物理选修3-2.ppt

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1、4-5电磁感应现象的两类情况电磁感应现象的两类情况选修选修3-23-2 导体切割磁感线导体切割磁感线动生电动势动生电动势电键闭合，改变滑动片的位置电键闭合，改变滑动片的位置感生电动势感生电动势ABABABAB相当于电源相当于电源相当于电源相当于电源线圈线圈B B相当相当于电源于电源磁场变化引磁场变化引起的电动势起的电动势回顾电荷在外电路和内电路中的运动。回顾电荷在外电路和内电路中的运动。电源电动势的作用是某种电源电动势的作用是某种非静电力对自由电荷的作用。非静电力对自由电荷的作用。abcd化学作用就是我们所说的非静电力一、理论探究感生电动势的产生一、理论探究感生电动势的产生一、理论探究感生电动

2、势的产生一、理论探究感生电动势的产生电流是怎样产生的？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？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？猜想：使电荷运动的力可能是猜想：使电荷运动的力可能是洛伦兹力、静电力、或者是其它力洛伦兹力、静电力、或者是其它力磁场变强磁场变强英麦克斯韦认为，麦克斯韦认为，麦克斯韦认为，麦克斯韦认为，磁场变化时会在周围空间激发磁场变化时会在周围空间激发磁场变化时会在周围空间激发磁场变化时会在周围空间激发一种电场一种电场一种电场一种电场-感生电场感生电场感生电场感生电场闭合导体中的自由电荷在这种闭合导体中

3、的自由电荷在这种闭合导体中的自由电荷在这种闭合导体中的自由电荷在这种电场下做定向运动电场下做定向运动电场下做定向运动电场下做定向运动产生感应电流（感生电动势）产生感应电流（感生电动势）产生感应电流（感生电动势）产生感应电流（感生电动势）感生电动势的非感生电动势的非静电力是感生电静电力是感生电场对电荷的作用场对电荷的作用力。力。感生电场的方向类感生电场的方向类似感应电流方向的似感应电流方向的判定判定-安培定则安培定则静止的电荷激发的电场叫静电场，变化的静止的电荷激发的电场叫静电场，变化的磁场会在周围空间激发一种电场叫做感应磁场会在周围空间激发一种电场叫做感应电场。电场。静电场的电场线是由静电场的

4、电场线是由 发出，发出，到到 终止，电场线终止，电场线 闭合，闭合，而感应电场是一种涡旋电场，电场线是而感应电场是一种涡旋电场，电场线是 的。的。正电荷负电荷不实际应用电子感应加速器穿过真空室内磁场的方向穿过真空室内磁场的方向穿过真空室内磁场的方向穿过真空室内磁场的方向由图知电子沿什么方向运动由图知电子沿什么方向运动由图知电子沿什么方向运动由图知电子沿什么方向运动要使电子沿此方向加速，要使电子沿此方向加速，要使电子沿此方向加速，要使电子沿此方向加速，感生电场的方向如何感生电场的方向如何感生电场的方向如何感生电场的方向如何由感生电场引起的磁场方由感生电场引起的磁场方由感生电场引起的磁场方由感生电

5、场引起的磁场方向如何向如何向如何向如何竖直向上竖直向上逆逆时时针针顺顺时时针针向下向下原磁场在增强，即电流在原磁场在增强，即电流在原磁场在增强，即电流在原磁场在增强，即电流在增大。增大。增大。增大。二、理论探究动生电动势的产生二、理论探究动生电动势的产生二、理论探究动生电动势的产生二、理论探究动生电动势的产生思考与讨论思考与讨论思考与讨论思考与讨论1、动生电动势是怎样产生的？、动生电动势是怎样产生的？2、什么力充当非静电力？、什么力充当非静电力？提提提提 示示示示导体中的自由电荷受到导体中的自由电荷受到 什么力的作用？什么力的作用？导体棒的哪端电势比较高？导体棒的哪端电势比较高？非静电力与洛伦

