4.5-电磁感应现象的两类情况.pptx
+-+非静电力每一种每一种电动势电动势都对应有一种都对应有一种非静电力非静电力这种转化的本领用这种转化的本领用电动势电动势来描述来描述非静电力做功其它形式的能电能电动势的方向在电源内部由负极正极复习与回顾第1页/共42页开关闭合（断开）开关闭合（断开）,或改变滑片的位置或改变滑片的位置部分导体切割磁感线部分导体切割磁感线线圈B相当于电源导体棒AB相当于电源感生电动势由磁场变化引起的电动势：由磁场变化引起的电动势：动生电动势由导体运动引起的电动势：由导体运动引起的电动势：复习与回顾哪部分相当于电源？第2页/共42页一.电磁感应现象中的感生磁场磁场变强磁场变强电流是怎样产生的？电流是怎样产生的？自由电荷为什么会运动？自由电荷为什么会运动？猜想：使电荷运动的力可能是洛猜想：使电荷运动的力可能是洛伦兹力、静电力、或者是其它力伦兹力、静电力、或者是其它力使电荷运动的力难道是变化使电荷运动的力难道是变化的磁场对其施加的力吗？的磁场对其施加的力吗？I-BE感感B感感感生电动势的非静电力：感生电场对自由电荷的作用第3页/共42页I-BE感感B感感感生电场由变化的磁场激发；电场线呈闭合状，形同漩涡；涡漩面与磁场方向垂直；与感应磁场方向满足右手螺旋.感生电场方向的判断方法：感生电场的方向判断：楞次定律右手螺旋+一.电磁感应现象中的感生磁场第4页/共42页如果环有个小缺口而不闭合有感生电场吗?一.电磁感应现象中的感生磁场环中的自由电荷还会定向移动吗?将在哪端聚集?哪端相当于电源的正极?-+-E感感感生电动势方向的判断：感生电动势大小的计算：楞次定律+右手螺旋定则第5页/共42页感生电场由变化的磁场激发，而非闭合环激发，故：与环闭合与否、存在与否均无关！一.电磁感应现象中的感生磁场第6页/共42页穿过真空室内磁场的方向由图知电子沿什么方向运动要使电子沿此方向加速，感生电场的方向如何?由感生电场判断感应磁场方向如何?竖直向上逆时针顺时针竖直向下原磁场在增强，即电流在增大俯视图俯视图I实际应用：电子加速器第7页/共42页某空间出现了如图所示的磁场，当磁感应强度变化时，在垂直于磁场的方向上会产生感生电场，有关磁感应强度的变化与感生电场的方向关系描述正确的是()A当磁感应强度均匀增大时，感生电场 的电场线从上向下看应为顺时针方向B当磁感应强度均匀增大时，感生电场 的电场线从上向下看应为逆时针方向C当磁感应强度均匀减小时，感生电场 的电场线从上向下看应为顺时针方向D当磁感应强度均匀减小时，感生电场 的电场线从上向下看应为逆时针方向AD第8页/共42页(1)(1)自由电荷会随着自由电荷会随着导体棒运动导体棒运动,并因此并因此受到洛伦兹力受到洛伦兹力.导体导体中自由电荷的合运中自由电荷的合运动在空间大致沿什动在空间大致沿什么方向？么方向？为了方便，为了方便，可以认为导体中的可以认为导体中的自由电荷是自由电荷是正电荷正电荷.BVfVy+-(3)(3)导体棒一直运导体棒一直运动下去，自由电动下去，自由电荷是否总会沿着荷是否总会沿着导体棒一直运动导体棒一直运动下去下去?F电电CD(2)(2)导体棒的哪端导体棒的哪端电势比较高电势比较高?(4)(4)如果用导线把如果用导线把C C、D D两端连到磁两端连到磁场外的一个用电场外的一个用电器上，导体棒中器上，导体棒中电流是沿什么方电流是沿什么方向的向的?(5)(5)如果移去如果移去C C、D D两端连接的用电两端连接的用电器，导体棒中还器，导体棒中还有电流吗有电流吗?还有电还有电动势吗动势吗?V合二.电磁感应现象中的洛伦兹力第9页/共42页二.电磁感应现象中的洛伦兹力动生电动势方向的判断方法：BVfVy+FCD动生电动势大小的计算：动生电动势的非静电力：与洛伦兹力有关右手定则V合动生电动势第10页/共42页BVfVy+-FCDf2V合F安安F外沿杆方向的洛伦兹力做功吗?与我们在磁场学习时得到的结论：“洛伦兹力永不做功！”矛盾吗？f合导体棒接用电器后导体棒接用电器后,要继续做要继续做匀速运动时还需要外力推动吗？时还需要外力推动吗？能量是怎样转化的呢？能量是怎样转化的呢？其它形式的能F外做正功导体棒的动能F安做负功电 能电流做功内能f做正功二.电磁感应现象中的洛伦兹力动生电动势第11页/共42页BVfVy+-FCDf2F安安F外能量是怎样转化的呢？