物理选修2人教新课标电磁感应现象的两类情况课件.ppt

,第四章电磁感应,第五节电磁感应现象的两类情况,(1)感生电场是一种涡旋电场，电场线是闭合的,3会判断感生电动势和动生电动势的方向，能灵活运用感生电动势和动生电动势的公式进行分析和计算(重点),磁场变化时，垂直磁场的闭合环形回路(可假定存在)中感应电流的方向就表示感生电场的方向所以要判定感生电场的方向可依据实际存在或假定存在的回路结合楞次定律和安培定则来进行判断，思路如下：,水平放置的金属框架cdef，处于如图所示的匀强磁场中，金属棒ab处于粗糙的框架上且接触良好从某时刻开始，磁感应强度均匀增大，金属棒ab始终保持静止，则,(1)感生电场是一种涡旋电场，电场线是闭合的,二、电磁感应现象中的洛伦兹力,水平放置的金属框架cdef，处于如图所示的匀强磁场中，金属棒ab处于粗糙的框架上且接触良好从某时刻开始，磁感应强度均匀增大，金属棒ab始终保持静止，则,磁场变化时，垂直磁场的闭合环形回路(可假定存在)中感应电流的方向就表示感生电场的方向所以要判定感生电场的方向可依据实际存在或假定存在的回路结合楞次定律和安培定则来进行判断，思路如下：,如图所示，两根平行金属导轨固定在水平桌面上，每根导轨每米的电阻为r00.,如图所示，固定在水平桌面上的金属框架cdef，处在竖直向下的匀强磁场中，金属棒ab搁在框架上，可无摩擦滑动，此时adcb构成一个边长为l的正方形，棒的电阻为r，其余部分电阻不计，开始时磁感应强度为B0.,磁场变化时，垂直磁场的闭合环形回路(可假定存在)中感应电流的方向就表示感生电场的方向所以要判定感生电场的方向可依据实际存在或假定存在的回路结合楞次定律和安培定则来进行判断，思路如下：,处于变化磁场中的线圈部分,2自由电荷一方面随导体棒以v向右运动，另一方面因受到洛伦兹力而沿导体向上运动，其合运动方向大致沿右上方，根据左手定则，自由电荷所受洛伦兹力的方向垂直于其合运动方向指向左上方洛伦兹力沿棒方向的分力驱动自由电荷沿棒方向定向移动,【题后总结】(1)本类问题中的恒量与变量必须分清楚，导体不动，磁场发生变化，产生感生电动势，由于变化率是定值，则E、I均为恒量但ab杆受到的安培力随磁场的增强而增大，根据力的变化指出重物刚好离开地面的临界条件,处于变化磁场中的线圈部分,1,认识感生电场，并能说出感生电动势和动生电动势的概念,2,会分析感生电动势和动生电动势对应的非静电力，理解感生电动势和动生电动势产生的原因,(,重点难点,),3,会判断感生电动势和动生电动势的方向，能灵活运用感生电动势和动生电动势的公式进行分析和计算,(,重点,),一、感生电动势,1,产生：,磁场变化时会在空间激发,，闭合导体中的自由电荷在电场力的作用下定向运动，产生感应电流，即导体中产生了感应电动势,2,定义：,由感生电场产生的感应电动势称为,3,感生电场方向判断：,定律,一种电场,感生电动势,楞次,存在闭合环形回路时，变化的磁场周围产生感生电场，回路中产生感应电流，那么不存在闭合环形回路时，是否仍然存在感生电场？,提示：,变化的磁场周围一定存在感生电场，与是否存在闭合回路无关,二、动生电动势,1,动生电动势：,由于,而产生的感应电动势,2,动生电动势中的,“,非静电力,”,：,自由电荷因随导体棒运动而受到,，非静电力与,有关,3,动生电动势中的功能关系：,闭合回路中，导体棒做切割磁感线运动时，克服,力做功，其他形式的能转化为,.,导体运动,洛伦兹力,洛伦兹力,安培,电能,一、感生电场的理解及应用,1,感生电场,19,世纪,60,年代，英国物理学家麦克斯韦在他的电磁理论中指出：变化的磁场能在周围空间激发电场，这种电场叫感生电场,(1),感生电场是一种涡旋电场，电场线是闭合的,(2),感生电场的产生跟空间中是否存在闭合电路无关,(3),感生电场的方向根据闭合电路,(,或假想的闭合电路,),中感应电流的方向确定,(3),感生电场的方向,磁场变化时，垂直磁场的闭合环形回路,(,可假定存在,),中感应电流的方向就表示感生电场的方向所以要判定感生电场的方向可依据实际存在或假定存在的回路结合楞次定律和安培定则来进行判断，思路如下：,二、电磁感应现象中的洛伦兹力,导体切割磁感线时感应电动势的成因,1,导体棒向右做切割磁