物理 第四章 電磁感應(yīng) 第5講 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)第5講電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況知識內(nèi)容電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況考試要求必考加試b課時(shí)要求1.初步了解感生電場和感生電動(dòng)勢.2.初步了解動(dòng)生電動(dòng)勢和電磁感應(yīng)中洛倫茲力的作用.3.知道感生電動(dòng)勢與動(dòng)生電動(dòng)勢是感應(yīng)電動(dòng)勢的兩種不同的類型.4.會求解與電路分析、電路計(jì)算結(jié)合的簡單電磁感應(yīng)問題.內(nèi)容索引知識探究題型探究達(dá)標(biāo)檢測知識探究1(1)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？一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的感生電場一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的感生電場導(dǎo)學(xué)探究導(dǎo)學(xué)探究如圖1所示，B增強(qiáng)，那么就會在空間激發(fā)一個(gè)感生電場E.如果E處空間存在閉合導(dǎo)體，導(dǎo)體中的自由電荷就會在電場力的作用下定

2、向移動(dòng)，而產(chǎn)生感應(yīng)電流.答案圖1感應(yīng)電流的方向與正電荷移動(dòng)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判定.(2)上述情況下，哪種作用扮演了非靜電力的角色？感生電場對自由電荷的作用.答案圖1知識梳理知識梳理1.感生電動(dòng)勢：感生電動(dòng)勢：由 產(chǎn)生的電動(dòng)勢叫感生電動(dòng)勢.2.感生電動(dòng)勢大?。焊猩妱?dòng)勢大?。?3.方向：方向：感應(yīng)電流的方向與感生電場的方向相同，由 和_判定.感生電場楞次定律右手螺旋定則判斷下列說法的正誤.(1)感生電場線是閉合的.()(2)只要磁場變化，即使沒有電路，在空間也將產(chǎn)生感生電場.()(3)處于變化磁

3、場中的導(dǎo)體，其內(nèi)部自由電荷定向移動(dòng)，是由于受到感生電場的作用.()即學(xué)即用即學(xué)即用導(dǎo)體中自由電荷(正電荷)具有水平方向的速度，由左手定則可判斷自由電荷受到沿棒向上的洛倫茲力作用.(1)自由電荷會隨著導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)，并因此受到洛倫茲力.導(dǎo)體棒中的自由電荷受到的洛倫茲力方向如何？(為了方便，可以認(rèn)為導(dǎo)體中的自由電荷是正電荷).二、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的洛倫茲力二、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的洛倫茲力導(dǎo)學(xué)探究導(dǎo)學(xué)探究如圖2所示，導(dǎo)體棒CD在勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動(dòng).圖2 答案自由電荷不會一直運(yùn)動(dòng)下去.因?yàn)镃、D兩端聚集的電荷越來越多，在CD棒間產(chǎn)生的電場越來越強(qiáng)，當(dāng)電場力等于洛倫茲力時(shí)，自由電荷不再定向運(yùn)動(dòng).(2)若導(dǎo)體棒一直運(yùn)動(dòng)

4、下去，自由電荷是否總會沿著導(dǎo)體棒一直運(yùn)動(dòng)下去？為什么？答案C端電勢較高，導(dǎo)體棒中電流是由D指向C的.(3)導(dǎo)體棒哪端電勢比較高？如果用導(dǎo)線把C、D兩端連到磁場外的一個(gè)用電器上，導(dǎo)體棒中電流是沿什么方向的？答案圖21.動(dòng)生電動(dòng)勢：動(dòng)生電動(dòng)勢：由于 產(chǎn)生的電動(dòng)勢叫動(dòng)生電動(dòng)勢.2.動(dòng)生電動(dòng)勢大?。簞?dòng)生電動(dòng)勢大?。?B的方向與v的方向垂直).3.方向判斷：方向判斷：定則.導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)知識梳理知識梳理右手EBlv判斷下列說法的正誤.(1)導(dǎo)體內(nèi)自由電荷受洛倫茲力作用是產(chǎn)生動(dòng)生電動(dòng)勢的原因.()(2)導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)的自由電荷受到的洛倫茲力方向沿導(dǎo)體棒的方向.()(3)只要導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)體兩

