高考物理考前復(fù)習(xí)課件課件：第4章第5節(jié)《電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類(lèi)情況》（人教版選修3—2）

《高考物理考前復(fù)習(xí)課件課件：第4章第5節(jié)《電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類(lèi)情況》（人教版選修3—2）》由會(huì)員分享，可在線(xiàn)閱讀，更多相關(guān)《高考物理考前復(fù)習(xí)課件課件：第4章第5節(jié)《電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類(lèi)情況》（人教版選修3—2）（40頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

歡迎進(jìn)入物理課堂 第5節(jié)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類(lèi)情況 電磁感應(yīng) 磁流體發(fā)電機(jī)磁流體發(fā)電機(jī)是一種將高溫的帶電流體 等離子體或液態(tài)金屬 以極高的速度噴射到磁場(chǎng)中去 利用磁場(chǎng)對(duì)帶電流體的作用而發(fā)電的一種裝置 從能量形式看它將化學(xué)能變成熱能 再將熱能直接轉(zhuǎn)化為電能 它與普通火力發(fā)電機(jī)的主要區(qū)別是 在磁流體發(fā)電機(jī)中 高溫高速的帶電流體代替了普通火力發(fā)電機(jī)中的電樞繞組和轉(zhuǎn)動(dòng)部分 磁流體發(fā)電機(jī)的構(gòu)造如下圖所示 由燃燒室 發(fā)電通道及磁體三個(gè)主要部件組成 其中發(fā)電通道是磁流體發(fā)電機(jī)的核心部件 磁流體發(fā)電機(jī)的主要特點(diǎn)是 發(fā)電效率高 環(huán)境污染少 實(shí)際應(yīng)用時(shí)將它作為熱循環(huán)系統(tǒng)的第一級(jí) 與普通火力發(fā)電機(jī)組成聯(lián)合電站 我們知道 常溫下的氣體是絕緣體 須在6000 以上才能電離 這樣的高溫是難以達(dá)到的 為使氣體在較低溫度下 3000 左右 就能電離 可在高溫燃燒的氣體中添加一定比例 1 的容易電離的低電離電位物質(zhì) 如鉀 銫等堿金屬化合物 磁流體發(fā)電機(jī)燃燒室產(chǎn)生的高溫等離子體經(jīng)噴管提高流速 以高溫高速進(jìn)入發(fā)電通道 切割磁感線(xiàn)產(chǎn)生電磁感應(yīng) 并在電極壁的兩極上形成電動(dòng)勢(shì) 或者說(shuō) 離子在洛倫茲力的作用下 不斷奔向兩電極 從而形成電勢(shì)差對(duì)外供電 因?yàn)镋 Blv 所以P 由此可知 利用磁流體發(fā)電 只要加快等離子體的噴射速度 增加磁感應(yīng)強(qiáng)度 就能提高磁流體發(fā)電機(jī)的功率 磁流體發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的是直流電 須經(jīng)逆變換器變換成交流電才能并入電網(wǎng) 1 磁場(chǎng)變化時(shí)會(huì)在空間激發(fā)一種電場(chǎng) 如果此時(shí)空間存在閉合導(dǎo)體 導(dǎo)體中的自由電荷就會(huì)在這種電場(chǎng)的作用下做定向運(yùn)動(dòng) 產(chǎn)生感應(yīng)電流 或者說(shuō)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(duì)自由電荷的作用 2 一段導(dǎo)體在做切割磁感線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí) 相當(dāng)于一個(gè) 這時(shí)的非靜電力與 有關(guān) 1 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)電場(chǎng)2 電源洛倫茲力 一 感生電動(dòng)勢(shì)1 感應(yīng)電場(chǎng)19世紀(jì)60年代 英國(guó)物理學(xué)家麥克斯韋在他的電磁場(chǎng)理論中指出 變化的磁場(chǎng)能在周?chē)臻g激發(fā)電場(chǎng) 我們把這種電場(chǎng)叫感應(yīng)電場(chǎng) 1 產(chǎn)生如右圖所示 當(dāng)磁場(chǎng)變化時(shí) 產(chǎn)生的感應(yīng)電場(chǎng)的電場(chǎng)線(xiàn)是與磁場(chǎng)方向垂直的曲線(xiàn) 如果空間存在閉合導(dǎo)體 導(dǎo)體中的自由電荷就會(huì)在電場(chǎng)力作用下定向移動(dòng) 而產(chǎn)生感應(yīng)電流 或者說(shuō)導(dǎo)體中產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 2 方向閉合環(huán)形回路 可假定存在 的電流方向就表示感應(yīng)電場(chǎng)的電場(chǎng)方向 感應(yīng)電場(chǎng)是否存在僅取決于有無(wú)變化的磁場(chǎng) 與是否存在導(dǎo)體及是否存在閉合回路無(wú)關(guān) 