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

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1、第五節(jié)電磁感應現象的兩類情況第五節(jié)電磁感應現象的兩類情況第四章電磁感應第四章電磁感應學習目標學習目標1.知道感生電動勢、動生電動勢的概念知道產生感生電動知道感生電動勢、動生電動勢的概念知道產生感生電動勢的非靜電力是感生電場的作用，產生動生電動勢的非靜電勢的非靜電力是感生電場的作用，產生動生電動勢的非靜電力與洛倫茲力有關力與洛倫茲力有關2會用楞次定律判斷感生電場的方向，用左手定則判斷洛會用楞次定律判斷感生電場的方向，用左手定則判斷洛倫茲力的方向倫茲力的方向3知道電磁感應現象遵守能量守恒定律知道電磁感應現象遵守能量守恒定律新 知 初 探 自 主 學 習新 知 初 探 自 主 學 習一、電磁感應現象

2、中的感生電場一、電磁感應現象中的感生電場自主探究自主探究如圖所示，靜止于磁場中的線圈，當磁場強弱變化時，線圈如圖所示，靜止于磁場中的線圈，當磁場強弱變化時，線圈中將產生電動勢和感應電流試思考下列問題：中將產生電動勢和感應電流試思考下列問題：(1)什么力使電荷發(fā)生了定向移動？什么力使電荷發(fā)生了定向移動？(2)感生電場的方向如何判斷？感生電場的方向如何判斷？(3)電動勢的大小如何計算？電動勢的大小如何計算？提示：提示：(1)變化的磁場在空間激發(fā)感生電場，電荷在感生電變化的磁場在空間激發(fā)感生電場，電荷在感生電場力的作用下定向移動場力的作用下定向移動(2)感生電場與感應電流方向相同，用楞次定律判定感生

3、電場與感應電流方向相同，用楞次定律判定(3)法拉第電磁感應定律法拉第電磁感應定律成功發(fā)現成功發(fā)現1感生電場：感生電場：變化的變化的_在周圍空間激發(fā)的電場方向用在周圍空間激發(fā)的電場方向用_定律判定定律判定2感生電動勢感生電動勢(1)定義：由感生電場產生的感應電動勢定義：由感生電場產生的感應電動勢(2)大小：大?。篍 _.(3)方向：用方向：用_判定判定磁場磁場楞次楞次楞次定律楞次定律二、電磁感應現象中的洛倫茲力二、電磁感應現象中的洛倫茲力自主探究自主探究如圖所示，導體棒如圖所示，導體棒CD在勻強磁場中向右勻速運動在勻強磁場中向右勻速運動(1)自由電荷隨導體棒運動，將受到什么力？大致沿什么自由電荷

4、隨導體棒運動，將受到什么力？大致沿什么方向？方向？(2)導體棒一直運動下去，自由電荷是否也會沿著導體棒一導體棒一直運動下去，自由電荷是否也會沿著導體棒一直運動下去？為什么？直運動下去？為什么？(3)導體棒的哪端電勢比較高？如果用導線把導體棒的哪端電勢比較高？如果用導線把C、D兩端連到兩端連到一個用電器上，導體棒中的電流是沿什么方向？一個用電器上，導體棒中的電流是沿什么方向？提示：提示：(1)自由電荷受洛倫茲力，方向大致指向自由電荷受洛倫茲力，方向大致指向C端端(2)不會隨自由電荷的移動，在不會隨自由電荷的移動，在C、D兩端積累了電荷，兩端積累了電荷，因此自由電荷在向因此自由電荷在向C端運動的過

5、程中，既受洛倫茲力，又受端運動的過程中，既受洛倫茲力，又受電場力，當電場力與洛倫茲力相等時，自由電荷停止向電場力，當電場力與洛倫茲力相等時，自由電荷停止向C端端移動移動(3)C端電勢高如果用導線與用電器相連，導體棒中的電流端電勢高如果用導線與用電器相連，導體棒中的電流方向為從方向為從D到到C.洛倫茲力洛倫茲力洛倫茲力洛倫茲力BLv右手定則右手定則要 點 探 究 講 練 互 動要 點 探 究 講 練 互 動要點一要點一對感生電動勢與動生電動勢的理解對感生電動勢與動生電動勢的理解1對感生電動勢的理解對感生電動勢的理解(1)產生：磁感應強度變化產生的電動勢是由變化的磁場產產生：磁感應強度變化產生的電

