高中物理 第四章 電磁感應(yīng) 5 電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況課件 新人教版選修3-2.ppt
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自主學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí),5 電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1.知道感生電動(dòng)勢(shì)、動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的概念知道產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)的非靜電力是感生電場(chǎng)的作用產(chǎn)生動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的非靜電力與洛倫茲力有關(guān) 2.會(huì)用楞次定律判斷感生電場(chǎng)的方向,用左手定則判斷洛倫茲力的方向(重點(diǎn)) 3.知道電磁感應(yīng)現(xiàn)象遵守能量守恒定律 4.電磁感應(yīng)與力學(xué)、電路等知識(shí)的綜合問(wèn)題(難點(diǎn)),合作探究重難疑點(diǎn),解題技巧素養(yǎng)培優(yōu),1感生電場(chǎng):磁場(chǎng)_時(shí)在空間激發(fā)的一種電場(chǎng),它是由英國(guó)物理學(xué)家_提出的 2感生電動(dòng)勢(shì):由_產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),它的方向與感生電場(chǎng)的方向_,與感應(yīng)電流的方向_ 3感生電動(dòng)勢(shì)中的非靜電力:就是_對(duì)自由電荷的作用力,變化,麥克斯韋,感生電場(chǎng),相同,相同,感生電場(chǎng),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流,哪一個(gè)更能反映電磁感應(yīng)的本質(zhì)? 【提示】 當(dāng)穿過(guò)回路的磁通量發(fā)生變化時(shí),回路中將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),如果回路閉合,就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流,而不論回路是否閉合,都有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生,但不一定有感應(yīng)電流所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)比感應(yīng)電流更能反映電磁感應(yīng)的本質(zhì),1磁場(chǎng)可以對(duì)電荷做功( ) 2感生電場(chǎng)可以對(duì)電荷做功( ) 3磁場(chǎng)越強(qiáng),磁場(chǎng)變化時(shí)產(chǎn)生的感生電場(chǎng)越強(qiáng)( ),1成因 導(dǎo)體棒做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí),導(dǎo)體棒中的自由電荷隨棒一起定向運(yùn)動(dòng),并因此受到洛倫茲力 2動(dòng)生電動(dòng)勢(shì):由于_而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 3動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)中的非靜電力:與_有關(guān),導(dǎo)體運(yùn)動(dòng),洛倫茲力,感生電動(dòng)勢(shì)與動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生原因是否相同? 【提示】 不相同感生電動(dòng)勢(shì)是由于磁場(chǎng)變化而引起的;動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)是由于導(dǎo)體切割磁感線而引起的,預(yù)習(xí)完成后,請(qǐng)把你認(rèn)為難以解決的問(wèn)題記錄在下面的表格中,學(xué)生分組探究一 對(duì)感生電動(dòng)勢(shì)與動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的理解 第1步探究分層設(shè)問(wèn),破解疑難 1(1)什么叫動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)?(2)動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生與電路是閉合還是斷開(kāi)有關(guān)嗎? 【提示】 (1)由于導(dǎo)體棒做切割磁感線的運(yùn)動(dòng),而在導(dǎo)體棒兩端產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),叫做動(dòng)生電動(dòng)勢(shì),(2)無(wú)關(guān)無(wú)論電路閉合還是斷開(kāi),只要有導(dǎo)體做切割磁感線的運(yùn)動(dòng),電路中就有動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生當(dāng)電路閉合,其一部分導(dǎo)體做切割磁感線的運(yùn)動(dòng)時(shí),電路中有感應(yīng)電流產(chǎn)生,2什么是感生電場(chǎng)?感生電場(chǎng)與感應(yīng)電流的關(guān)系是什么?,3感生電動(dòng)勢(shì)和動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生原因是否相同? 