6、兹力有关吗？非静电力与洛伦兹力有关吗？F洛-F电文本呈现文本呈现文本呈现文本呈现：当导体棒在匀强磁场当导体棒在匀强磁场当导体棒在匀强磁场当导体棒在匀强磁场B B B B中以中以中以中以速度速度速度速度v v v v运动运动运动运动时，导体棒内部的自时，导体棒内部的自时，导体棒内部的自时，导体棒内部的自由电子要受到由电子要受到由电子要受到由电子要受到洛伦兹力洛伦兹力洛伦兹力洛伦兹力作用，作用，作用，作用，在洛仑兹力作用下电子沿导线在洛仑兹力作用下电子沿导线在洛仑兹力作用下电子沿导线在洛仑兹力作用下电子沿导线向向向向D D D D 端定向运动端定向运动端定向运动端定向运动，使，使，使，使D D D

7、 D端和端和端和端和C C C C端端端端出现了等量出现了等量出现了等量出现了等量异种异种异种异种电荷，电荷，电荷，电荷，D D D D为为为为负极负极负极负极（低电势），（低电势），（低电势），（低电势），C C C C为为为为正极正极正极正极（高电势）（高电势）（高电势）（高电势）则导体则导体则导体则导体CDCDCDCD相当一个相当一个相当一个相当一个电源电源电源电源。动生电动势的非静电力动生电动势的非静电力与洛伦兹力有关。与洛伦兹力有关。探讨探讨探讨探讨：-洛伦兹力不做功，不提供洛伦兹力不做功，不提供洛伦兹力不做功，不提供洛伦兹力不做功，不提供能量，只是起传递能量的能量，只是起传递能量的

8、能量，只是起传递能量的能量，只是起传递能量的作用。作用。作用。作用。即外力克服洛伦即外力克服洛伦兹力的一个分量兹力的一个分量F F2 2所做所做的功，通过另一个分的功，通过另一个分量量F F1 1转化为感应电流的转化为感应电流的能量能量洛伦兹力做功吗？洛伦兹力做功吗？洛伦兹力做功吗？洛伦兹力做功吗？能量是怎样转化的呢？能量是怎样转化的呢？能量是怎样转化的呢？能量是怎样转化的呢？vF洛F2F11 1、一个闭合电路静止于磁场中，由于磁场强、一个闭合电路静止于磁场中，由于磁场强弱的变化，而使电路中产生了感应电动势，弱的变化，而使电路中产生了感应电动势，下列说法中正确的是（下列说法中正确的是（）A A

9、、磁场变化时，会在在空间中激发一种电场、磁场变化时，会在在空间中激发一种电场B B、使电荷定向移动形成电流的力是磁场力、使电荷定向移动形成电流的力是磁场力C C、使电荷定向移动形成电流的力是电场力、使电荷定向移动形成电流的力是电场力D D、以上说法都不对、以上说法都不对AC磁场变强磁场变强2 2、如图所示，导体、如图所示，导体ABAB在做切割磁感线运动时，将产生在做切割磁感线运动时，将产生一个电动势，因而在电路中有电流通过，下列说法中正一个电动势，因而在电路中有电流通过，下列说法中正确的是（确的是（）A A、因导体运动而产生的感应电动势称为动生电动势、因导体运动而产生的感应电动势称为动生电动势

10、B B、动生电动势的产生与洛仑兹力有关、动生电动势的产生与洛仑兹力有关C C、动生电动势的产生与电场力有关、动生电动势的产生与电场力有关D D、动生电动势和感生电动势产生的原因是一样的、动生电动势和感生电动势产生的原因是一样的ABABV VLMN R例题：光滑导轨上架一个直导体棒例题：光滑导轨上架一个直导体棒例题：光滑导轨上架一个直导体棒例题：光滑导轨上架一个直导体棒MNMNMNMN，设，设，设，设MNMNMNMN向右匀速向右匀速向右匀速向右匀速运动的速度为运动的速度为运动的速度为运动的速度为V V V V，MNMNMNMN长为长为长为长为L,L,L,L,不计其他电阻求：不计其他电阻求：不计其