6、動勢是由變化的磁場產生感生電場，線圈中的自由電荷受到感生電場力作用定向移生感生電場，線圈中的自由電荷受到感生電場力作用定向移動形成的動形成的(2)感生電場的轉點感生電場的轉點感生電場是一種渦旋電場，電場線是閉合的感生電場是一種渦旋電場，電場線是閉合的感生電場的產生跟空間中是否存在閉合電路無關感生電場的產生跟空間中是否存在閉合電路無關感生電場的方向根據閉合電路感生電場的方向根據閉合電路(或假想的閉合電路或假想的閉合電路)中感應中感應電流的方向確定電流的方向確定2對動生電動勢的理解對動生電動勢的理解 (1)產生：導體切割磁感線產生的電動勢是由于自由電荷受產生：導體切割磁感線產生的電動勢是由于自由電

7、荷受到洛倫茲力的作用而定向移動，沿導體的分力使電子沿導體到洛倫茲力的作用而定向移動，沿導體的分力使電子沿導體向下運動，使導體下端出現過剩負電荷，導體上端出現過剩向下運動，使導體下端出現過剩負電荷，導體上端出現過剩的正電荷，導體棒相當于電源如圖所示的正電荷，導體棒相當于電源如圖所示(2)洛倫茲力不做功，洛倫茲力的分力洛倫茲力不做功，洛倫茲力的分力F1做正功，另一個分做正功，另一個分力力F2做負功，可以證明做功的代數和為做負功，可以證明做功的代數和為0，洛倫茲力只是起，洛倫茲力只是起轉化能量的作用轉化能量的作用3感生電動勢與動生電動勢的比較感生電動勢與動生電動勢的比較感生電動勢感生電動勢動生電動勢

8、動生電動勢產生原因產生原因磁場的變化磁場的變化導體做切割磁感線運動導體做切割磁感線運動移動電荷移動電荷的非靜電的非靜電力力感生電場對自由電感生電場對自由電荷的電場力荷的電場力導體中自由電荷所受洛導體中自由電荷所受洛倫茲力沿導體方向的分倫茲力沿導體方向的分力力路中相當路中相當于電源的于電源的部分部分處于變化磁場中的處于變化磁場中的線圈部分線圈部分做切割磁感線運動的導做切割磁感線運動的導體體 如圖所示的是一個水平放置的玻璃圓環(huán)形小槽，槽如圖所示的是一個水平放置的玻璃圓環(huán)形小槽，槽內光滑，槽寬度和深度處處相同現將一直徑略小于槽寬的內光滑，槽寬度和深度處處相同現將一直徑略小于槽寬的帶正電小球放在槽中，

9、讓它獲得一初速度帶正電小球放在槽中，讓它獲得一初速度v0，與此同時，有，與此同時，有一變化的磁場垂直穿過玻璃圓環(huán)形小槽外徑所對應的圓面，一變化的磁場垂直穿過玻璃圓環(huán)形小槽外徑所對應的圓面，磁感應強度的大小跟時間成正比，方向豎直向下設小球在磁感應強度的大小跟時間成正比，方向豎直向下設小球在運動過程中電荷量不變，則運動過程中電荷量不變，則()A小球受到的向心力大小不變小球受到的向心力大小不變B小球受到的向心力大小不斷增大小球受到的向心力大小不斷增大C磁場力對小球做了功磁場力對小球做了功D小球受到的磁場力大小與時間成正比小球受到的磁場力大小與時間成正比【思路點撥思路點撥】解答本題時可按以下思路分析：

10、解答本題時可按以下思路分析：【解析解析】當磁感應強度隨時間均勻增大時，將產生一恒定當磁感應強度隨時間均勻增大時，將產生一恒定的感生電場，由楞次定律知，電場方向和小球初速度方向相的感生電場，由楞次定律知，電場方向和小球初速度方向相同，因小球帶正電，電場力對小球做正功，小球速度逐漸增同，因小球帶正電，電場力對小球做正功，小球速度逐漸增大，向心力也隨著增大，故大，向心力也隨著增大，故A錯誤，錯誤，B正確；洛倫茲力對運正確；洛倫茲力對運動電荷不做功，故動電荷不做功，故C錯誤；帶電小球所受洛倫茲力錯誤；帶電小球所受洛倫茲力FqBv，隨著速率的增大而增大，同時隨著速率的增大而增大，同時Bt，則，則F和和t