其它形式的能F外做正功导体棒的动能F安做负功电 能电流做功内能洛伦兹力不做功，不提供能量，只是起传递能量的作用.洛伦兹力的沿杆分力f：扮演了扮演了非静电力，其做了多少正功，就转化出了多少电能其做了多少正功，就转化出了多少电能.洛伦兹力的垂直杆分力f2：宏观表现为宏观表现为安培力,通过计算克服安培力做了多少功，也通过计算克服安培力做了多少功，也可知道产生了多少电能可知道产生了多少电能.二.电磁感应现象中的洛伦兹力动生电动势f做正功第12页/共42页动生电动势感生电动势特点磁场不变，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原因由于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变化磁场在它周围空间激发感生电场，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方向的来源非静电力楞次定律+右手螺旋定则楞次定律(或右手定则)对 比第13页/共42页下列说法中正确的是()A 动生电动势是洛伦兹力的一个分力对导体中自 由电荷做功而引起的 B因为洛伦兹力对运动电荷始终不做功，所以动 生电动势不是由洛伦兹力而产生的 C动生电动势的方向可以由右手定则来判定 D导体棒切割磁感线产生感应电流，受到的安培 力一定与受到的外力大小相等、方向相反AC第14页/共42页如图所示，一金属半圆环置于匀强磁场中，当磁场突然减弱时，则两端点的电势()AN点电势高 BM点电势高 C若磁场不变，将半圆环绕MN轴 旋转180的过程中，N点电势高 D若磁场不变，将半圆环绕MN轴 旋转180的过程中，M点电势高BD第16页/共42页如图所示,L10.5 m,L20.8 m,回路总电阻为R0.2,M0.04 kg,导轨光滑,开始时磁场B01 T.现使磁感应强度以B/t0.2 T/s的变化率均匀地增大,试求:当t为多少时，M刚离开地面？(g取10 m/s2)类型二：感生电动势的计算第20页/共42页如图所示，金属杆ab以恒定的速率v 在光滑平行导轨上向右滑行，设整个电路中总电阻为R(恒定不变)，整个装置置于垂直纸面向里的匀强磁场中，下列叙述正确的是()Aab杆中的电流与速率v 成正比B磁场作用于ab杆的安培力与速率v 成正比C电阻R上产生的电热功率与速率v 的平方成正比D外力对ab杆做功的功率与速率v 的平方成正比类型三：动生电动势的计算ABCD第23页/共42页第24页/共42页类型四：电磁感应的图像问题如图甲所示，矩形导线框abcd固定在匀强磁场中，磁感线的方向与导线框所在平面垂直规定磁场的正方向垂直纸面向里，磁感应强度B随时间变化的规律如图乙所示，若规定顺时针方向为感应电流i的正方向，下列选项中的it图中正确的是()D第25页/共42页第26页/共42页变式：如图所示，等腰三角形内分布有垂直于纸面向外的匀强磁场，它的底边在x轴上且长为2L，高为L，纸面内一边长为L的正方形导线框沿x轴正方向做匀速直线运动穿过匀强磁场区域，在t0时刻恰好位于图所示的位置，以顺时针方向为导线框中电流的正方向，在图中，能够正确表示导线框的Ix关系的是()类型四：电磁感应的图像问题A第27页/共42页第28页/共42页电磁感应现象中的能量转化与守恒如图所示，足够长的U形导体框架的宽度L=0.5m，电阻忽略不计，其所在平面与水平面成=37角，磁感应强度B=0.8T的匀强磁场方向垂直于导体框平面，一根质量m=0.2kg，有效电阻R=2的导体棒MN垂直跨放在U形框架上，导体棒与框架间的动摩擦因数为=0.5，导体棒由静止开始沿框架下滑到刚开始匀速运动，通过导体棒截面的电量共为Q=2C，取g=10m/s 2求：(1)导体棒匀速运动的速度；(2)导体棒从开始下滑到刚 开始匀速运动这一过程中,导体棒的电阻消耗的电功第31页/共42页电磁感应现象中的能量转化与守恒如图所示，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，磁感应强度为B。在导轨的A、C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，电阻为r质量为m，从静止开始沿导轨下滑。