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曲線.如果空間存在閉合導(dǎo)體,導(dǎo)體中的自由電荷就會(huì)在電場力的作用下定向移動(dòng),而產(chǎn)生感應(yīng)電流,或者說導(dǎo)體中產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢. 2.特點(diǎn):(1)感生電場是一種渦旋電場,電場線是閉合的. (2)感生電場的產(chǎn)生跟空間中是否存在閉合電路無關(guān)

3、. 3.方向判定: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,即利用楞次定律判斷. 二、動(dòng)生電動(dòng)勢 1.產(chǎn)生機(jī)理:一段導(dǎo)體在做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí),導(dǎo)體內(nèi)自由電荷隨導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動(dòng),則必受洛倫茲力,自由電荷在洛倫茲力作用下產(chǎn)生定向移動(dòng),這樣自由電荷在導(dǎo)體兩端聚集,從而使導(dǎo)體兩端產(chǎn)生電勢差,這就是動(dòng)生電動(dòng)勢,此時(shí)若電路閉合,則電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流. 說明:(1)當(dāng)電路不閉合時(shí),切割磁感線的導(dǎo)體兩端積聚電荷,則在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生附加電場,電荷在受洛倫茲力的同時(shí)也受電場力作用. (2)電動(dòng)勢的產(chǎn)生與電路是否閉合無關(guān). 2.方向判定:動(dòng)生電動(dòng)勢的方向用右手定則來判定,即“四指”

4、指電動(dòng)勢的方向. 3.對動(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,它對電子不做功,更具體地說, F合的一個(gè)分量是F1=evB,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F2=euB,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所做的功的 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

5、倫茲力的一個(gè)分力F2所做的功通過另一個(gè)分力F1轉(zhuǎn)化為能量. .4-5-1. 典例剖析 題型一:感應(yīng)電場方向的判斷 【例1】如圖1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沿逆時(shí)針方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng),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.設(shè)運(yùn)動(dòng) 總結(jié)反思 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 圖1 C.小球先沿逆時(shí)針方向減速運(yùn)動(dòng),之后沿順時(shí)針方向加速運(yùn)動(dòng) D

6、.磁場力對小球一直不做功 題型二:感生電動(dòng)勢的計(jì)算 【例2】如圖2所示,L1=0.5 m,L2=0.8 m,回路總電阻為R=0.2 Ω,M=0.04 kg,導(dǎo)軌光滑,開始時(shí)磁場B0=1 T.現(xiàn)使磁感應(yīng)強(qiáng)度以ΔB/Δt=0.2 T/s的變化率均勻地增大,試求:當(dāng)t為多少時(shí),M剛離開地面?(g取10 m/s2) 圖2 A變式訓(xùn)練1:如圖3所示的勻強(qiáng)磁場中,有兩根相距20 cm固定的平行金屬光滑導(dǎo)軌MN和PQ.磁場方向垂直于MN、P

7、Q所在平面.導(dǎo)軌上放置著ab、cd兩根平行的可動(dòng)金屬細(xì)棒.在兩棒中點(diǎn)OO′之間拴一根40 cm長的細(xì)繩,繩長保持不變.設(shè)磁感應(yīng)強(qiáng)度B以1.0 T/s的變化率均勻減小,abdc回路的電阻為0.50 Ω.求:當(dāng)B減小到10 T時(shí),兩可動(dòng)邊所受磁場力和abdc回路消耗的功率. 圖3 題型三:動(dòng)生電動(dòng)勢的計(jì)算 【例3】如圖所示,三角形金屬框架MON平面與勻強(qiáng)磁場B垂直, 導(dǎo)體ab能緊貼金屬框架運(yùn)動(dòng),且始終與導(dǎo)軌ON垂直.當(dāng)導(dǎo)體ab從O點(diǎn)開始勻速

8、向右平動(dòng)時(shí),速度為v0,試求bOc回路中某時(shí)刻的感應(yīng)電動(dòng)勢隨時(shí)間變化的函數(shù)關(guān)系式. 變式訓(xùn)練2: 如圖所示,金屬桿ab以恒定的速率v在光滑平行導(dǎo)軌上向右滑行,設(shè)整個(gè)電路中總電阻為R(恒定不變),整個(gè)裝置置于垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場中,下列敘述正確的是(  ) A.a(chǎn)b桿中的電流與速率v成正比 B.磁場作用于ab桿的安培力與速率v成正比 C.電阻R上產(chǎn)生的電熱功率與速率v的平方成正比 D.外力對ab桿做功的功率與速率v的平方成正比 題型四:電磁感應(yīng)的圖象問題 A【例4】如圖右甲所示,矩形導(dǎo)線框abcd固定在勻強(qiáng)磁場中,磁 感線的方向與導(dǎo)線框所在平面垂直.規(guī)定磁場的正方向