盡管如此 我們要判定感應(yīng)電場(chǎng)的方向還要依據(jù)實(shí)際存在的或假定存在的回路結(jié)合楞次定律來(lái)進(jìn)行 2 感生電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生由感應(yīng)電場(chǎng)使導(dǎo)體產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)叫感生電動(dòng)勢(shì) 感生電動(dòng)勢(shì)在電路中的作用就是充當(dāng)電源 其電路就是內(nèi)電路 當(dāng)它與外電路連接后就會(huì)對(duì)外電路供電 變化的磁場(chǎng)在閉合導(dǎo)體所在空間產(chǎn)生電場(chǎng) 導(dǎo)體內(nèi)自由電荷在電場(chǎng)力作用下產(chǎn)生感應(yīng)電流 或者說(shuō)導(dǎo)體中產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 由此可見(jiàn) 感生電場(chǎng)就相當(dāng)于電源內(nèi)部的所謂的非靜電力 對(duì)電荷產(chǎn)生力的作用 如下圖 a 所示 截面積為0 2m2的100匝圓形線(xiàn)圈A處在變化的磁場(chǎng)中 磁場(chǎng)方向垂直紙面 其磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖 b 所示 設(shè)向里為B的正方向 線(xiàn)圈A上的箭頭為感應(yīng)電流I的正方向 R1 4 R2 6 C 30 F 線(xiàn)圈內(nèi)阻不計(jì) 求電容器充電時(shí)的電壓和2s后電容器放電的電荷量 解析 由題意可知圓形線(xiàn)圈A上產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢(shì)E nS 100 0 02 0 2V 0 4V 電路中的電流I 0 04A 電容器充電時(shí)的電壓UC IR2 0 04A 6 0 24V 2s后電容器放電的電荷量Q CUC 30 10 6F 0 24V 7 2 10 6C 答案 0 24V7 2 10 6C 變式遷移 1 某空間出現(xiàn)了如右圖所示的閉合的電場(chǎng) 電場(chǎng)線(xiàn)為一簇閉合曲線(xiàn) 這可能是 A 沿AB方向磁場(chǎng)在迅速減弱B 沿AB方向磁場(chǎng)在迅速增加C 沿BA方向磁場(chǎng)在迅速增加D 沿BA方向磁場(chǎng)在迅速減弱 解析 根據(jù)電磁感應(yīng) 閉合回路中的磁通量變化時(shí) 使閉合回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流 該電流可用楞次定律判斷 根據(jù)麥克斯韋電磁理論 閉合回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流 是因?yàn)殚]合回路中受到了電場(chǎng)力的作用 而變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng) 與是否存在閉合回路沒(méi)有關(guān)系 故空間磁場(chǎng)變化產(chǎn)生的電場(chǎng)方向 仍然可用楞次定律判斷 四指環(huán)繞方向即為感應(yīng)電場(chǎng)的方向 由此可知A C正確 答案 AC 二 動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)1 動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)原因分析導(dǎo)體在磁場(chǎng)中做切割磁感線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí) 產(chǎn)生動(dòng)生電動(dòng)勢(shì) 它是由于導(dǎo)體中自由電子受洛倫茲力作用而引起的 如下圖甲所示 一條直導(dǎo)線(xiàn)CD在勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中以速度v向右運(yùn)動(dòng) 并且導(dǎo)線(xiàn)CD與B v的方向垂直 由于導(dǎo)體中的自由電子隨導(dǎo)體一起以速度v運(yùn)動(dòng) 因此每個(gè)電子受到的洛倫茲力為F evB F的方向豎直向下 在力F的作用下 自由電子沿導(dǎo)體向下運(yùn)動(dòng) 使導(dǎo)體下端出現(xiàn)過(guò)剩的負(fù)電荷 導(dǎo)體上端出現(xiàn)過(guò)剩的正電荷 結(jié)果使導(dǎo)體上端D的電勢(shì)高于下端C的電勢(shì) 出現(xiàn)由D指向C的靜電場(chǎng) 此電場(chǎng)對(duì)電子的作用力F 是向上的 與洛倫茲力的方向相反 隨著導(dǎo)體兩端正 負(fù)電荷的積累 場(chǎng)強(qiáng)不斷增強(qiáng) 當(dāng)作用在自由電子上的靜電力F 與洛倫茲力F互相平衡時(shí) DC兩端便產(chǎn)生了一個(gè)穩(wěn)定的電勢(shì)差 如果用另外的導(dǎo)線(xiàn)把CD兩端連接起來(lái) 