高中物理 4.5《电磁感应现象的两种情况》课件 新人教版选修3-2.ppt

第四章 电磁感应 第5节 电磁感应现象的两类情况 1 知道感生电场 2 知道感生电动势和动生电动势及其区别与联系 首先通过观察交流电作用下 铝环从铁芯中跳出 让学生分析其原理 引入新课 然后回顾恒定电流中电动势的概念以及非静电力的特点 观察套在铁芯上的圆形线圈中灯泡发光 分析得到变化的磁场周围存在电场 得出非静电力的来源 并结合感生电场和感生电动势在生活中的应用 接着利用闭合电路部分导体切割磁感线产生感应电动势和感应电流 通过分析导体棒内部电荷的受力特点和运动状态分析 得出动生电动势的概念和非静电力的来源 最后通过感生电动势和动生电动势的比较 得出感应电动势之间的联系和区别 并通过例题使学生对两个感应电动势进行比较应用 在新课前 首先复习了电动势的理解和非静电力的概念 再利用视频和动画的形式 让学生直观了解电荷的受力和运动情况 得出感应电动势中非静电力的来源 让学生对比了解感生电动势和动生电动势的区别 但是又通过表格的形式 让学生整体把握两种感应电动势的特点 最后通过例题 让学生对两种感应电动势的产生有更广泛的理解 观察变化电场使铝环从铁芯中跳出 哪些办法可以使电路中产生感应电动势 1 S不变 B变化 2 B不变 S变化 线圈B相当于电源 导体棒AB相当于电源 2 每一个电动势都对应有一种非静电力 正是由于非静电力做功把其他形式的能转化为电能 感应电动势对应的非静电力是一种什么样的作用 1 电路中电动势的作用是某种非静电力对自由电荷的作用 一个闭合电路静止于磁场中 由于磁场强弱的变化 闭合电路内产生了感应电动势 这种情况下 哪一种作用是非静电力 一 感生电场与感生电动势 观察变化磁场产生电场 使圆形线圈中灯泡发光 1 定义 变化的磁场在周围空间激发的电场叫感生电场 涡旋电场 3 电场线 是闭合的曲线 1 感生电场 2 方向 就是感生电流的方向 用楞次定律判断 一 感生电场与感生电动势 感生电场是产生感生电动势的原因 2 感生电动势 由感生电场产生的电动势叫感应电动势 感生电动势所对应的非静电力是感生电场对自由电荷的作用 3 应用实例 1 电子感应加速器 电子感应加速器是用感生电场来加速电子的一种设备 它的柱形电磁铁在两极间产生磁场 在磁场中安置一个环形真空管道作为电子运行的轨道 当磁场发生变化时 就会沿管道方向产生感生电场 射入其中的电子就受到感生电场的持续作用而不断加速 第四代照明灯具 寿命是白炽灯的100倍 节能比传统意义节能灯还节能一倍 2 电子感应灯 无电极 无灯丝 高光效 高显色 长寿命 B 观察闭合电路导体棒移动 回路中产生电动势 了解动生电动势的本质 1 自由电荷会随着导体棒运动 并因此受到洛伦兹力 导体中自由电荷的合运动在空间大致沿什么方向 为了方便 可以认为导体中的自由电荷是正电荷 导体中自由电荷 正电荷 具有水平方向的速度 由左手定则可判断受到沿棒向上的洛伦兹力作用 其合运动是斜向上的 D C F洛 v 2 导体棒一直运动下去 自由电荷是否也会沿着导体棒一直运动下去 为什么 自由电荷不会一直运动下去 因为C D两端聚集电荷越来越多 在CD棒间产生的电场越来越强 当电场力等于洛伦兹力时 自由电荷不再定向运动 D C F电 v F洛 C端电势高 3 导体棒的哪端电势比较高 D C v 4 如果用导线把C D两端连到磁场外的一个用电器上 导体棒中电流是沿什么方向的 I D C v 从能的角度定量了解动生电动势 导体棒中电流是由D指向C的 此时导体棒可以看作是一个电源 导体棒切割磁感线产生了动生电动势 1 由于导体的运动 切割磁感线 而产生的感应电动势叫动生电动势 注意 动生电动势与洛伦兹力有关 但洛伦兹力始终不做功 2 动生电动势所对应的非静电力是洛伦兹力的分力 二 洛伦兹力与动生电动势 2 在倾角为 的两平行光滑长直金属导轨的下端接有一电阻R 导轨自身的电阻可忽略不计 有一匀强磁场与两金属导轨平面垂直 方向垂直于导轨面向上 质量为m 电阻可不计的金属棒ab 在沿着导轨面且与棒垂直的恒力F作用下沿导轨匀速上滑 上升高度为h 如图所示 则在此过程中 A 恒力F在数值上等于mgsin B 恒力F对金属棒ab所做的功等于mghC 恒力F与重力的合力对金属棒ab所做的功等于电阻R上释放的焦耳热D 恒力F与重力的合力对金属棒ab所做的功等于零 C 解析 金属棒ab沿导轨匀速上滑 合外力为零 恒力F在数值上等于重力沿导轨方向的分力与安培力之和 故A错 动能不变 拉力做功等于克服重力和安培力做功 克服重力做的功等于重力势能的增加 克服安培力做的功最终转化为电阻R上释放的焦耳热 故B错 恒力与重力的合力对金属棒做的功等于克服安培力做的功 大小等于电阻R上释放的焦耳热 C对D错 楞次定律 楞次定律或右手定则 非静电力是洛仑兹力的分力 由洛仑兹力对运动电荷作用而产生电动势 由于S变化引起回路中 变化 由于B变化引起回路中 变化 非静电力是感生电场力 由感生电场力对电荷做功而产生电动势 磁场不变 闭合电路的整体或局部在磁场中运动导致回路中磁通量变化 闭合回路的任何部分都不动 空间磁场变化导致回路中磁通量变化 二 洛伦兹力与动生电动势 一 感生电场与感生电动势 动生电动势的大小 E BLv 1 如图所示 两根相距为L的竖直平行金属导轨位于磁感应强度为B 方向垂直纸面向里的匀强磁场中 导轨电阻不计 另外两根与上述光滑导轨保持良好接触的金属杆ab cd质量均为m 电阻均为R 若要使cd静止不动 则ab杆应向 运动 速度大小为 作用于ab杆上的外力大小是 向上 2mg 2 如图甲所示 金属棒ab长L 0 4m 电阻大小为1 自t 0开始从导轨最左以v 1m s向右匀速运动 B随t变化关系如图乙 则 甲 乙 CD A 1s末回路中电动势为0 8VB 1s末回路中电动势为1 6VC 1s末ab棒所受磁场力为0 64ND 1s末ab棒所受磁场力为1 28N 3 如图甲所示 两根足够长的直金属导体MN PQ平行放置在倾角为 的绝缘斜面上 两导轨间距为L M P两点间接有阻值为R的电阻 一根质量为m的均匀直金属杆ab放在两导轨上 并与导轨垂直 整套装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中 磁场方向垂直斜面向下 导轨和金属杆的电阻可忽略 让ab杆沿导轨由静止开始下滑 导轨和金属杆接触良好 不计它们之间的摩擦 1 由b向a方向看到的装置如图乙所示 请在图中画出ab杆下滑过程中某时刻的受力示意图 2 在加速下滑过程中 当ab杆的速度大小为v时 求此时ab杆中的电流及其加速度的大小 3 求在下滑过程中 ab杆可以达到的最大速度