11、他电阻求：不计其他电阻求：（1 1 1 1）导体）导体）导体）导体MNMNMNMN做匀速运动时受到的安培力大小和方向？做匀速运动时受到的安培力大小和方向？做匀速运动时受到的安培力大小和方向？做匀速运动时受到的安培力大小和方向？（2 2 2 2）导体）导体）导体）导体MNMNMNMN受到的外力的大小和方向？受到的外力的大小和方向？受到的外力的大小和方向？受到的外力的大小和方向？（3 3 3 3）MNMNMNMN向右运动向右运动向右运动向右运动S S S S位移，外力克服安培力做功的表达位移，外力克服安培力做功的表达位移，外力克服安培力做功的表达位移，外力克服安培力做功的表达式是什么？式是什么？式

12、是什么？式是什么？（4 4 4 4）在此过程中感应电流做功是多少？）在此过程中感应电流做功是多少？）在此过程中感应电流做功是多少？）在此过程中感应电流做功是多少？结论：在纯电阻电路中，外力克结论：在纯电阻电路中，外力克服安培力做了多少功将有多少热服安培力做了多少功将有多少热量产生。量产生。实际应用实际应用动生电动生电动势和动势和感生电感生电动势动势1 1、感生电场感生电场:由变化的磁场激发的电场由变化的磁场激发的电场.2 2、感生电动势感生电动势:由感生电场产生的感应电动势称由感生电场产生的感应电动势称 为感生电动势为感生电动势.3 3、动生电动势动生电动势:由于导体运动而产生的感应电动势由于

13、导体运动而产生的感应电动势.感应电动势：感应电动势：感生电动势感生电动势动生电动势动生电动势课堂总结课堂总结课堂总结课堂总结答案：5 s【跟踪发散】11：如图所示，A是一面积为S0.2 m2、匝数为n100匝的圆形线圈，处在均匀磁场中，磁场方向与线圈平面垂直，磁感应强度随时间变化规律为B(60.02t)T，开始时外电路开关S断开，已知R14，R26，电容器电容C30 F，线圈内阻不计，求：(1)S闭合后，通过R2的电流大小和方向；(2)S闭合一段时间后又断开，在断开后流过R2的电荷量和电流方向解析：由B(60.02t)T知，圆形线圈A内的磁场先是向里均匀减小，后是向外均匀增大，由楞次定律知，感

14、生电动势的方向始终为顺时针方向，画出等效电路图如下图所示电容器带电量QCUC301060.24 C7.2106 C电容器右端带正电，断开S后，放电电流方向为QR2P电荷量为Q7.2106 C.答案：(1)0.04 AQR2P (2)7.2106 CQR2P(2010重庆卷)法拉第曾提出一种利用河流发电的设想，并进行了实验研究实验装置的示意图可用图所示，两块面积均为S的矩形金属板，平行、正对、竖直地全部浸在河水中，间距为d，水流速度处处相同，大小为v，方向水平金属板与水流方向平行，地磁场磁感应强度的竖直分量为B，水的电阻率为，水面上方有一阻值为R的电阻通过绝缘导线和电键K连接到两金属板上，忽略边

15、缘效应求：(1)该发电装置的电动势；(2)通过电阻R的电流强度；(3)电阻R消耗的电功率【跟踪发散】21：一航天飞机下有一细金属杆，杆指向地心若仅考虑地磁场的影响，则当航天飞机位于赤道上空()A由东向西水平飞行时，金属杆中感应电动势的方向一定由上向下B由西向东水平飞行时，金属杆中感应电动势的方向一定由上向下C沿经过地磁极的那条经线由南向北水平飞行时，金属杆中感应电动势的方向一定由下向上D沿经过地磁极的那条经线由北向南水平飞行时，金属杆中一定没有感应电动势选项诊断结论A地磁场方向水平向北，金属杆向西运动，切割磁感线，由右手定则知动生电动势方向竖直向下(根据左手定则知自由电子受洛伦兹力向上偏移)B

