电磁感应总复习课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电磁感应总复习,1,电磁感应现象,一,.,知识结构,导体切割,磁通变化,产生感应电流的条件,闭合回路的一部分导体切割磁感线,穿过闭合回路磁通量发生变化,感应电动势的大小,E=BLV,E=n/t,感应电动势的方向,右手定则,楞次定律：,（理解拓展）,自感现象,自感电动势方向,自感电动势大小,E=LI/t,自感现象的应用,电磁感应典型问题,电路问题,动力学问题,能量问题,图象问题,两个典型模型：矩形线框有界磁场 导轨滑杆模型,2,1,、三个基本问题,本章复习目标,楞次定律解决了感应电流的方向判断问题,法拉第电磁感应定律用于计算感应电动势的大小,磁通量变化,感应电动势,磁通量变化快慢,感应电动势大小,磁通量增减,感应电动势方向,3,结论：,只要,0,就有电磁感应现象发生,二、电磁感应现象,4,引起磁通量变化的常见情况,（,1,）闭合电路的部分导体做切割磁感,线运动,（,2,）线圈在磁场中转动,（,3,）磁感应强度,B,变化,（,4,）线圈的面积变化,5,三、感应电流的方向,1,、特殊方法：,右手定则,用于导线切割磁感线的情形。,例：在下列图中，磁感强度,B,、感应电流强度,I,、导线的运动速度,V,等三个物理量中只给出两个，试判断出第三个物理量方向。,(,已知,:,三个物理量互相垂直）,V,I,B,V,I,V,I,B,6,如图为地磁场磁感线的示意图，在北半球地磁场的竖直分量向下。飞机在我国上空匀速航行，机翼保持水平，飞行高度不变，由于地磁场的作用，金属机翼上有电势差。设飞行员左方机翼末端处的电势为,U,1,，右方机翼末端的电势为,U,2,，（）,A,若飞机从西往东飞，,U,1,比,U,2,高,B,若飞机从东往西飞，,U,2,比,U,1,高,C,若飞机从南往北飞，,U,1,比,U,2,高,D,若飞机从北往南飞，,U,2,比,U,1,高,7,2,、普适方法：楞次定律,内容：,感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化,“,四步法,”,判断感应电流方向：,1,、明确原磁场,B,方向,2,、明确磁通量的变化（是增还是减）,3,、判断感应电流的磁场,B,的方向,4,、安培定则判断感应电流的方向,原磁通量的变化,感应电流,感应电流,的磁场,引起,阻碍,楞次定律中“阻碍”的含意：阻碍不是阻止；可理解为,“增反、减同,”,8,推广式,电磁感应现象中的,“,因,”,与,“,果,”,根本原因：,直接结果,：,直接原因,：,派生结果,：,推论,：,结果一定阻碍原因,磁通量变化,产生感应电动势,磁通量变化,相对运动,切割运动,电流变化,(,自感,),感应电流受力,受力而发生运动,I,变大,9,楞次定律的理解,（,1,）“阻碍”不是阻止,而是延缓这种变化,（,2,）“阻碍”的不是磁感强度,B,，也不是磁通量，而是阻碍穿过闭合回路的磁通量,变化,（,3,）由于“阻碍”作用才导致了电磁感应中的能量转化,（,4,）推广：,A,、就,磁通量,来说,增反减同,B,、就,相对运动,来说,阻碍相对运动：来据去留,C,、就,回路面积,来说,有增加或缩小的趋势,D,、就,电流,本身来说,自感：增反减同,考点,1,、判断感应电流方向,感应电流总是阻碍产生感应电流的原因,选择题出现,感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的,(,原磁场,),磁通量的变化,.,10,判断感应电流方向的步骤,(1),明确原磁场的方向；,(2),明确穿过闭合回路的磁通量是增加还是减少；,(3),根据楞次定律，判定感应电流的磁场方向；,(4),利用安培定则判定感应电流的方向,归纳总结,增反减同,右手螺旋定则,11,法拉第电磁感应定律,用磁通变化计算感应电动势常见有,2,种情况,导体“切割”计