物理选修人教新课标电磁感应规律的应用学习教案.pptx

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1、物理选修物理选修(xunxi)人教新课标电磁感应规人教新课标电磁感应规律的应用律的应用第一页，共39页。2 2知识与技能1了解电磁感应现象中的感生电场和洛伦兹力的产生原因2知道感生电场、感生电动势的概念(ginin)3会用楞次定律判断感生电场的方向，用左手定则判断洛伦兹力的方向第1页/共39页第二页，共39页。3 3过程与方法用类比的方法得到产生的感生电动势来源于感生电场；从已有洛伦兹力的知识推理动生电动势是由导体内自由电荷受洛伦兹力作用运动而产生的情感、态度与价值观能利用公式解决实际问题，培养分析、归纳和解决实际问 题 的 能 力，体 会 物 理(wl)理论在实际问题中的指导意义第2页/共3

2、9页第三页，共39页。4 4第3页/共39页第四页，共39页。5 519世纪60年代，英国物理学家麦克斯韦在他的电磁场理论中指出：磁场变化时会在空间激发一种电场如果此刻空间存在闭合导体，导体中的自由电荷就会在这种电场的作用下做定向运动(yndng)，产生感应电流，或者说导体中产生了感应电动势如图所示是一种环保手摇式手电筒，不用电池，使用之前沿轴线方向摇动几下，手电筒就能持续发光一段时间你知道它的工作原理吗？第4页/共39页第五页，共39页。6 6原来，手电筒中间部分是一个与灯泡及蓄电电路相连的线圈，手电筒内有一块柱状的永久磁体，摇动(yo dng)手电筒时磁体可以来回穿过线圈，引起穿过线圈磁通

3、量的变化，从而产生感应电动势和感应电流，维持灯泡发光第5页/共39页第六页，共39页。7 7感生电场与感生电动势1感生电场19世纪60年代，英国物理学家麦克斯韦在他的电磁场理论中指出：变化的磁场在周围空间激发(jf)电场，我们把这种电场叫感生电场第6页/共39页第七页，共39页。8 8(1)产生：如图所示，当磁场变化时，产生感生电场，感生电场的电场线是与磁场垂直的曲线如果空间存在闭合导体，导体中的自由电荷就会在电场力作用下定向移动(ydng)而产生感应电流，或者说导体中产生了感生电动势(2)方向：闭合环形回路(可假定存在)的电流方向就是感生电动势的方向，根据楞次定律和右手定则确定第7页/共39

4、页第八页，共39页。9 91 感 生 电 场 是 否 存 在(cnzi)仅取决于有无变化的 磁 场，与 是 否 存 在(cnzi)导 体 及 是 否 存 在(cnzi)闭合回路无关2静电场的电场线不闭合，感生电场由于是一种涡旋场，所以电场线闭合第8页/共39页第九页，共39页。10102感生电动势的产生由感生电场使导体产生的电动势叫感生电动势感生电动势在电路中的作用就是充当电源，其电路就是内电路，当它与外电路连接后就会对外电路供电变化的磁场在闭合(b h)导体所在空间产生电场，导体内自由电荷在电场力作用下产生感应电流，或者说导体中产生了感应电动势由此可见，感生电场就相当于电源内部的所谓的非静电

5、力，对电荷产生力的作用.第9页/共39页第十页，共39页。11111动生电动势：导体在磁场中做切割磁感线运动时产生的电动势2动生电动势的产生原因分析导体在磁场中做切割磁感线运动时，产生动生电动势，它是由于导体中自由电子受到洛伦兹力作用引起(ynq)的使自由电子做定向移动的非静电力就是洛伦兹力第10页/共39页第十一页，共39页。1212如图所示，一条直导线CD在匀强磁场B中以速度v向右运动，并且导线CD与B、v的方向互相垂直由于导体中的自由电子(dinz)随导体一起以速度v运动，因此每个电子(dinz)受到的洛伦兹力为FevB.F的方向竖直向下，在F的作用下自由电子(dinz)沿导体向下运动，

6、使导体下端出现过剩的负电荷，导体上端出现过剩的正电荷，结果是C端的电势高于D端的电势，出现由C端指向D端的静电场，此电场对电子(dinz)的作用力F是向上的，与洛伦兹力的方向相反随着导体两端正、负电荷的积累，场强不断增强，当作用到自由电子(dinz)上的静电力与洛伦兹力互相平衡时，C、D两端便产生了一个稳定的电势差第11页/共39页第十二页，共39页。1313如果用另外的导线把C、D两端连起来，由于C端电势比D端高，自由电子在静电力作用(zuyng)下将在导线框中沿顺时针方向流动，形成逆时针的感应电流电荷的流动使C、D两端积累的电荷减少，洛伦兹力又不断地使电子从C端运动到D端，达到动态平衡，形