5、端就會產(chǎn)生動(dòng)生電動(dòng)勢.()即學(xué)即用即學(xué)即用2題型探究一、對感生電場的理解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).如果在變化磁場中放一個(gè)閉合電路，自由電荷在感生電場的作用下發(fā)生定向移動(dòng).2.感生電場可用電場線形象描述.感生電場是一種渦旋電場，電場線是閉合的；而靜電場的電場線不閉合.例例1(多選)某空間出現(xiàn)了如圖3所示的一組閉合的電場線，這可能是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3 答案技巧點(diǎn)撥技巧點(diǎn)撥閉合回路閉合回路(可假定其存在可假定其存在)的感應(yīng)電流方向就表示感生電場的方向的感應(yīng)電流方向就表示感生

6、電場的方向.判斷思判斷思路如下：路如下：二、動(dòng)生電動(dòng)勢的理解與應(yīng)用例例2(多選)如圖4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)論正確的是圖4A.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(dòng)勢最大值EmBavD.感應(yīng)電動(dòng)勢平均值 答案解析在閉合回路進(jìn)入磁場的過程中，通過閉合回路的磁通量逐漸增大，根據(jù)楞次定律可知感應(yīng)電流的方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向不變，A正確.根據(jù)左手定則可判斷，CD段受安培力向下，B不正確.當(dāng)半圓形閉合回路進(jìn)入

7、磁場一半時(shí)，這時(shí)有效切割長度最大為a，所以感應(yīng)電動(dòng)勢最大值EmBav，C正確.EBlv區(qū)別研究對象整個(gè)閉合回路回路中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)的那部分導(dǎo)體適用范圍各種電磁感應(yīng)現(xiàn)象只適用于導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動(dòng)的情況計(jì)算結(jié)果t內(nèi)的平均感應(yīng)電動(dòng)勢某一時(shí)刻的瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢聯(lián)系EBlv是由在一定條件下推導(dǎo)出來的，該公式可看作法拉第電磁感應(yīng)定律的一個(gè)推論例例3如圖5所示，導(dǎo)軌OM和ON都在紙面內(nèi)，導(dǎo)體AB可在導(dǎo)軌上無摩擦滑動(dòng)，若AB以5 m/s的速度從O點(diǎn)開始沿導(dǎo)軌勻速右滑，導(dǎo)體與導(dǎo)軌都足夠長，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.2 T.問：圖5 答案(1)3 s末夾在導(dǎo)軌間的導(dǎo)體長度是多少？此時(shí)導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢多大

8、？解析夾在導(dǎo)軌間的部分導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的電動(dòng)勢才是電路中的感應(yīng)電動(dòng)勢.(2)3 s內(nèi)回路中的磁通量變化了多少？此過程中的平均感應(yīng)電動(dòng)勢為多少？答案解析3 s內(nèi)回路中磁通量的變化量3 s內(nèi)電路產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動(dòng)勢為：圖5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(dòng)，如圖6所示，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.求：圖6 答案(1)ab棒的平均速率；解析四、導(dǎo)體棒轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的計(jì)算ab棒的平均速率(2)ab兩端的電勢差；答案解析(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(dòng)勢多大？答案解析圖6經(jīng)時(shí)間t金屬棒ab所掃過的扇形面積為S，則：總結(jié)提

9、升總結(jié)提升導(dǎo)體轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁感線：導(dǎo)體轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁感線：當(dāng)導(dǎo)體棒在垂直于磁場的平面內(nèi)，其一端固定，以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為 ，如圖7所示.若圓盤在磁場中以繞圓心勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，(如圖8所示)相當(dāng)于無數(shù)根“輻條”轉(zhuǎn)動(dòng)切割，它們之間相當(dāng)于電源的并聯(lián)結(jié)構(gòu)，圓盤上的感應(yīng)電動(dòng)勢仍為圖7圖8達(dá)標(biāo)檢測3A.E1E2，a端為正B.E1E2，b端為正C.E1E2，a端為正D.E1E2，b端為正1.(2016海寧二中)如圖9所示，兩個(gè)端面半徑同為R的圓柱形鐵芯同軸水平放置，相對的端面之間有一縫隙，鐵芯上繞導(dǎo)線并與直流電源連接，在縫隙中形成一勻強(qiáng)磁場.一銅質(zhì)細(xì)直棒ab水平置于縫隙中，且與圓柱軸線等高、垂直.讓銅