算感应电动势时,考点,2,、电磁感应电路问题,只有,B,变,只有,S,变,导体切割磁感线,E=BLV,（,B,、,L,、,V,三者两两垂直）,导体杆以其一端为圆心在匀强磁场中转动,其中,L,是有效长度，,V,是,L,与,B,垂直的相对速度,12,线圈的转动轴与磁感线垂直,如图矩形线圈的长、宽分别为,L,1,、,L,2,所围面积为,S,向右的匀强磁场的磁感应强度为,B,线圈绕图示的轴以角速度,匀速转动,感应电动势的最大值为,E=nBS,13,感应电场与感生电动势,1,、感应电场：变化的磁场在其周围空间激发的电场称为感应电场,特征：由于磁场的强弱变化，闭合电路中产生了感应电流，电路中的自由电荷是在感应电场作用下定向移动的，即由于感应电场的变化，在电路中形成了感应磁场，感应电场为涡旋电场。,注：静止的电荷激发的电场叫静电场，静电场电场线是由正电荷出发，终于负电荷，电场线是不闭合的，而感应电场是一种涡旋电场，电场线是闭合的。,当磁场增强时，产生的感应电场是与磁场方向垂直的曲线，如果此空间存在闭合导线，导体中的自由电荷就会在电场力作用下定向移动，而产生感应电流,14,2,、感应电动势：由感生电场使导体产生的电动势叫感生电动势,（导线不动，磁场随时间变化时在导线产生的感应电动势）,1,）作用：在电路的作用就是电源，其电路就是内电路，当它与外电路连接后就会对外电路供电,2,）产生原因：,涡旋电场产生的电场力作为一种非静电力在导体中产生感生电动势,15,二、洛仑兹力与动生电动势,1,、动生电动势：磁场不变，由导体运动引起磁通量的变化而产生的感应电动势,2,、产生机理：,自由电荷会随着导线棒运动，并因此受到洛伦兹力，使导体中自由电荷沿导体棒移动，洛伦兹力为非静电力（为正电荷）,16,动生电动势的表达式：,作用在单位正电荷的洛伦兹力为,F=F,洛,/e=vB,则动生电动势为：,E=FL=BLv,结论：与法拉第电磁感应定律得到的结果一致,17,解题思路,1,、确定电源：,产生电磁感应现象的那一部分导体,其电阻为内电阻,2,、合理选择公式求感应电动势的大小：动生,or,感生,?,3,、利用右手定则或楞次定律判断电流（电动势）方向,4,、分析电路结构，画等效电路图，求总电阻,5,、利用电路规律求解，主要有欧姆定律，串并联规律等,注意,（,1,）电源内部电流从低电势流向高电势，电路中从高电势到低电势,（,2,）区别内外电路,（,3,）注意全电路的电阻,电磁感应中的电路问题,18,例 如图,3-8-5,所示，,MN,是一根固定的通电长直导线，电流方向向上今将一金属线框,abcd,放在导线上，让线框的位置偏向导线的左边，两者彼此绝缘，当导线中的电流,I,突然增大时，线框整体受力情况为：,A,受力向右,B,受力向左,C,受力向上,D,受力为零,考点,1,、楞次定律的理解,A,19,练习、如图所示，,A,线圈接一灵敏电流计，,B,线框放在匀强磁场中，,B,线框的电阻不计，具有一定电阻的导体棒可沿线框无摩擦滑动今用一恒力,F,向右拉,CD,由静止开始运动，,B,线框足够长，则通过电流计中的电流方向和大小变化是,A,G,中电流向上，强度逐渐增强,B,G,中电流向下，强度逐渐增强,C,G,中电流向上，强度逐渐减弱，最后为零,D,G,中电流向下，强度逐渐减弱，最后为零,考点,1,、楞次定律的理解,D,20,考点,1,、楞次定律的理解 二次电磁感应问题 互感,BC,21,例,2,如图所示，导线全都是裸导线，半径为,r,的圆内有垂直圆平面的匀强磁场，磁感强度为,B,一根长度大于,2r,的导线,MN,以速率,v,在圆环上无摩擦地自左端匀速滑动到右端，电路中的定值电阻为,R,，其余电阻不计,求,：,MN,从圆环的左端滑到右端的全过程中电阻,R,上的,电流强度,的平均值及通过,R,的,电量,此题属磁通变化类型还是切割类型？,能用,E=Blv,计算出感应电动势吗？,本题中何时感应电流最大？感应电流最大值为多少？