11、不成正比，故不成正比，故D錯誤故選錯誤故選B.【答案答案】B【規(guī)律總結規(guī)律總結】解題的關鍵是由楞次定律判斷感生電場方向解題的關鍵是由楞次定律判斷感生電場方向和確定該電場力對小球的做功情況和確定該電場力對小球的做功情況跟蹤訓練跟蹤訓練1下列說法中正確的是下列說法中正確的是()A動生電動勢是洛倫茲力對導體中自由電荷做功而引起的動生電動勢是洛倫茲力對導體中自由電荷做功而引起的B因為洛倫茲力對運動電荷始終不做功，所以動生電動勢因為洛倫茲力對運動電荷始終不做功，所以動生電動勢與洛倫茲力無關與洛倫茲力無關C感生電場是由變化的磁場激發(fā)而產生的感生電場是由變化的磁場激發(fā)而產生的D感生電場的方向可以用楞次定律和

12、安培定則來判定感生電場的方向可以用楞次定律和安培定則來判定解析：選解析：選CD.動生電動勢是洛倫茲力沿導體方向的分力做功動生電動勢是洛倫茲力沿導體方向的分力做功引起的，但洛倫茲力對自由電荷所做的總功仍為零，選項引起的，但洛倫茲力對自由電荷所做的總功仍為零，選項A、B錯誤；由麥克斯韋電磁理論知，錯誤；由麥克斯韋電磁理論知，C正確，感生電場的產生正確，感生電場的產生也是符合電磁感應原理的，也是符合電磁感應原理的，D正確故選正確故選CD.要點二要點二電磁感應中的動力學問題電磁感應中的動力學問題1通過導體中的感應電流在磁場中將受到安培力作用，所通過導體中的感應電流在磁場中將受到安培力作用，所以電磁感應

13、問題往往與力學問題聯系在一起，處理此類問題以電磁感應問題往往與力學問題聯系在一起，處理此類問題的基本方法是：的基本方法是：(1)用法拉第電磁感應定律和楞次定律求感應電動勢的大小用法拉第電磁感應定律和楞次定律求感應電動勢的大小和方向和方向(2)求回路中的電流強度的大小和方向求回路中的電流強度的大小和方向(3)分析研究導體受力情況分析研究導體受力情況(包括安培力包括安培力)(4)列動力學方程或平衡方程求解列動力學方程或平衡方程求解 如圖甲所示，兩根足夠長的直金屬導體如圖甲所示，兩根足夠長的直金屬導體MN、PQ平平行放置在傾角為行放置在傾角為的絕緣斜面上，兩導軌間距為的絕緣斜面上，兩導軌間距為L.M

14、、P兩點兩點間接有阻值為間接有阻值為R的電阻一根質量為的電阻一根質量為m的均勻直金屬桿的均勻直金屬桿ab放放在兩導軌上，并與導軌垂直整套裝置處于磁感應強度為在兩導軌上，并與導軌垂直整套裝置處于磁感應強度為B的勻強磁場中，磁場方向垂直斜面向下導軌和金屬桿的電的勻強磁場中，磁場方向垂直斜面向下導軌和金屬桿的電阻可忽略讓阻可忽略讓ab桿沿導軌由靜止開始下滑，導軌和金屬桿桿沿導軌由靜止開始下滑，導軌和金屬桿接觸良好，不計它們之間的摩擦接觸良好，不計它們之間的摩擦(1)由由b向向a方向看到的裝置如圖乙所示，請在圖中畫出方向看到的裝置如圖乙所示，請在圖中畫出ab桿桿下滑過程中某時刻的受力示意圖；下滑過程中

15、某時刻的受力示意圖；(2)在加速下滑過程中，當在加速下滑過程中，當ab桿的速度大小為桿的速度大小為v時，求此時時，求此時ab桿中的電流及其加速度的大??；桿中的電流及其加速度的大??；(3)求在下滑過程中，求在下滑過程中，ab桿可以達到的最大速度桿可以達到的最大速度【答案答案】見解析見解析【方法總結方法總結】對于電磁感應現象中，導體在安培力及其對于電磁感應現象中，導體在安培力及其他力共同作用下運動，最終趨于一穩(wěn)定狀態(tài)的問題，利用好他力共同作用下運動，最終趨于一穩(wěn)定狀態(tài)的問題，利用好導體達到穩(wěn)定狀態(tài)時的平衡方程，往往是解答該類問題的突導體達到穩(wěn)定狀態(tài)時的平衡方程，往往是解答該類問題的突破口破口A如果

16、如果B變大，變大，vm將變大將變大B如果如果變大，變大，vm將變大將變大C如果如果R變大，變大，vm將變大將變大D如果如果m變小，變小，vm將變大將變大【解析解析】01 s內內B垂直紙面向里均勻增大，則由楞次定垂直紙面向里均勻增大，則由楞次定律及法拉第電磁感應定律可得線圈中產生恒定的感應電流，律及法拉第電磁感應定律可得線圈中產生恒定的感應電流，方向為逆時針方向，排除方向為逆時針方向，排除A、C選項；選項；2 s3 s內，內，B垂直紙垂直紙面向外均勻增大，同理可得線圈中產生的感應電流方向為順面向外均勻增大，同理可得線圈中產生的感應電流方向為順時針方向，排除時針方向，排除B選項，故選選項，故選D.