【提示】 不同感生電動(dòng)勢(shì)是感生電場(chǎng)對(duì)自由電荷作用產(chǎn)生的,動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)是洛倫茲力對(duì)自由電荷作用產(chǎn)生的,第2步結(jié)論自我總結(jié),素能培養(yǎng) 1感生電動(dòng)勢(shì)與動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生機(jī)理的理解 (1)磁感應(yīng)強(qiáng)度變化產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢(shì)是由變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生感生電場(chǎng),線圈中的自由電荷受到靜電力作用定向移動(dòng)形成的 (2)導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)是由于自由電荷受到洛倫茲力作用定向移動(dòng)形成的,2感生電動(dòng)勢(shì)與動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的比較,第3步例證典例印證,思維深化 (多選)某空間出現(xiàn)了如圖451所示的磁場(chǎng),當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度變化時(shí),在垂直于磁場(chǎng)的方向上會(huì)產(chǎn)生感生電場(chǎng),下列有關(guān)磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化與感生電場(chǎng)的方向關(guān)系的描述正確的是( ) A當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻增大時(shí),感生電 場(chǎng)的電場(chǎng)線從上向下看應(yīng)為順時(shí)針?lè)较?B當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻增大時(shí),感生電場(chǎng)的 電場(chǎng)線從上向下看應(yīng)為逆時(shí)針?lè)较?C當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻減小時(shí),感生電場(chǎng)的電場(chǎng)線從上向下看應(yīng)為順時(shí)針?lè)较?D當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻減小時(shí),感生電場(chǎng)的電場(chǎng)線從上向下看應(yīng)為逆時(shí)針?lè)较?【思路點(diǎn)撥】 感生電場(chǎng)的方向與感生電動(dòng)勢(shì)、感應(yīng)電流的方向相同,因此可以用楞次定律分析 【解析】 感生電場(chǎng)中電場(chǎng)線的方向用楞次定律來(lái)判定原磁場(chǎng)向上且磁感應(yīng)強(qiáng)度在增大,在周圍有閉合導(dǎo)線的情況下,感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向應(yīng)與原磁場(chǎng)方向相反,,即感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向向下, 再由右手螺旋定則得到感應(yīng)電流的方向從上向下看應(yīng)為順時(shí)針?lè)较颍瑒t感生電場(chǎng)的方向從上向下看也為順時(shí)針?lè)较?;同理可知,原磁?chǎng)方向向上且磁感應(yīng)強(qiáng)度減小時(shí),感生電場(chǎng)的方向從上向下看應(yīng)為逆時(shí)針?lè)较?,所以A、D對(duì) 【答案】 AD,感生電場(chǎng)的特點(diǎn): 1感生電場(chǎng)是一種渦旋電場(chǎng),電場(chǎng)線是閉合的 2感生電場(chǎng)的產(chǎn)生跟空間中是否存在閉合電路無(wú)關(guān) 3感生電場(chǎng)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,第4步巧練精選習(xí)題,落實(shí)強(qiáng)化 1如圖452所示的是一個(gè)水平放置的玻璃圓環(huán)形小槽,槽內(nèi)光滑,槽寬度和深度處處相同現(xiàn)將一直徑略小于槽寬的帶正電小球放在槽中,讓它獲 得一初速度v0,與此同時(shí),有一變 化的磁場(chǎng)垂直穿過(guò)玻璃圓環(huán)形小槽 外徑所對(duì)應(yīng)的圓面積,磁感應(yīng)強(qiáng)度 的大小跟時(shí)間成正比例增大,方向豎直向下設(shè)小球在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中電荷量不變,則( ),A小球受到的向心力大小不變 B小球受到的向心力大小不斷增大 C磁場(chǎng)力對(duì)小球做了功 D小球受到的磁場(chǎng)力大小與時(shí)間成正比 【解析】 本題解題關(guān)鍵是由楞次定律判斷出感生電場(chǎng)的方向當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間均勻增大時(shí),將產(chǎn)生一恒定的感生電場(chǎng),由楞次定律知,電場(chǎng)方向和小球初速度方向相同,因小球帶正電,,電場(chǎng)力對(duì)小球做正功,小球速率逐漸增大,向心力也隨著增大,故A錯(cuò),B對(duì);洛倫茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷不做功,故C錯(cuò);帶電小球所受洛倫茲力FqBv,隨著速率的增大而增大,同時(shí)Bt,則F和t不成正比,故D錯(cuò) 【答案】 B,2(多選)某空間出現(xiàn)了如453圖所示的一組閉合的電場(chǎng)線,這可能是( ) A沿AB方向的磁場(chǎng)迅速減弱 B沿AB方向的磁場(chǎng)迅速增強(qiáng) C沿BA方向的磁場(chǎng)迅速增強(qiáng) D沿BA方向的磁場(chǎng)迅速減弱 圖453,【解析】 假設(shè)存在圓形閉合回路,回路中應(yīng)產(chǎn)生與電場(chǎng)同向的感應(yīng)電流,由安培定則知,感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向向下,所以根據(jù)楞次定律,引起感應(yīng)電流的應(yīng)是方向向下的磁場(chǎng)迅速減弱或方向向上的磁場(chǎng)迅速增強(qiáng),故A、C正確 【答案】 AC,學(xué)生分組探究二 電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化與守恒 第1步探究分層設(shè)問(wèn),破解疑難 1與感生電動(dòng)勢(shì)有關(guān)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象中,能量怎樣轉(zhuǎn)化? 