電磁感應(yīng)的兩類情況

電磁感應(yīng)的兩類情況第1頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月※了解電磁感應(yīng)兩種情況下電動勢的產(chǎn)生機(jī)理※※能夠運(yùn)用電磁感應(yīng)規(guī)律熟練解決相關(guān)問題第2頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，引起磁通量變化的原因不同，一般分為兩種：一種是磁場不變，導(dǎo)體運(yùn)動引起磁通量變化而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，如下圖甲所示，另一種是導(dǎo)體不動，由于磁場變化引起磁通量變化而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，如下圖乙所示，請?zhí)骄恳幌滤鼈儺a(chǎn)生感應(yīng)電動勢的機(jī)理．第3頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第4頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月1．電路中電動勢的作用實(shí)際上是________對自由電荷的作用，電池中電解液與兩極板的________使兩極板分別帶了正負(fù)電荷，這種______就是我們所說的“________”．2．________國物理學(xué)家麥克斯韋認(rèn)為，磁場變化時會在空間激發(fā)一種________如果此空間存在________，則產(chǎn)生感應(yīng)電流，或者說導(dǎo)體中產(chǎn)生了________．在這種情況下，所謂的“非靜電力”就是這種________對自由電荷的作用．第5頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月3．導(dǎo)體棒在勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動也會產(chǎn)生________，這種情況下，______沒有變化，空間沒有________，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的非靜電力與________有關(guān)．這種感應(yīng)電動勢是由于導(dǎo)體運(yùn)動而產(chǎn)生的，它也叫做“________”．答案：1.某種非靜電力；化學(xué)作用；化學(xué)作用；非靜電力2．英；電場；閉合導(dǎo)體；感應(yīng)電動勢；感生電場3．感應(yīng)電動勢；磁場；感生電場；洛倫茲力；動生電動勢第6頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)定義：由于磁場變化而產(chǎn)生的電場叫感生電場．由于磁場變化而產(chǎn)生的電動勢叫感應(yīng)電動勢．它也叫做“感生電動勢”．(2)特點(diǎn)：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)．如果在變化的磁場中放一個閉合電路，電路中的自由電荷在感生電場作用下，做定向移動，形成電流．在這種情況下所謂的非靜電力就是感生電場的作用．第7頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月②感應(yīng)電場是電場的一種形式，是客觀存在的一種特殊物質(zhì)．③感生電場可用電場線形象描述，但感生電場的電場線是閉合曲線，所以感生電場又稱為渦旋電場．這一點(diǎn)與靜電場不同，靜電場的電場線不閉合．④感生電場可以對帶電粒子做功，可使帶電粒子加速和偏轉(zhuǎn)．(3)感生電場方向的判定據(jù)楞次定律和右手螺旋定則判定．判定時可先假設(shè)有導(dǎo)體存在，推出的感應(yīng)電流的方向，就是感生電場的方向．第8頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月下列哪些說法是正確的 (