10、質(zhì)細(xì)直棒從靜止開始自由下落，銅質(zhì)細(xì)直棒下落距離為0.2R時(shí)銅質(zhì)細(xì)直棒中電動(dòng)勢大小為E1，下落距離為0.8R時(shí)電動(dòng)勢大小為E2，忽略渦流損耗和邊緣效應(yīng).關(guān)于E1、E2的大小和銅質(zhì)細(xì)直棒離開磁場前兩端的極性，下列判斷正確的是 答案解析1234圖9通電導(dǎo)線在縫隙中產(chǎn)生的磁場方向向左，所以銅質(zhì)細(xì)直棒下落時(shí)由右手定則可判斷得b端為正，選項(xiàng)A、C錯(cuò)誤；根據(jù)EBLv可知，下落0.8R時(shí)電動(dòng)勢較大，即E1E2，選項(xiàng)B錯(cuò)誤，選項(xiàng)D正確.12342.如圖10，均勻磁場中有一由半圓弧及其直徑構(gòu)成的導(dǎo)線框，半圓直徑與磁場邊緣重合；磁場方向垂直于半圓面(紙面)向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0.使該線框從靜止開始繞過圓心O、垂

11、直于半圓面的軸以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)半周，在線框中產(chǎn)生感應(yīng)電流.現(xiàn)使線框保持圖中所示位置，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小隨時(shí)間線性變化.為了產(chǎn)生與線框轉(zhuǎn)動(dòng)半周過程中同樣大小的電流，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化率 的大小應(yīng)為1234 答案解析圖101234當(dāng)線框繞過圓心O的轉(zhuǎn)動(dòng)軸以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于面積的變化產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，從而產(chǎn)生感應(yīng)電流.設(shè)半圓的半徑為r，導(dǎo)線框的電阻為R，當(dāng)線框不動(dòng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度變化時(shí)，A.電路中的感應(yīng)電流大小不變B.電路中的感應(yīng)電動(dòng)勢大小不變C.電路中的感應(yīng)電動(dòng)勢逐漸增大D.電路中的感應(yīng)電流逐漸減小3.(多選)如圖11所示，三角形金屬導(dǎo)軌EOF上放有一金屬桿AB，在外力作用下，使AB保持與OF垂直

12、，從O點(diǎn)開始以速度v勻速右移，該導(dǎo)軌與金屬桿均為粗細(xì)相同的同種金屬制成，則下列判斷正確的是1234圖11 答案解析1234設(shè)金屬桿從O開始運(yùn)動(dòng)到如題圖所示位置所經(jīng)歷的時(shí)間為t，EOF，則金屬桿切割磁感線的有效長度，故EBLvBvvttan Bv2tan t，即電路中電動(dòng)勢與時(shí)間成正比，C選項(xiàng)正確；4.如圖12所示，導(dǎo)軌是水平的，間距L10.5 m，ab桿與導(dǎo)軌左端的距離L20.8 m，由導(dǎo)軌與ab桿所構(gòu)成的回路的總電阻R0.2，垂直導(dǎo)軌的方向有豎直向下的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度B0 1 T，重物的質(zhì)量M0.04 kg，用細(xì)繩通過定滑輪與ab桿的中點(diǎn)相連，各處的摩擦均可忽略不計(jì).現(xiàn)使磁場以 0.2 T/s的變化率均勻地增大，試求當(dāng)t為多少時(shí)，M剛好離開地面？(取g10 m/s2)圖121234 答案解析5 s1234重物剛好離開地面時(shí)F安Mg聯(lián)立上述四個(gè)方程解得：t5 s.