由于D端電勢(shì)比C端高 自由電子在靜電力的作用下將在導(dǎo)線(xiàn)框中沿順時(shí)針?lè)较蛄鲃?dòng) 形成逆時(shí)針?lè)较虻母袘?yīng)電流如圖乙所示 電荷的流動(dòng)使CD兩端積累的電荷減少 洛倫茲力又不斷地使電子從D端運(yùn)動(dòng)到C端 從而在CD兩端維持一個(gè)穩(wěn)定的電動(dòng)勢(shì) 可見(jiàn) 運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體CD就是一個(gè)電源 D端為正極 C端為負(fù)極 自由電子受洛倫茲力的作用 從D端被搬運(yùn)到C端 也可以看作是正電荷受洛倫茲力的作用從C端搬運(yùn)到D端 這里 洛倫茲力就相當(dāng)于電源中的非靜電力 根據(jù)電動(dòng)勢(shì)的定義 電動(dòng)勢(shì)等于單位正電荷從負(fù)極通過(guò)電源內(nèi)部移動(dòng)到正極非靜電力所做的功 作用在單位正電荷上的洛倫茲力F vB于是 動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)就是E Fl Blv上式與法拉第電磁感應(yīng)定律得到的結(jié)果一致 2 動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)與感生電動(dòng)勢(shì)的區(qū)別 1 相當(dāng)于電源的部分不同由于導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)時(shí) 運(yùn)動(dòng)部分的導(dǎo)體相當(dāng)于電源 而由于磁場(chǎng)變化產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)時(shí) 磁場(chǎng)穿過(guò)的線(xiàn)圈部分相當(dāng)于電源 2 的含義不同導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì) 是由于導(dǎo)體線(xiàn)框本身的面積發(fā)生變化而產(chǎn)生的 所以 B S 而感生電動(dòng)勢(shì) 是由于 B引起的 所以 B S 如圖甲所示 兩根足夠長(zhǎng)的直金屬導(dǎo)軌MN PQ平行放置在傾角為 的絕緣斜面上 兩導(dǎo)軌間距為L(zhǎng) M P兩點(diǎn)間接有阻值為R的電阻 一根質(zhì)量為m的均勻直金屬桿ab放在兩導(dǎo)軌上 并與導(dǎo)軌垂直 整套裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 磁場(chǎng)方向垂直斜面向下 導(dǎo)軌和金屬桿的電阻可忽略 讓ab桿沿導(dǎo)軌由靜止開(kāi)始下滑 導(dǎo)軌和金屬桿接觸良好 不計(jì)它們之間的摩擦 1 由b向a方向看到的裝置如圖乙所示 請(qǐng)?jiān)诖藞D中畫(huà)出ab桿下滑過(guò)程中某時(shí)刻的受力示意圖 2 在加速下滑過(guò)程中 當(dāng)ab桿的速度大小為v時(shí) 求此時(shí)ab桿中的電流及其加速度的大小 3 求在下滑過(guò)程中 ab桿可以達(dá)到的最大速度 答案 1 重力mg 方向豎直向下 支持力FN 方向垂直斜面向上 安培力F 方向平行斜面向上 如右圖所示 變式遷移 2 如右圖所示 水平地面上方有正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)E和勻強(qiáng)磁場(chǎng)B 電場(chǎng)方向豎直向下 磁場(chǎng)方向垂直紙面向外 等腰三角形的金屬框由底邊呈水平位置開(kāi)始沿豎直平面的電磁場(chǎng)中由靜止開(kāi)始下落 下落過(guò)程中三角形平面始終在豎直平面內(nèi) 不計(jì)阻力 a b落到地面的次序是 A a先于bB b先于aC a b同時(shí)落地D 無(wú)法判斷 解析 本題考查由楞次定律判定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向 本題關(guān)鍵是用楞次定律判定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向 并理解感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的正 負(fù)極是聚集著正 負(fù)電荷 當(dāng) abc線(xiàn)框下落時(shí) 閉合回路中磁通量沒(méi)有發(fā)生變化 回路不產(chǎn)生感應(yīng)電流 但由于各邊都在切割磁感線(xiàn) 所以會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 根據(jù)楞次定律 可以判定出a點(diǎn)的電勢(shì)高 是電源的正極 B點(diǎn)的電勢(shì)低 是電源的負(fù)極 a點(diǎn)聚集著多余的正電荷 b點(diǎn)聚集著負(fù)電荷 a點(diǎn)的正電荷受到的電場(chǎng)力向下 使a點(diǎn)加速度 g b點(diǎn)的負(fù)電荷受到的電場(chǎng)力向上 使b點(diǎn)加速度 g 故a點(diǎn)先落地 故正確答案為A 答案 A 三 