)A．磁場變化時會在空間激發(fā)電場B．處于變化磁場中的導(dǎo)體中的自由電荷定向移動，是由于受到感生電場的作用C．感生電場就是感應(yīng)電動勢D．以上說法都不對答案：AB第9頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月解析：麥克斯韋認(rèn)為，磁場的變化在空間激發(fā)一種電場．閉合電路此刻處于這種電場中，導(dǎo)體中的自由電荷將發(fā)生定向運(yùn)動，產(chǎn)生感應(yīng)電流，或者說導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢．其非靜電力就是這種感生電場，所以A，B選項(xiàng)是正確的，C選項(xiàng)是錯誤的．故選AB.第10頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)一段導(dǎo)體在做切割磁感線的運(yùn)動時相當(dāng)于一個電源，這時的非靜電力與洛倫茲力有關(guān)．(2)產(chǎn)生感應(yīng)電動勢原因分析①導(dǎo)體在磁場中做切割磁感線運(yùn)動時，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢(它也叫做“動生電動勢”)，它是由于導(dǎo)體中自由電子受洛倫茲力作用而引起的．②感應(yīng)電動勢的產(chǎn)生實(shí)質(zhì)是洛倫茲力(非靜電力)對自由電荷做了功；第11頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月③導(dǎo)體棒在磁場中運(yùn)動過程中要受到安培力作用，要維持導(dǎo)體棒運(yùn)動，外力必須克服安培力做功，因此產(chǎn)生電流的過程是其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的過程．第12頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月洛倫茲力總是與電荷的運(yùn)動方向垂直，因此，洛倫茲力對電荷不做功，但是感生電動勢又等于洛倫茲力搬運(yùn)單位正電荷所做的功，這就是說兩者有矛盾，你怎樣理解這一問題？第13頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月答案：其實(shí)并不矛盾，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，正是這個定向移動才產(chǎn)生感應(yīng)電流，如下圖所示．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Fv合＝ev合B，F(xiàn)v合與合速度v合垂直，它對電子不做功，F(xiàn)v合的一個分量是F1＝evB，這個分力做功，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢．Fv合的另一個分量是F2＝euB，阻礙導(dǎo)體運(yùn)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)化為感應(yīng)電流的能量.第14頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第15頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第16頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月特別提醒：有些情況下，動生電動勢和感生電動勢具有相對性.例如，將條形磁鐵插入線圈中，如果在相對磁鐵靜止的參考系內(nèi)觀察，線圈運(yùn)動，產(chǎn)生的是動生電動勢；如果在相對線圈靜止的參考系中觀察，線圈中磁場變化，產(chǎn)生感生電動勢.第17頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月在一水平光滑絕緣塑料板上有一環(huán)形凹槽，有一帶電小球質(zhì)量為m，電荷量為q，在槽內(nèi)沿順時針作勻速圓周運(yùn)動，現(xiàn)加一豎直向上的均勻變化的勻強(qiáng)磁場，且B逐漸增加，則 (

)第18頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月A．小球速度變大B．小球速度變小C．小球速度不變 D．以上三種情況都有可能解析：在此空間中，沒有閉合導(dǎo)體，但磁場的變化，使空間產(chǎn)生感生電場．據(jù)楞次定律得出圖示感生電場，又因小球帶正電荷，電場力與小球速度同向，電場力對小球做正功，小球速度變大．A選項(xiàng)正確．第19頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月答案：A點(diǎn)評：此題因部分同學(xué)受洛倫茲力不做功的影響，而誤選C.第20頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第21頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月答案：(1)A板為正極板(2)1.0×10－7C解析：(1)據(jù)楞次定律可得：產(chǎn)生的感生電場為逆時針方向，導(dǎo)體中的自由電子在電場力作用下順時針運(yùn)動到B板，所以B板帶負(fù)電，A板帶正電．(2)電容器上的電荷量q＝C·U(其中U為電容器上的電壓)據(jù)題意知U＝E(其中E為感生電動勢)第22頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月在豎直向上的勻強(qiáng)磁場中，水平放置一個不變形的單匝金屬圓線圈，規(guī)定線圈中感應(yīng)電流的正方向如圖甲所示，當(dāng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時間t發(fā)生如圖乙所示變化時，下圖中正確表示線圈中感應(yīng)電動勢E變化的是(

)第23頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第24頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第25頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月答案：A第26頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月如圖甲所示，在PQ、QR區(qū)域中存在著磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等、方向相反的勻強(qiáng)磁場，磁場方向均垂直于紙面．一導(dǎo)線框abcdefa位于紙面內(nèi)，框的鄰邊都相互垂直，bc邊與磁場的邊界P重合．導(dǎo)線框與磁場區(qū)域的尺寸如圖所示，從t＝0時刻開始，線框勻速橫穿兩個磁場區(qū)域，以a―→b―→c―→d―→e―→f為線框中的電動勢E的正方向，以下四個E－t關(guān)系示意圖中正確的是(