17、【答案答案】D【規(guī)律總結規(guī)律總結】解決這類問題時，一般采取排除法根據物解決這類問題時，一般采取排除法根據物理量的方向理量的方向(正、負正、負)判斷較為簡單判斷較為簡單跟蹤訓練跟蹤訓練3如圖所示，垂直紙面向里的勻強磁場的區(qū)域寬度如圖所示，垂直紙面向里的勻強磁場的區(qū)域寬度為為2a，磁感應強度的大小為，磁感應強度的大小為B.一邊長為一邊長為a、電阻為、電阻為4R的正方的正方形均勻導線框形均勻導線框ABCD從圖示位置開始沿水平向右方向以速度從圖示位置開始沿水平向右方向以速度v勻速穿過磁場區(qū)域，在圖中線框勻速穿過磁場區(qū)域，在圖中線框A、B兩端電壓兩端電壓UAB與線框與線框移動距離移動距離x的關系圖象正確

18、的是的關系圖象正確的是()解析：選解析：選D.進入磁場時，注意進入磁場時，注意UAB是路端電壓，應該是電動是路端電壓，應該是電動勢的四分之三，此時勢的四分之三，此時EBav，所以，所以UAB3Bav/4；完全進；完全進入后，沒有感應電流，但有感應電動勢，大小為入后，沒有感應電流，但有感應電動勢，大小為Bav，穿出，穿出磁場時電壓應該是電動勢的四分之一，磁場時電壓應該是電動勢的四分之一，UABBav/4，方向，方向始終相同，即始終相同，即AB，由以上分析可知，由以上分析可知D正確正確尋 規(guī) 探 法 思 維 啟 迪尋 規(guī) 探 法 思 維 啟 迪電磁感應中的能量轉化電磁感應中的能量轉化【范例范例】(

19、16分分)(2013江蘇啟東中學高二檢測江蘇啟東中學高二檢測)如圖所示，豎直固定如圖所示，豎直固定的光滑的光滑U形金屬導軌形金屬導軌MNOP每米長度的電阻為每米長度的電阻為r，MN平行于平行于OP，且相距為，且相距為l，磁感應強度為，磁感應強度為B的勻強磁場與導軌所在平的勻強磁場與導軌所在平面垂直有一質量為面垂直有一質量為m、電阻不計的水平金屬桿、電阻不計的水平金屬桿ab可在導可在導軌上自由滑動，滑動過程中與導軌接觸良好且保持垂直將軌上自由滑動，滑動過程中與導軌接觸良好且保持垂直將ab從某一位置由靜止開始釋放后，下滑從某一位置由靜止開始釋放后，下滑h高度時速度達到最高度時速度達到最大，在此過程

20、中，電路中產生的熱量為大，在此過程中，電路中產生的熱量為Q，以后設法讓桿，以后設法讓桿ab保持這個速度勻速下滑，直到離開導軌為止求：保持這個速度勻速下滑，直到離開導軌為止求：(1)金屬桿勻速下滑時的速度金屬桿勻速下滑時的速度(2)勻速下滑過程中通過金屬桿的電流勻速下滑過程中通過金屬桿的電流I與時間與時間t的關系的關系【思路點撥思路點撥】解答本題時應把握以下兩點：解答本題時應把握以下兩點：(1)金屬桿下滑過程中哪些能量發(fā)生轉化；金屬桿下滑過程中哪些能量發(fā)生轉化；(2)金屬桿勻速下滑的條件金屬桿勻速下滑的條件【名師歸納名師歸納】與動生電動勢有關的電磁感應現象中，通過與動生電動勢有關的電磁感應現象中，通過克服安培力做功，把機械能或其他形式的能轉化為電能克服安培力做功，把機械能或其他形式的能轉化為電能.克克服安培力做多少功，就產生多少電能服安培力做多少功，就產生多少電能.若電路是純電阻電路，若電路是純電阻電路，轉化過來的電能將全部轉化為內能轉化過來的電能將全部轉化為內能.