電磁感應(yīng)中的能量問(wèn)題電磁感應(yīng)現(xiàn)象中總是伴隨著能量的轉(zhuǎn)化和守恒 當(dāng)外力克服安培力做多少功時(shí) 就有多少其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能 當(dāng)安培力做多少正功時(shí) 就有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能 例如 將條形磁鐵插入或拔出閉合的螺線(xiàn)管的相對(duì)運(yùn)動(dòng) 阻礙不等于阻止 相對(duì)運(yùn)動(dòng)繼續(xù)進(jìn)行 在整個(gè)過(guò)程中外力克服磁場(chǎng)力做功 把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能 再如導(dǎo)體切割磁感線(xiàn)產(chǎn)生感應(yīng)電流會(huì)受到安培力的作用 安培力的方向與推動(dòng)導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)的外力方向是相反的 推動(dòng)力克服安培力做功 以電流的形式使導(dǎo)線(xiàn)及環(huán)境的溫度升高 如下圖所示 水平放置的平行軌道M N間接一阻值為R 0 128 的電阻 軌道寬為L(zhǎng) 0 8m 軌道上搭一金屬棒ab 其質(zhì)量m 0 4kg ab與軌道間動(dòng)摩擦因數(shù)為0 5 除R外其余電阻不計(jì) 垂直于軌道面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 2T ab在一電動(dòng)機(jī)牽引下由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng) 經(jīng)過(guò)2s ab運(yùn)動(dòng)了1 2m并達(dá)到最大速度 此過(guò)程中電動(dòng)機(jī)平均輸出功率為8W 最大輸出功率為14 4W 求該過(guò)程中電阻R上消耗的電能 取g 10m s2 變式遷移 3 如下圖所示 固定的水平放置金屬導(dǎo)軌 間距為L(zhǎng) 左端接有阻值為R的電阻 處在方向豎直 磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒與固定的彈簧相連 放在導(dǎo)軌上 導(dǎo)軌與導(dǎo)體棒的電阻均可忽略 初始時(shí)刻 彈簧恰處于自然長(zhǎng)度 導(dǎo)體棒具有水平向右的初速度v0 在沿導(dǎo)軌往復(fù)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中 導(dǎo)體棒始終與導(dǎo)軌垂直并保持良好接觸 1 求初始時(shí)刻導(dǎo)體棒受到的安培力 2 若導(dǎo)體棒從初始時(shí)刻到速度第一次為零時(shí) 彈簧的彈性勢(shì)能為Ep 則這一過(guò)程中安培力所做的功W1和電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱Q1分別為多少 3 導(dǎo)體棒往復(fù)運(yùn)動(dòng) 最終將靜止于何處 從導(dǎo)體棒開(kāi)始運(yùn)動(dòng)直到最終靜止的過(guò)程中 電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱Q為多少 1 如下圖所示 金屬桿ab以恒定的速率v在光滑平行導(dǎo)軌上向右滑行 設(shè)整個(gè)電路中總電阻為R 恒定不變 整個(gè)裝置置于垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 下列敘述正確的是 A ab桿中的電流與速率v成正比B 磁場(chǎng)作用于ab桿的安培力與速率v成正比C 電阻R上產(chǎn)生的電熱功率與速率v的平方成正比D 外力對(duì)ab桿做功的功率與速率v的平方成正比 基礎(chǔ)鞏固 7 2011年北京海淀 水平面內(nèi)兩光滑的平行金屬導(dǎo)軌 左端與電阻R相連接 勻強(qiáng)磁場(chǎng)B豎直向下分布在導(dǎo)軌所在的空間內(nèi) 質(zhì)量一定的金屬棒垂直于導(dǎo)軌并與導(dǎo)軌接觸良好 今對(duì)金屬棒施加一個(gè)水平向右的外力F 使金屬棒從a位置開(kāi)始向右做初速度為零的勻加速運(yùn)動(dòng) 依次通過(guò)位置b和c 若導(dǎo)軌與金屬棒的電阻不計(jì) ab與bc的距離相等 關(guān)于金屬棒在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的有關(guān)說(shuō)法正確的是 能力提升 A 金屬棒通過(guò)b c兩位置時(shí) 電阻R的電功率之比為1 2B 金屬棒通過(guò)b c兩位置時(shí) 外力F的大小之比為1 C 從a到b和從b到c的兩個(gè)過(guò)程中 電阻R上產(chǎn)生的熱量之比為1 1D 從a到b和從b到c的兩個(gè)過(guò)程中 通過(guò)金屬棒橫截面的電荷量之比為1 1 祝 您 學(xué)業(yè)有成 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全