)第27頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第28頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第29頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月答案：C解析：由右手定則和E＝BLv判定水平位移從0―→l時E＝－Blv，水平位移從l―→2l時，E＝0，從2l－3l時E＝3Blv，從3l―→4l時E＝－2Blv，可知圖C正確．本題考查右手定則、楞次定律及E＝Blv的應(yīng)用．重點(diǎn)在于對不同階段感應(yīng)電動勢大小和方向的判斷，要求學(xué)生能正確建立圖象，試題難度較大.第30頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月如圖(b)所示，光滑的平行水平金屬導(dǎo)軌MN、PQ相距L，在M點(diǎn)和P點(diǎn)間連接一個阻值為R的電阻，在兩導(dǎo)軌間cdfe矩形區(qū)域內(nèi)有垂直導(dǎo)軌平面豎直向上、寬為d的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.一質(zhì)量為m、電阻為r、長度也剛好為L的導(dǎo)體棒ab垂直擱在導(dǎo)軌上，與磁場左邊界相距d0.現(xiàn)用一個水平向右的力F拉棒ab，使它由靜止開始運(yùn)動，棒ab離開磁場前做勻速直線運(yùn)動，棒ab與導(dǎo)軌始終保持良好接觸，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，F(xiàn)隨棒ab與初始位置的距離x變化的情況如圖(a)，F(xiàn)0已知．求：第31頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)棒ab離開磁場右邊界時的速度．(2)棒ab通過磁場區(qū)域的過程中整個回路所消耗的電能．(3)d0滿足什么條件時，棒ab進(jìn)入磁場后一直做勻速運(yùn)動．第32頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月解析：(1)設(shè)離開右邊界時棒ab速度為v，則有第33頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第34頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第35頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月(2010·泉州高二檢測)如圖所示的勻強(qiáng)磁場中，有兩根相距20cm固定的平行金屬光滑導(dǎo)軌MN和PQ.磁場方向垂直于MN、PQ所在的平面．導(dǎo)軌上放置著ab、cd兩根平行的可動金屬細(xì)棒．在兩棒中點(diǎn)OO′之間拴一根40cm長的細(xì)繩，繩長保持不變．設(shè)磁感應(yīng)強(qiáng)度B以1.0T/s的變化率均勻減小，abdc回路的電阻為0.50Ω.求：當(dāng)B減小到10T時，兩可動邊所受磁場力和abdc回路消耗的功率．第36頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第37頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月答案：均為0.32N

0.0128W第38頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月?lián)?bào)道，1992年7月，美國“阿特蘭蒂斯”號航天飛機(jī)進(jìn)行了一項(xiàng)衛(wèi)星懸繩發(fā)電實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)取得了部分成功．航天飛機(jī)在地球赤道上空離地面約3000km處由東向西飛行，相對地面速度大約6.5×103m/s，從航天飛機(jī)上向地心發(fā)射一顆衛(wèi)星，攜帶一根長20km，電阻為800Ω的金屬懸繩，使這根懸繩與地磁場垂直，做切割磁感線運(yùn)動．假定這一范圍內(nèi)的地磁場是均勻的．磁感應(yīng)強(qiáng)度為4×10－5T，且認(rèn)為懸繩上各點(diǎn)的切割速度和航天飛機(jī)的速度相同．根據(jù)理論設(shè)計(jì)，通過與電離層(由等離子體組成)的作用，懸繩可以產(chǎn)生約3A的感應(yīng)電流，試求：第39頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)金屬懸繩中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢；(2)懸繩兩端的電壓；(3)航天飛機(jī)繞地球運(yùn)行一圈懸繩輸出的電能(已知地球半徑為6.4×103km)．解析：將飛機(jī)下金屬懸繩切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢看作電源模型，當(dāng)它通過電離層放電可看作直流電路模型．如下圖所示．第40頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)金屬繩產(chǎn)生的電動勢E＝Blv＝4×10－5×20×103×6.5×103V＝5.2×103V；(2)懸繩兩端電壓，即路端電壓可由閉合電路歐姆定律得U＝E－Ir＝5.2×103V－3×800V＝2.8×103V；第41頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月答案：(1)5.2×103V

(2)2.8×103V

(3)7.6×107J第42頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月在玻璃杯底部裝一電極，通過導(dǎo)線與電源一極相連．直立的磁鐵棒下端固定在玻璃杯底部的中心，往杯內(nèi)加入水銀．在玻璃杯的正上方吊一可動導(dǎo)線，導(dǎo)線的上端與電源的另一極相接，下端浸入玻璃杯中的水銀中．由于水銀密度大，導(dǎo)線會傾斜地與水銀相連．這樣，可動導(dǎo)線、玻璃杯中的水銀、玻璃杯