人教版選修32 4.5 電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況 課件（51張）.ppt

1 知道感生電場 感生電動勢 動生電動勢的概念 知道產(chǎn)生感生電動勢的非靜電力是感生電場的作用 產(chǎn)生動生電動勢的非靜電力與洛倫茲力有關(guān) 2 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 3 知道電磁感應(yīng)現(xiàn)象遵守能量守恒定律 讀教材 填要點 1 電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的感生電場 1 感生電場 磁場時在空間激發(fā)的一種電場 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 對自由電荷的作用 4 感生電場的方向 與所產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向相同 可根據(jù)楞次定律和右手定則判斷 變化 感生電場 感生電場 關(guān)鍵一點 變化的磁場周圍存在感生電場 與是否存在電路以及電路是否閉合無關(guān) 2 電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的洛倫茲力 1 動生電動勢 由于而產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢 2 動生電動勢中的 非靜電力 自由電荷因隨導(dǎo)體棒運動而受到 非靜電力與有關(guān) 3 動生電動勢中的功能關(guān)系 閉合回路中 導(dǎo)體棒做切割磁感線運動時 克服力做功 其他形式的能轉(zhuǎn)化為 導(dǎo)體運動 洛倫茲力 洛倫茲力 安培 電能 試身手 夯基礎(chǔ) 1 下列說法中正確的是 a 感生電場是由變化的磁場產(chǎn)生的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 其方向一定沿逆時針方向 解析 由麥克斯韋電磁場理論知a正確 b錯誤 感生電場的產(chǎn)生也是符合電磁感應(yīng)原理的 c正確 感生電場的電場線是閉合的 但不一定沿逆時針方向 故d錯誤 答案 ac 2 下列說法中正確的是 a 動生電動勢是洛倫茲力對導(dǎo)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 所以動生電動勢不是由洛倫茲力而產(chǎn)生的c 動生電動勢的方向可以由右手定則來判定d 導(dǎo)體棒切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流 受到的安培力一定與受到的外力大小相等 方向相反 解析 動生電動勢是洛倫茲力沿導(dǎo)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a b錯誤 動生電動勢是由于導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的 可由右手定則判定方向 c正確 只有在導(dǎo)體棒做勻速切割時 除安培力以外的力的合力才與安培力大小相等 方向相反 做變速運動時不成立 故d錯誤 答案 c 3 某空間出現(xiàn)了如圖4 5 1所示的一組閉合的電場線 這可能是磁場沿ab方向 且正在迅速 也可能是磁場沿ba方向 且正在迅速 圖4 5 1 解析 由楞次定律可知 若磁場沿ab方向 形成的電場方向如題圖所示 則磁場應(yīng)正在迅速減弱 若磁場沿ba方向 形成的電場方向如題圖所示 則磁場應(yīng)正在迅速增強 答案 減弱增強 解析 電磁鐵中電流減小 感生電場方向為逆時針 電子受電場力與速度方向相反 電子減速 答案 減速 1 對感生電場的理解19世紀(jì)60年代 英國物理學(xué)家麥克斯韋在他的電磁理論中指出 變化的磁場能在周圍空間激發(fā)電場 這種電場叫感生電場 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 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 1 產(chǎn)生機理 如圖4 5 3所示 當(dāng)磁場變化時 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在電場力的作用下定向移動 而產(chǎn)生感應(yīng)電流 或者說導(dǎo)體中產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢 圖4 5 3圖4 5 4 2 方向判定 根據(jù)楞次定律判斷 如圖4 5 4所示 即為磁感應(yīng)強度b增加時導(dǎo)線中的感生電動勢方向 3 對動生電動勢中電荷所受洛倫茲力的理解 1 運動導(dǎo)體中的自由電子 不僅隨導(dǎo)體以速度v運動 而且還沿導(dǎo)體以速度u做定向移動 如圖4 5 5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合與合速圖4 5 5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合的一個分量是f1 evb 這個分力做功 產(chǎn)生動生電動勢 f合的另一個分量是f2 eub 阻礙導(dǎo)體運動 做負(fù)功 可以證明兩個分力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分力f2所做的功通過另一個分力f1轉(zhuǎn)化為能量 1 如圖4 5 6所示 兩根平行金屬導(dǎo)軌固定在水平桌面上 每根導(dǎo)軌每米的電阻為r0 0 10 導(dǎo)軌的圖4 5 6端點p q用電阻可忽略的導(dǎo)線相連 兩導(dǎo)軌間的距離l 0 20m 有隨時間變化的磁場垂直于桌面向下 已知磁感應(yīng)強度b與時間t的關(guān)系為b kt 比例系數(shù)k 0 020t s 一電阻不計的金屬桿可在導(dǎo)軌上無摩擦地滑動 在滑動過程中保持與導(dǎo)軌垂直 在t 0時刻 金屬桿緊靠p q端 在外力作用下 桿以恒定的加速度a 1m s2從靜止開始向?qū)к壍牧硪欢嘶瑒?