【提示】 變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生非靜電場(chǎng),由電場(chǎng)力推動(dòng)電荷做功,將磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電能,2與動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)有關(guān)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象中,能量怎樣轉(zhuǎn)化? 【提示】 隨導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)的電荷受到洛倫茲力,從導(dǎo)體棒一端移動(dòng)到另一端,是一個(gè)與洛倫茲力有關(guān)的非靜電力做功,將其它形式的能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?第2步結(jié)論自我總結(jié),素能培養(yǎng) 1等效電路的分析:將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的那部分電路等效為電源,畫出等效電路圖,分析內(nèi)外電路結(jié)構(gòu),應(yīng)用閉合電路歐姆定律、串并聯(lián)電路的性質(zhì)等知識(shí)進(jìn)行分析 2電磁感應(yīng)現(xiàn)象中涉及收尾速度問(wèn)題時(shí)的動(dòng)態(tài)分析: 周而復(fù)始地循環(huán),達(dá)到最終狀態(tài)時(shí),加速度等于零,導(dǎo)體達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)狀態(tài),3能量轉(zhuǎn)化與守恒的分析:電磁感應(yīng)過(guò)程往往涉及多種能量形式的轉(zhuǎn)化 如圖454中金屬棒ab沿導(dǎo)軌由靜止 下滑時(shí),重力勢(shì)能減少,一部分用 來(lái)克服安培力做功轉(zhuǎn)化為電路中的電 圖454 能,最終在R上轉(zhuǎn)化為焦耳熱;另一部分轉(zhuǎn)化為金屬棒的動(dòng)能若導(dǎo)軌足夠長(zhǎng),棒最終達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)勻速運(yùn)動(dòng)時(shí),重力勢(shì)能的減少則完全用來(lái)克服安培力做功轉(zhuǎn)化為電路中的電能,第3步例證典例印證,思維深化 (2013安徽高考)如圖455所示,足夠長(zhǎng)的平行金屬導(dǎo)軌傾斜放置,傾角為37,寬度 為0.5 m,電阻忽略不計(jì),其上 端接一小燈泡,電阻為1 . 一導(dǎo)體棒MN垂直于導(dǎo)軌放置, 質(zhì)量為0.2 kg,接入電路的電阻為1 ,兩端與導(dǎo)軌接觸良好,與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.5.在導(dǎo)軌間存在著垂直于導(dǎo)軌平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng),,磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.8 T將導(dǎo)體棒MN由靜止釋放,運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后,小燈泡穩(wěn)定發(fā)光,此后導(dǎo)體棒MN的運(yùn)動(dòng)速度以及小燈泡消耗的電功率分別為(重力加速度g取10 m/s2,sin 370.6)( ) A2.5 m/s 1 W B5 m/s 1 W C7.5 m/s 9 W D15 m/s 9W 【思路點(diǎn)撥】 (1)由小燈泡穩(wěn)定發(fā)光,可知感應(yīng)電流和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)恒定及v不變 (2)由v不變,考慮到導(dǎo)體棒MN的平衡 (3)根據(jù)物體的平衡和功能關(guān)系確定v和P.,【解析】 把立體圖轉(zhuǎn)為平面圖,由平衡條件列出方程是解決此類問(wèn)題的關(guān)鍵對(duì)導(dǎo)體棒進(jìn)行受力分析做出截面圖,如圖所示,導(dǎo)體棒共受四個(gè)力作用,即重力、支持力、摩擦力和安培力 由平衡條件得mgsin 37F安Ff FfFN FNmgcos 37 而F安BIL,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(guò)電路中所消耗的電能來(lái)計(jì)算,第4步巧練精選習(xí)題,落實(shí)強(qiáng)化 1(多選)如圖456所示,兩根足夠長(zhǎng)的光滑導(dǎo)軌豎直放置,間距為L(zhǎng),底端接阻值為R的電阻將質(zhì)量為m的金屬棒懸掛在一個(gè)固定的輕彈簧下端,金 屬棒和導(dǎo)軌接觸良好,導(dǎo)軌所在平面 與磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直, 除電阻R外其余電阻均不計(jì)現(xiàn)將金 屬棒從彈簧原長(zhǎng)位置 由靜止釋放,則( ),A釋放瞬間金屬棒的加速度等于重力加速度g B金屬棒向下運(yùn)動(dòng)時(shí),流過(guò)電阻R的電流方向?yàn)閍b,金屬棒減少的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為彈簧的彈性勢(shì)能、金屬棒的動(dòng)能以及電阻R上產(chǎn)生的內(nèi)能,因此選項(xiàng)D錯(cuò)誤 