16、由A分析方法，知B应由下向上C沿经过地磁极的那条经线由南向北水平飞行时，金属杆不切割磁感线，因而不产生动生电动势.D分析同C感生电动势和动生电动势方向关系的判定如果同一电路中同时存在感生电动势和动生电动势，应考虑两者的方向，弄清连接方式，是串联还是并联，如果串联，方向相同则电动势相加，相反则电动势相减如图所示，两根平行金属导轨固定在水平桌面上，每根导轨的单位长度电阻为r00.10/m，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l0.20 m有随时间变化的匀强磁场垂直于桌面，已知磁感应强度B与时间t的关系为Bkt，比例系数k0.02 T/s.一电阻不计的金属杆可在导轨上无摩擦地滑动，

17、在滑动过程中保持与导轨垂直，在t0时刻，金属杆紧靠在P、Q端，在外力作用下，杆以恒定的加速度从静止开始向导轨的另一端滑动，求在t6.0 s时金属杆所受的安培力1在空间某处存在一变化的磁场，则下列说法中正确的是()A在磁场中放一闭合线圈，线圈中一定会产生感应电流B在磁场中放一闭合线圈，线圈中不一定产生感应电流C在磁场中不放闭合线圈，在变化的磁场周围一定不会产生电场D在磁场中不放闭合线圈，在变化的磁场周围一定会产生电场解析：由感应电流产生的条件可知，只有闭合线圈中磁通量发生改变，才能产生感应电流，如果闭合线圈平面与磁场方向平行，则线圈中无感应电流产生，故A错误，B正确；由麦克斯韦电磁场理论可知，感

18、生电场的产生与变化的磁场周围有无闭合线圈无关，故C错误，D正确故正确答案为B、D.答案：BD2在如图所示的四种磁场情况中能产生恒定的感生电场的是()解析：均匀变化的磁场会产生恒定的感生电场，由Bt图象可以看出只有C中的磁场是均匀变化的答案：C3.如图所示，导体AB在做切割磁感线运动时，将产生一个电动势，因而在电路中有电流通过，下列说法中正确的是()A因导体运动而产生的感应电动势称为动生电动势B动生电动势的产生与洛伦兹力有关C动生电动势的产生与电场力有关D动生电动势和感生电动势产生的原因是一样的解析：如右图所示，当导体向右运动时，其内部的自由电子因受向下的洛伦兹力作用向下运动，于是在棒的B端出现

19、负电荷，而在棒的A端出现正电荷，所以A端电势比B端高棒AB就相当于一个电源，正极在A端答案：AB4.某空间出现了如右图所示的一组闭合的电场线，这可能是()A沿AB方向的磁场在迅速减弱B沿AB方向的磁场在迅速增强C沿BA方向的磁场在迅速增强D沿BA方向的磁场在迅速减弱解析：根据电磁感应原理，闭合回路中的磁通量变化时，会使闭合回路中产生感应电流，该电流的方向可用楞次定律判断根据麦克斯韦电磁理论，闭合回路中产生感应电流，是因为闭合回路中的自由电荷受到了电场力的作用，而变化的磁场产生电场，与是否存在闭合回路没有关系，故空间磁场变化产生的电场方向，仍然可用楞次定律判断，四指环绕方向即为感应电场的方向，由

20、此可知A、C正确5如右图所示，内壁光滑的塑料管弯成的圆环平放在水平桌面上，环内有一带负电的小球，整个装置处于竖直向下的磁场中，当磁场突然增大时，小球将()A沿顺时针方向运动B沿逆时针方向运动C在原位置附近往复运动D仍然保持静止状态解析：当磁场增大时，由楞次定律和右手螺旋定则知，感应电场沿逆时针方向，带负电小球在电场力作用下沿顺时针方向运动6一个面积S4102 m2、匝数n100匝的线圈放在匀强磁场中，磁场方向垂直于线圈平面，磁感应强度B随时间t变化的规律如图所示，则下列判断正确的是()A在开始的2 s内穿过线圈的磁通量变化率等于0.08 Wb/sB在开始的2 s内穿过线圈的磁通量的变化量等于零C在开始的2 s内线圈中产生的感应电动势等于8 VD在第3 s末线圈中的感应电动势等于零答案：答案：AC