求在t 0 6s時金屬桿所受的安培力 思路點撥 解答本題時應(yīng)注意以下三點 1 由金屬桿切割磁感線產(chǎn)生動生電動勢 2 由磁場隨時間變化產(chǎn)生感生電動勢 3 回路中的電動勢應(yīng)等于兩個電動勢的合電動勢 答案 1 44 10 4n 方向向右 1 電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化 1 與感生電動勢有關(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 與動生電動勢有關(guān)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象中 通過克服安培力做功 把機械能或其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能 克服安培力做多少功 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 2 電磁感應(yīng)現(xiàn)象中能量變化的特點 3 求解電磁感應(yīng)現(xiàn)象中能量守恒問題的一般思路 1 確定感應(yīng)電動勢的大小和方向 2 畫出等效電路 求出回路中消耗的電功率表達式 3 分析導(dǎo)體機械能的變化 用能量守恒關(guān)系得到機械功率的改變與回路中的電功率的改變所滿足的方程 4 電能的三種求解思路 1 利用克服安培力做功求解 電磁感應(yīng)中產(chǎn)生的電能等于克服安培力所做的功 2 利用能量守恒求解 相應(yīng)的其他能量的減少量等于產(chǎn)生的電能 3 利用電路特征求解 通過電路中所消耗的電能來計算 2 如圖4 5 7所示 固定的水平光滑金屬導(dǎo)軌 間距為l 左端接有阻值為r的電阻 處在方向豎直向下 磁感應(yīng)強度為b的勻強磁場中 質(zhì)量為m圖4 5 7的導(dǎo)體棒與固定彈簧相連 放在導(dǎo)軌上 導(dǎo)軌與導(dǎo)體棒的電阻可忽略 初始時刻 彈簧恰處于自然長度 導(dǎo)體棒具有水平向右的初速度v0 在沿導(dǎo)軌往復(fù)運動的過程中 導(dǎo)體棒始終與導(dǎo)軌垂直并保持良好接觸 1 求初始時刻導(dǎo)體棒受到的安培力 2 若導(dǎo)體棒從初始時刻到速度第一次為零時 彈簧的彈性勢能為ep 則這一過程中安培力所做的功w1和電阻r上產(chǎn)生的焦耳熱q1分別為多少 3 導(dǎo)體棒往復(fù)運動 最終將靜止于何處 從導(dǎo)體棒開始運動直到最終靜止的過程中 電阻r上產(chǎn)生的焦耳熱q為多少 思路點撥 解答本題時應(yīng)注意以下兩點 1 導(dǎo)體棒運動切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流 2 安培力做功與電阻r上產(chǎn)生的焦耳熱的關(guān)系 1 安培力做負(fù)功的過程就是其他形式的能量轉(zhuǎn)化為電能的過程 2 導(dǎo)體棒動能 彈性勢能 回路中的電能在轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化過程中總量是守恒的 電磁感應(yīng)問題往往跟力學(xué)問題聯(lián)系在一起 這類問題需要綜合運用電磁感應(yīng)規(guī)律和力學(xué)的相關(guān)規(guī)律解決 因此 處理此類問題的一般思路是 先電后力 即 1 先做 源 的分析 分離出電路中由電磁感應(yīng)所產(chǎn)生的電源 求出電源參數(shù)e和r 2 再進行 路 的分析 畫出必要的電路圖 分析電路結(jié)構(gòu) 弄清串 并聯(lián)關(guān)系 求出相關(guān)部分的電流大小 以便安培力的求解 3 然后是 力 的分析 畫出必要的受力分析圖 分析力學(xué)所研究對象 常是金屬桿 導(dǎo)體線圈等 的受力情況 尤其注意其所受的安培力 4 接著進行 運動 狀態(tài)分析 根據(jù)力和運動的關(guān)系 判斷出正確的運動模型 5 路線是 導(dǎo)軌受力運動產(chǎn)生感應(yīng)電動勢 感應(yīng)電流 通電導(dǎo)體受安培力 合外力變化 加速度變化 速度變化 感應(yīng)電動勢變化 周而復(fù)始地循環(huán) 循環(huán)結(jié)束時 加速度等于零 導(dǎo)體達到穩(wěn)定運動狀態(tài) 要畫好受力圖 抓住a 0時速度v達到最大值的特點 最后運用物理規(guī)律列方程求解 6 兩種狀態(tài)處理方法 達到穩(wěn)定運動狀態(tài)后 導(dǎo)體勻速運動 受力平衡 應(yīng)根據(jù)平衡條件列式分析平衡態(tài) 導(dǎo)體達到穩(wěn)定運動狀態(tài)之前 往往做變加速運動 處于非平衡態(tài) 應(yīng)根據(jù)牛頓第二定律或結(jié)合功能關(guān)系分析非平衡態(tài) 3 2012 山東高考 如圖4 5 8所示 相距為l的兩條足夠長的光滑平行金屬導(dǎo)軌與水平面的夾角為 上端接有定值電阻r 勻強磁場垂直于導(dǎo)軌平面 磁感應(yīng)圖4 5 8強度為b 將質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒由靜止釋放 當(dāng)速度達到v時開始勻速運動 此時對導(dǎo)體棒施加一平行于導(dǎo)軌向下的拉力 并保持拉力的功率恒為p 導(dǎo)體棒最終以2v的速度勻速運動 導(dǎo)體棒始終與導(dǎo)軌垂直且接觸良好 不計導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒的電阻 重力加速度為g 下列選項正確的是 思路點撥 解答本題時應(yīng)注意以下兩點 1 導(dǎo)體棒所受安培力與導(dǎo)體棒速度的關(guān)系 2 r上的焦耳熱與克服安培力做功的關(guān)系 答案 ac 1 導(dǎo)體運動切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流 會使導(dǎo)體由此受到安培力 而安培力的大小往往因速度的改變而改變 2 導(dǎo)體運動的加速度為零時 對應(yīng)的速度最大 此時回路中的電流也最大 1