【答案】 AC,2法拉第曾提出一種利用河流發(fā)電的設(shè)想,并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖如圖457所示,兩塊面積均為S的矩形金屬板,平行、正對(duì)、豎直地全部浸在河水中,間距為d,水流速度處處相同,大小為v,方向水平金屬板與水流方向平行,地磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的豎直分量為B,水的電阻率為,水面上方有 一阻值為R的電阻通過(guò)絕緣導(dǎo)線 和開(kāi)關(guān)S連接到兩金屬板上,忽 略邊緣效應(yīng),求: 圖457,(1)該發(fā)電裝置的電動(dòng)勢(shì); (2)通過(guò)電阻R的電流大小; (3)電阻R消耗的電功率,電磁感應(yīng)中的力學(xué)問(wèn)題的分析方法 由于通過(guò)導(dǎo)體的感應(yīng)電流在磁場(chǎng)中將受到安培力作用,因此電磁感應(yīng)問(wèn)題往往和力學(xué)問(wèn)題綜合在一起考查 1理解電磁感應(yīng)問(wèn)題中的兩個(gè)研究對(duì)象及其之間的相互制約關(guān)系,2理解力和運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)關(guān)系 3解決電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的力學(xué)問(wèn)題的思路 (1)對(duì)電學(xué)對(duì)象要畫好必要的等效電路圖 (2)對(duì)力學(xué)對(duì)象要畫好必要的受力分析圖和過(guò)程示意圖,(3)電磁感應(yīng)中切割磁感線的導(dǎo)體要運(yùn)動(dòng),產(chǎn)生的感應(yīng)電流又要受到安培力的作用在安培力作用下,導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化,這就可能需要應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律 4解決電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的力學(xué)問(wèn)題的基本步驟 (1)用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和方向; (2)求回路中的電流; (3)分析研究導(dǎo)體受力情況(包含安培力,用左手定則確定其方向); (4)列動(dòng)力學(xué)方程或平衡方程求解,如圖458所示,AB、CD是兩根足夠長(zhǎng)的固定平行金屬導(dǎo)軌,兩導(dǎo)軌間的距離為L(zhǎng),導(dǎo)軌平面與水平面間的夾角為,在整個(gè)導(dǎo)軌平面內(nèi)都有垂直于導(dǎo)軌平面斜向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,在導(dǎo)軌的AC端連接一個(gè)阻值為R的電阻,一根質(zhì)量為m、垂直于導(dǎo)軌放 置的金屬棒ab,從靜止開(kāi)始沿導(dǎo) 軌下滑,求此過(guò)程中ab棒的最大 速度已知ab與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦 因數(shù)為,導(dǎo)軌和金屬棒的電阻都不計(jì),【思路點(diǎn)撥】 ab沿導(dǎo)軌下滑過(guò)程中受四個(gè)力作用,即重力mg、支持力FN、摩擦力Ff和安培力F安,如圖所示,ab由靜止開(kāi)始下滑后,將是vEIF安a(為增大符號(hào)),所以這是個(gè)變加速過(guò)程,當(dāng)加速度減到a0時(shí),其速度增到最大vvmax,此時(shí)處于平衡狀態(tài),以后將以vmax勻速下滑 【解析】 ab下滑時(shí)因切割磁感線,要產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),根據(jù)電磁感應(yīng)定律EBLv 閉合電路ACba中將產(chǎn)生感應(yīng)電流,根據(jù)閉合電路歐姆定律IE/R,據(jù)右手定則可判定感應(yīng)電流方向?yàn)閍ACba,再據(jù)左手定則判斷它受的安培力F安方向如圖所示,其大小為 F安BIL 取平行和垂直導(dǎo)軌的兩個(gè)方向?qū)b所受的力進(jìn)行正交分解,應(yīng)有FNmgcos ,F(xiàn)fmgcos ,,先看名師指津 1電磁感應(yīng)中的動(dòng)態(tài)分析,是處理電磁感應(yīng)問(wèn)題的關(guān)鍵,要學(xué)會(huì)從動(dòng)態(tài)分析的過(guò)程中來(lái)選擇是從動(dòng)力學(xué)方面,還是從能量、動(dòng)量方面來(lái)解決問(wèn)題 2在分析運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體的受力時(shí),常需畫出平面示意圖和物體受力圖,再演練應(yīng)用 如圖459所示,平行導(dǎo)軌MN和PQ相距0.5 m,電阻忽略不計(jì)其水平部分粗糙,傾斜部分光滑且水平部分置于B0.6 T豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,傾斜部分處沒(méi)有磁場(chǎng)已知導(dǎo)線a和b的質(zhì)量均為0.2 kg, 電阻均為0.15 ,開(kāi)始時(shí)a、b相 距足夠遠(yuǎn),b放置在水平導(dǎo)軌上, 現(xiàn)將a從傾斜導(dǎo)軌上高0.05 m處由靜止開(kāi)始釋放,求:(g10 m/s2),(1)回路中的最大感應(yīng)電流是多少? (2)如果導(dǎo)線和導(dǎo)軌間動(dòng)摩擦因數(shù)0.1,當(dāng)導(dǎo)線b的速度最大時(shí),導(dǎo)線a的加速度是多少?,- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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