9、垂直紙面向里, 磁應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖乙所示,若規(guī)定順時(shí)針方向?yàn)楦袘?yīng) 電流i的正方向,下列i-t圖中正確的是(  ) .4-5-2. 變式訓(xùn)練3:如圖所示,等腰三角形內(nèi)分布有垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場,它的底邊在x軸上且長為2L,高為L,紙面內(nèi)一邊長為L的正方形導(dǎo)線框沿x軸正方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)穿過勻強(qiáng)磁場區(qū)域,在t=0時(shí)刻恰好位于圖4-5-12所示的位置,以順時(shí)針方向?yàn)閷?dǎo)線框中電流的正方向,在圖4-5-13中,能夠正確表示導(dǎo)線框的電流—位移(I-x)關(guān)系的是(  ) 課堂練習(xí) 1

10、.下列說法中正確的是(  ) A.感生電場是由變化的磁場產(chǎn)生 B.恒定的磁場也能在周圍空間產(chǎn)生感生電場 C.感生電場的方向也同樣可以用楞次定律和右手螺旋定則來判定 D.感生電場的電場線是閉合曲線,其方向一定是沿逆時(shí)針方向 2.如圖所示,在豎直向下的勻強(qiáng)磁場中,將一水平放置的金屬棒ab以水平速度v拋出,且棒與磁場垂直,設(shè)棒在落下的過程中方向不變且不計(jì)空氣阻力,則金屬棒在運(yùn)動(dòng)的過程中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢大小變化情況是(  ) A.越來越大 B.越來越小 C.保持不變 D.無法判斷 課后練習(xí) 1.某空間出現(xiàn)了如圖1所示的一組閉合電 場線,方向從上向下看是順時(shí)針的,這

11、可能 是(  ) A.沿AB方向磁場在迅速減弱 B.沿AB方向磁場在迅速增強(qiáng) C.沿BA方向磁場在迅速增強(qiáng) D.沿BA方向磁場在迅速減弱 圖1 圖2 2.如圖2所示,一金屬半圓環(huán)置于勻強(qiáng)磁場中,當(dāng)磁場突然減弱時(shí),則兩端點(diǎn)的電勢(  ) A.N點(diǎn)電勢高 B.M點(diǎn)電勢高 C.若磁場不變,將半圓環(huán)繞MN軸旋轉(zhuǎn)180°的過程中,N點(diǎn)電勢高 D.若磁場不變,將半圓環(huán)繞MN軸旋轉(zhuǎn)180°的過程中,M點(diǎn)電勢高 A3.在豎直向上的勻強(qiáng)磁場中,水平放置一個(gè)不變形的單匝金屬圓

12、線圈,規(guī)定線圈中感應(yīng)電流的正方向如圖3甲所示,當(dāng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t發(fā)生如圖乙所示變化時(shí),下圖中正確表示線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢E變化的是(  ) 圖3 .4-5-3. 總結(jié)反思 4.如圖4所示,導(dǎo)體AB在做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí),將產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢,因而在電路中有電流通過,下列說法中正確的是(  ) A.因?qū)w運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢稱為動(dòng)生電動(dòng)勢 B.動(dòng)生電動(dòng)勢的產(chǎn)生與洛倫茲力有關(guān) C.動(dòng)生電動(dòng)勢的產(chǎn)生與電場力有關(guān) D.動(dòng)生電動(dòng)勢和感生電動(dòng)勢

13、產(chǎn)生的原因是一樣的 A5.光滑曲面與豎直平面的交線是拋物線,如圖5所示,拋物線的方程 圖4 為y=x2,其下半部處在一個(gè)水平方向的勻強(qiáng)磁場中,磁場的上邊界是y=a 的直線(圖中的虛線所示),一個(gè)質(zhì)量為m的小金屬塊從拋物線y=b(b>a)處 以速度v沿拋物線下滑,假設(shè)拋物線足夠長,則金屬塊在曲面上滑動(dòng)的過程 中產(chǎn)生的焦耳熱總量是(  ) A.mgb B.mv2 C.mg(b-a) D.mg(b-a)+mv2

14、 圖5 6.如圖6所示,將勻強(qiáng)磁場中的線圈(正方形,邊長為L)以不同的速 度v1和v2勻速拉出磁場,線圈電阻為R,那么兩次拉出過程中,外力做功 之比W1∶W2=________.外力做功功率之比P1∶P2=________. 7.如圖所示,長為L=0.2 m、電阻為r=0.3 Ω、質(zhì)量為m=0.1 kg的金屬棒CD垂直放在位于水平面上的兩條平行光滑金屬導(dǎo)軌上,兩導(dǎo)軌間距也為L,棒與導(dǎo)軌接觸良好,導(dǎo)軌電阻不計(jì),導(dǎo)軌左端接有R=0.5 Ω的電阻,量程為0~3.0 A的電流表串聯(lián)在一條導(dǎo)軌上,量程為0~1.0 V的電壓表接在電阻R的兩端,垂直導(dǎo)軌平面的勻強(qiáng)磁場向下穿過平面.現(xiàn)以向右恒定的外力F使金屬棒右移,當(dāng)金屬棒以v=2 m/s的速度在導(dǎo)軌平面上勻速滑動(dòng)時(shí),觀察到電路中的一個(gè)電表正好滿偏,而另一電表未滿偏.問: (1)此時(shí)滿偏的電表是什么表?說明理由. (2)拉動(dòng)金屬棒的外力F有多大? (3)導(dǎo)軌處的磁感應(yīng)強(qiáng)度多大?

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