感线运动时，自由电荷,(,假设为正电荷,),随棒运动，并因此受到洛伦兹力,2,自由电荷一方面随导体棒以,v,向右运动，另一方面因受到洛伦兹力而沿导体向上运动，其合运动方向大致沿右上方，根据左手定则，自由电荷所受洛伦兹力的方向垂直于其合运动方向指向左上方洛伦兹力沿棒方向的分力驱动自由电荷沿棒方向定向移动,3,自由电荷沿导体棒向上运动时，导体棒上端出现过剩的正电荷，下端出现过剩的负电荷，并在棒中出现由上端指向下端的静电场，使电荷受到向下的静电力，随着电荷的积累，场强增加，当作用于自由电荷上的静电力与洛伦兹力沿导体棒方向的分力互相平衡时，自由电荷停止定向移动，导体棒两端产生一个稳定的电势差，即为导体两端产生的感应电动势这种由于导体运动而产生的感生电动势叫动生电动势,三、感生电动势与动生电动势的比较,感生电动势,动生电动势,产生原因,磁场的变化,导体做切割磁感线运动,移动电荷的非静电力,感生电场对自由电荷的电场力,导体中自由电荷所受洛伦兹力沿导体方向的分力,回路中相当于电源的部分,处于变化磁场中的线圈部分,做切割磁感线运动的导体,【,温馨提示,】,有些情况下，动生电动势和感生电动势具有相对性例如，将条形磁铁插入线圈中，如果在相对磁铁静止的参考系内观察，线圈运动，产生的是动生电动势；如果在相对线圈静止的参考系中观察，线圈中磁场变化，产生感生电动势,.,感生电动势的计算,思路点拨：,因为磁场在变化，在闭合回路中产生的是感生电动势，根据楞次定律和左手定则知,ab,受到的安培力方向向左，当,F,安,Mg,时，重物将被拉起,【,题后总结,】,(1),本类问题中的恒量与变量必须分清楚，导体不动，磁场发生变化，产生感生电动势，由于变化率是定值，则,E,、,I,均为恒量但,ab,杆受到的安培力随磁场的增强而增大，根据力的变化指出重物刚好离开地面的临界条件,(2),由磁场变化产生的感生电动势问题，只要用法拉第电磁感应定律求出感生电动势，就可以将电磁感应问题等效为电路问题，运用电路有关知识求解,【,针对训练,】,1.,如图甲所示，,n,50,匝的圆形线圈,M,，它的两端点,a,、,b,与内阻很大的电压表相连，线圈中磁通量的变化规律如图乙所示，则,a,、,b,两点的电势高低与电压表的读数为,(,),A,a,b,20 V,B,a,b,10 V,C,a,b,20 V D,a,b,10 V,如图所示，三角形金属框架,MON,平面与匀强磁场,B,垂直，导体,ab,能紧贴金属框架运动，且始终与导轨,ON,垂直当导体,ab,从,O,点开始匀速向右平动时，速度为,v,0,，试求,bOc,回路中某时刻的感应电动势随时间变化的函数关系式,动生电动势的计算,思路点拨：,导体,ab,在切割磁感线的运动过程中，在回路中的有效切割长度,bc,随时间做线性变化，由于题中要求的是感应电动势瞬时表达式，故可用公式,E,Bl,v,求解,【,针对训练,】,2.,如图所示，阻值为,R,的金属棒从图示位置,ab,分别以,v,1,、,v,2,的速度沿光滑导轨,(,电阻不计,),匀速滑到,a,b,位置，若,v,1,v,2,1,2,，则在这两次过程中,(,),A,回路电流,I,1,I,2,1,2,B,产生的热量,Q,1,Q,2,1,2,C,通过任一截面的电荷量,q,1,q,2,1,2,D,外力的功率,P,1,P,2,1,2,答案：,AB,感生电动势与动生电动势的综合问题,如图所示，两根平行金属导轨固定在水平桌面上，每根导轨每米的电阻为,r,0,0.10,，导轨的端点,P,、,Q,用电阻可忽略的导线相连，两导轨间的距离,l,0.20 m,有随时间变化的磁场垂直于桌面向下，已知磁感应强度,B,与时间,t,的关系为,B,kt,，比例系数,k,0.020 T/s.,一电阻不计的金属杆可在导轨上无摩擦地滑动，在滑动过程中保持与导轨垂直，在,t,0,时刻，金属杆紧靠,P,、,Q,端，在外力作用下，杆以恒定的加速度,a,1 m/s,2,，从静止开始向导轨的另一端滑动，求在,t,0.6 