,感应电流的平均值,I,为什么不等于最大电流,I,max,与最小电流,I,min,=0,的算术平均值？,考点,2,电磁感应中的电路问题,为使,MN,能保持匀速运动，需外加的拉力是恒力还是变力？,22,电磁感应的动力学问题,（,1,）给杆初速度,（,2,）给杆一个恒定拉力,23,能的观点：,“,外力”克服安培力做多少功，就有多少其他形式的能转化为电能,.,当感应电流通过用电器时，电能又转化为其他形式的能,.,同理，安培力做功的过程，是电能转化为其他形式的能的过程，安培力做多少功就有多少电能转化为其他形式的能,.,电磁感应的动力学问题,24,电能,求解思路主要有三种：,1,利用克服安培力求解：电磁感应中产生的电能等于克服安培力所做的功,.,2,得用能量守恒求解：开始的机械能总和与最后的机械能总和之差等于产生的电能（只有重力弹簧弹力和安培力做功）,.,3,利用电路特征来求解：通过电路中所产生的电能来计算,.,电磁感应的动力学问题,25,例,3,如图所示，竖直向上的匀强磁场的磁感应强度,B,0.5T+0.1t,水平放置的导轨不计电阻，不计摩擦阻力，宽度,l=0.5m,，在导轨上浮放着一金属棒,MN,，电阻,R,0,=0.1,，并用水平细线通过定滑轮悬吊着质量,M=2kg,的重物导轨上的定值电阻,R=0.4,，与,P,、,Q,端点相连组成回路又知,PN,长,d=0.8m,，求：从磁感强度为,B,开始计时，经过多少时间金属棒,MN,恰能将重物拉起？,考点,2,电磁感应中的动力学问题,导轨滑杆模型,26,例,4,如图所示，,AB,、,CD,是两根足够长的固定平行金属导轨，两导轨间的距离为,l,，导轨平面与水平面的夹角为,，在整个导轨平面内都有垂直于导轨平面斜向上方的匀强磁场，磁感强度为,B,，在导轨的,A,、,D,端连接一个阻值为,R,的电阻一根垂直于导轨放置的金属棒,ab,，其质量为,m,，从静止开始沿导轨下滑求：,ab,棒下滑的最大速度（要求画出,ab,棒的受力图，已知,ab,与导轨间的动摩擦因数为,，导轨和金属棒的电阻都不计）,考点 电磁感应中的动态分析问题,导轨滑杆模型,27,例,5,、如图所示，固定在水平面上的间距为,L,的平行光滑导轨之间，接有阻值为,R,的电阻（导轨电阻不计）。匀强磁场的磁感应强度为,B,，方向垂直导轨平面向下。一根电阻为,2R,，质量为,m,，长为,2L,的金属杆,ab,垂直导轨放置，且杆中心在两导轨正中间。今施加一水平向右的恒力,F,，使得导体杆,ab,以水平向右的初速度,v,0,匀速前行，求：,（,1,）恒力,F,的大小；,（,2,）,ab,杆两端的电势差；,（,3,）克服安培力做功的功率；,（,4,）整个回路的电功率；,（,5,）电阻,R,消耗的电功率。,导轨滑杆模型,28,例,6,两根金属导轨平行放置在倾角为,=30,0,的斜面上，导轨左端接有电阻,R,=10,，导轨自身电阻不计。匀强磁场垂直于斜面向上，磁感强度,B,=0.5T,。质量为,m,=0.1kg,，电阻,R,，,=10,的金属棒,ab,静止释放，沿导轨下滑。如图所示，设导轨足够长，导轨宽度,L,=2m,，金属棒,ab,下滑过程中始终与导轨接触良好，当金属棒下滑,h,=3m,时，速度恰好达到最大速度,2m/s,，求此过程中电阻,R,中产生的热量？,导轨滑杆模型,29,解决这类问题的关键在于通过受力分析确定运动状态来寻找过程中的临界状态，如速度、加速度取最大值或最小值的条件等,.,在对物体进行受力分析时，由于电磁感应现象，多了一个安培力的作用，这一点是不能忽视的,。,基本思路：,确定电源,（画等效电路）,(,E,r,),受力分析,运动状态的分析,临界状态,感应电流,运动导体所受的安培力,30,a,b,c,d,a,b,c,d,a,b,c,d,a,b,c,d,a,b,c,d,矩形线框有界磁场模型,进入过程：,1,到,2,位置，进入速度决定运动情景,匀速进入：重力安培力,加速进入：重力,安培力，加速度减小的加速运动,减速进入：重力,安培力，加速度减小的减速运动,完全在磁场中：只受重力，竖直下抛运动,出磁场：,4,到,5,位置，运动情景？