下滑高度为H时达到最大速度，不计摩擦，求在此过程中：(1)ab棒的最大速度；(2)通过电阻R的热量；(3)通过电阻R的电量.第32页/共42页FF安F安BILE=BLVmIE/(R+r)例：如图所示，处在磁感应强度B=0.5T的光滑且水平的导轨上连接一R=4的电阻,长L=0.4m，r=1的ab开始静止，当受到一个F=0.08N的向右恒力的作用，则：问1：ab将如何运动？ab的最大速度是多少？（一）导体切割磁感线类FRab先做加速度减小的加速运动，后匀速运动F安第33页/共42页例：如图所示，处在磁感应强度B=0.5T的光滑且水平的导轨上连接一R=4的电阻,长L=0.4m，r=1的ab开始静止，当受到一个F=0.08N的向右恒力的作用，则：（一）导体切割磁感线类FRabF安P电=P克服安=P外0.8W其它形式能量电能W克服安热能W电流问2：ab速度为10m/s时,总电功率为多少？克服安培力的功率为多少？外力的功率为多少？能量是如何转化的？第34页/共42页例：如图所示，处在磁感应强度B=0.5T的光滑且水平的导轨上连接一R=4的电阻,长L=0.4m，r=1的ab开始静止，当受到一个F=0.08N的向右恒力的作用，则：（一）导体切割磁感线类FRabF安问3:ab速度为5m/s时,总电功率为多少？克服安培力的功率为多少？外力的功率为多少？能量是如何转化的？P电=P克服安=0.2W P外0.4W电能W电流动能其它形式能量热能W克服安WF-W克服安第35页/共42页例：如图所示，处在磁感应强度B=0.5T的光滑且水平的导轨上连接一R=4的电阻,长L=0.4m，r=1的ab开始静止，当受到一个F=0.08N的向右恒力的作用，则：（一）导体切割磁感线类FRabF安P电=P克服安=0.2W P外0.4WP电=P克服安=P外0.8Wv=10m/s时：v=5m/s时：在导体切割磁感线产生电磁感应现象，我们用外力克服安培力做功来量度有多少其它形式的能量转化为电能。W克服安=E电 ；表达式：P克服安=P电第36页/共42页做功能量变化重力做功重力势能变化弹力做功弹性势能变化合外力做功动能变化除弹力和重力之外其他力做功机械能的变化一对滑动摩擦力对系统做功系统内能的变化电场力做功电势能变化功是能量转化的量度克服安培力做功电能变化第37页/共42页例题2：如图所示，光滑水平放置的足够长平行导轨MN、PQ的间距为L，导轨MN、PQ电阻不计。电源的电动势E，内阻r，金属杆EF其有效电阻为R，整个装置处于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度B，现在闭合开关。E，rRF安问1：金属杆EF将如何运动？最终速度多大？LE反先做加速度减小的加速运动，后匀速运动。E=E反E反BLVm思考：在导体切割磁感线情况下，安培力如果做正功，能量又是怎样转化的？如何用做功来量度？第38页/共42页例题2：如图所示，光滑水平放置的足够长平行导轨MN、PQ的间距为L，导轨MN、PQ电阻不计。电源的电动势E，内阻r，金属杆EF其有效电阻为R，整个装置处于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度B，现在闭合开关。E，rRF安LE反问2：当EF速度为v时，其机械功率P机？电路产生的热功率P热？电源消耗的电功率P电？P机、P热、P电三者的关系？P机F安VF安BILP电P机+P热能量守恒第39页/共42页例题2：如图所示，光滑水平放置的足够长平行导轨MN、PQ的间距为L，导轨MN、PQ电阻不计。电源的电动势E，内阻r，金属杆EF其有效电阻为R，整个装置处于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度B，现在闭合开关。E，rRF安LE反问3：能量是如何转化的？如何用做功量度能量的变化？动能热能W安W电流-W安电能第40页/共42页导体切割磁感线产生电磁感应的过程，同时伴随着能量的转化和遵守能量守恒定律。当外力克服安培力做功时，就有其它形式的能转化为电能。W克服安 E电当安培力做正功时，就有电能转化为其它形式的能量。W安 EKRFabF安F安vv第41页/共42页谢谢您的观看！第42页/共42页