s,时金属杆所受的安培力,思路点拨：,解答本题应把握以下三点：,(1),由金属杆切割磁感线产生动生电动势,(2),由磁场随时间变化产生感生电动势,(3),回路中的电动势应等于两个电动势的合电动势,【,题后总结,】,该类题目中既有感生电动势，又有动生电动势，解题时应做正确的过程分析，分清此过程是感生过程还是切割过程，用相应的知识计算回路中的感应电动势，再结合电路力学、能量等知识联立求解此类问题,【,针对训练,】,3.,如图所示，固定在水平桌面上的金属框架,cdef,，处在竖直向下的匀强磁场中，金属棒,ab,搁在框架上，可无摩擦滑动，此时,adcb,构成一个边长为,l,的正方形，棒的电阻为,r,，其余部分电阻不计，开始时磁感应强度为,B,0,.,(1),若从,t,0,时刻起，磁感应强度均匀增加，每秒增量为,k,，同时保持棒静止求棒中的感生电流在图上标出感生电流的方向,(2),在上述,(1),情况中，始终保持棒静止，当,t,t,1,时需加的垂直于棒的水平拉力为多大？,(3),若从,t,0,时刻起，磁感应强度逐渐减小，当棒以恒定速度,v,向右做匀速运动时，可使棒中不产生感生电流则磁感应强度应怎样随时间变化,(,写出,B,与,t,的关系式,)?,误区一：不能正确判断感生电动势和动生电动势造成错解,【,典型例题,】1.,水平放置的金属框架,cdef,，处于如图所示的匀强磁场中，金属棒,ab,处于粗糙的框架上且接触良好从某时刻开始，磁感应强度均匀增大，金属棒,ab,始终保持静止，则,A,ab,中电流增大，,ab,棒所受摩擦力增大,B,ab,中电流不变，,ab,棒所受摩擦力不变,C,ab,中电流不变，,ab,棒所受摩擦力增大,D,ab,中电流增大，,ab,棒所受摩擦力不变,误区二：原磁场变化分析不当造成错解,【,典型例题,】2.,如图甲所示，截面积为,0.2 m,2,的,100,匝圆形线圈,A,处在变化的磁场中磁场方向垂直于线圈截面，其磁感应强度,B,随时间,t,的变化规律如图乙所示设向外为,B,的正方向，,R,1,4,，,R,2,6,，,C,30 F,，线圈的内阻不计，求电容器充电时的电压和,2 s,后电容器放电的电荷量,解析：,由图乙可知，在,0,1 s,内，,B,为负值，表示其方向向里，,B,在逐渐减小由楞次定律可知，线圈中将产生顺时针方向的感应电流在,1,2 s,内，,B,为正值，表示其方向向外，,B,在逐渐增大同样由楞次定律可知线圈中仍将产生顺时针方向的感应电流在,0,2 s,内，线圈,A,与电阻,R,1,、,R,2,组成闭合回路，回路中有感应电流，电容器,C,处于充电状态,D外力的功率P1P212,如图甲所示，截面积为0.,(1)由金属杆切割磁感线产生动生电动势,处于变化磁场中的线圈部分,1导体棒向右做切割磁感线运动时，自由电荷(假设为正电荷)随棒运动，并因此受到洛伦兹力,2动生电动势中的“非静电力”：自由电荷因随导体棒运动而受到，非静电力与 有关,20 m有随时间变化的磁场垂直于桌面向下，已知磁感应强度B与时间t的关系为Bkt，比例系数k0.,思路点拨：因为磁场在变化，在闭合回路中产生的是感生电动势，根据楞次定律和左手定则知ab受到的安培力方向向左，当F安Mg时，重物将被拉起,一电阻不计的金属杆可在导轨上无摩擦地滑动，在滑动过程中保持与导轨垂直，在t0时刻，金属杆紧靠P、Q端，在外力作用下，杆以恒定的加速度a1 m/s2，从静止开始向导轨的另一端滑动，求在t0.,6 s时金属杆所受的安培力,(2)由磁场随时间变化产生感生电动势,如果在相对线圈静止的参考系中观察，线圈中磁场变化，产生感生电动势.,1动生电动势：由于 而产生的感应电动势,20 m有随时间变化的磁场垂直于桌面向下，已知磁感应强度B与时间t的关系为Bkt，比例系数k0.,误区二：原磁场变化分析不当造成错解,思路点拨：因为磁场在变化，在闭合回路中产生的是感生电动势，根据楞次定律和左手定则知ab受到的安培力方向向左，当F安Mg时，重物将被拉起,3会判断感生电动势和动生电动势的方向，能灵活运用感生电动势和动生电动势的公式进行分析和计算(重点),Bab中电流不变，ab棒所受摩擦力不变,【,误区警示,】,解本题在分析原磁场变化时未将,B,的变化情况分段处理，认为,0,2 s,，,B,的倾斜程度一样，,B,的变化情况相同，而作为一段分析，造成在,0,1 s,和,1,2 s,内感应电流的方向分析错误，进而解错电容器的充放电，最终造成求解结果错误求解时应将原磁场的方向、大小变化分段处理,谢谢观看！,