,磁场区域比较窄又怎样？,匀速进入磁场，又怎样出磁场？,31,3.,质量为,m,、边长为,L,的正方形导体框，从有界的匀强磁场上方由静止自由下落线框每边电阻为,R,匀强磁场的宽度为,H,(LL,2,，线框的质量为,m,，电阻为,R,。使线框,abcd,从高处自由落下，,ab,边下落的过程中始终保持水平，已知线框进入磁场的过程中的运动情况是,cd,边进入磁场以后，线框先做加速运动，然后做匀速运动，直到,ab,边到达边界,PP,为止。从线框开始下落到,cd,边刚好到达水平地面的过程中，线框中产生的焦耳热为,Q,。,(1),线框,abcd,在进入磁场,的过程中，通过导线的某一横截面的,电荷量是多少,?,34,(1),线框,abcd,在进入磁场的过程中，通过导线的某一横截面的电荷量是多少,?,(2),线框是从,c,边距边界,PP,多高处,开始下落的,?,(3),线框的,cd,边到达地面时线框的,速度大小是多少,?,35,1,、定性或定量地表示出所研究问题的函数关系,2,、在图象中,E,、,I,、,B,等物理量的方向是通过,正负值,来反映,3,、画图象时要注意横、纵坐标的单位长度定义或表达,4,、要注意区别,正弦波、方波、锯齿波、一次函数差异,选择题技巧：先看,正负,，再看,形状、走势,，最后看,特殊位置,利用图像解题技巧：看坐标轴，看斜率，看特殊点，最后看走势,电磁感应的图像问题,方向,变化：,VEI,某边,进入,、,出,36,例,5,如图甲所示，一个由导体做成的矩形线圈，以恒定速率,v,运动，从无磁场区进入匀强磁场区，然后出来若取反时针方向为电流正方向，那么图乙中的哪一个图线能正确地表示电路中电流与时间的函数关系？,考点,:,电磁感应中的图像问题,37,L,恒定，电动势如何变化看速度,V,的变化,V,恒定，电动势如何变化看有效长度,L,的变化,多边进入磁场，涉及到多个电源的连接问题要注意方向,电磁感应图像题技巧：先看,正负,，再看,形状、走势,，最后看,特殊位置,38,p102,39,15,竖直平行导轨,MN,上端接有电阻,R,，金属杆,ab,质量为,m,，跨在平行导轨间的长度为,L,，垂直导轨平面的水平匀强磁场方向向里，不计,ab,杆及导轨电阻，不计摩擦，且,ab,与导轨接触良好，如图,.,若,ab,杆在竖直方向外力,F,作用下,匀速上升,h,，则（）,R,a,b,M,N,A.,拉力所做的功等于电阻,R,上产生的焦耳热,B.,金属杆,ab,克服安培力所做的功等于电阻,R,上产生的焦耳热,C.,拉力,F,和重力做功的代数和等于,R,上产生的焦耳热,D.,拉力,F,与安培力的合力所做的功大于,mgh,F,mg,F,安,40,跟踪练习,返回目录,由静止释放，在,EF,棒滑至底端前会有加速和匀速两个运动阶段,.,今用大小为,F,，方向沿斜面向上的恒力把,EF,棒从,BD,位置由静止推至距,BD,9.,如图所示，,AB,和,CD,是足够长的平行光滑导轨，其间距为,l,，导轨平面与水平面的夹角为,.,整个装置处在磁感应强度为,B,，方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场中,.,AC,端连有电阻值为,R,的电阻,.,若将一质量,M,，垂直于导轨的金属棒,EF,在距,BD,端,s,处,41,跟踪练习,返回目录,端,s,处，突然撤去恒力,F,，棒,EF,最后又回到,BD,端,.,求：,（,1,）,EF,棒下滑过程中的最大速度；,（,2,）,EF,棒自,BD,端出发又回到,BD,端的整个过程中，有多少电能转化成了内能（金属棒、导轨的电阻均不计）？,解析,（,1,）如图当,EF,从距,BD,端,s,处由静止开始滑至,BD,的过程中，受力情况如图所示,.,安培力：,根据牛顿第二定律：,42,