7、成一个稳定的电动势第12页/共39页第十三页，共39页。1414洛伦兹力是产生(chnshng)动生电动势的原因，即洛伦兹力是产生(chnshng)动生电动势的非静电力第13页/共39页第十四页，共39页。15153动生电动势与感生电动势的区别与联系(1)相当于电源的部分不同由于导体运动而产生电动势时，运动部分的导体相当于电 源，而 由 于 磁 场 变 化(binhu)产生感应电动势时，磁场穿过的线圈部分相当于电源(2)的含义不同导体运动产生的电动势，是由于导体线框本身的面积发生变化(binhu)而产生的，所以BS.而感生电动势，是由于B引起的，所以BS.第14页/共39页第十五页，共39页。

8、1616(3)动生电动势和感生电动势具有的相对性动生电动势和感生电动势的划分，在某些(mu xi)情况下只有相对意义将条形磁铁插入线圈中，如果在相对于磁铁静止的参考系内观察，磁铁不动，空间各点的磁性也没有发生变化，而线圈在运动，线圈中的电动势是动生的；但是，如果在相对于线圈静止的参考系内观察，则看到磁铁在运动，引起空间磁场发生变化，因而，线圈中的电动势又是感生的在这种情况下，究竟把电动势看做是动生的还是感生的，决定于观察者所在参考系第15页/共39页第十六页，共39页。1717(1)并不是在任何情况下都能通过转换参考系把一种电动势归结为另一种电动势(2)不管对哪一种电动势，法拉第电磁感应定律、

9、楞次定律都成立(3)若在磁场变化的同时导体 也 做 切 割 磁 感 线 运 动(yndng)，则两种电动势可同时存在第16页/共39页第十七页，共39页。1818例1如图所示，内壁光滑、水平放置的玻璃圆管内，有一直径略小于圆管直径的带正电(zhngdin)的小球，以速率v0沿逆时针方向匀速转动，若在此空间突然加上方向竖直向上、磁感应强度B随时间成正比例增加的变化磁场设运动过程中小球带电荷量不变，那么()第17页/共39页第十八页，共39页。1919A小球(xio qi)对玻璃圆管的压力一定不断增大B小球(xio qi)所受的磁场力一定不断增大C小球(xio qi)先沿逆时针方向减速运动，过一段

10、时间后沿顺时针方向加速运动D磁场力对小球(xio qi)一直不做功答案：CD第18页/共39页第十九页，共39页。2020分析：变化(binhu)的磁场将产生感生电场，这种感生电场由于其电场线是闭合的，也称为涡旋电场，其场强方向可借助电磁感应现象中感应电流方向的判定方法，使用楞次定律判断解析：当磁场增强时，会产生顺时针方向的涡旋电场，电场力先对小球做负功使其速度减为零，后对小球做正功使其沿顺时针方向做加速运动，所以C正确；磁场力始终与小球运动方向垂直因此始终对小球不做功，D正确；第19页/共39页第二十页，共39页。2121第20页/共39页第二十一页，共39页。2222反思提升：本题有一定的

11、综合性，解题的关键(gunjin)是判断出感生电场的方向由感生电场与感应电流的方向关系、楞次定律以及右手螺旋定则可知，在小球轨道处产生一稳定的感生电场带电小球既受洛伦兹力又受电场力的作用第21页/共39页第二十二页，共39页。2323变式训练11 如图所示，是一电子感应加速器的示意图，实 线 表 示 通 电(tng din)螺线管的横截面，线圈中通以如图所示电流，线圈内产生匀强磁场，电子垂直磁场进入后在该磁场中沿虚线做匀速圆周运动当螺线管中电流I增大时，电子的动能将_(填“增大”、“减小”或“不变”)答案：增大第22页/共39页第二十三页，共39页。2424解析：当螺线管中通以如图所示的恒定电

12、流时，管内产生垂直纸面向内的匀强磁场(cchng)，当电子垂直于磁场(cchng)射入时，就可在磁场(cchng)内做顺时针方向的匀速圆周运动当螺线管中电流增大时，磁场(cchng)的磁感应强度增大，变化的磁场(cchng)在周围会引起电场，这个电场的电场线是一些以螺线管轴线为中心的同心圆，方向为逆时针电子处在这个由变化的磁场(cchng)产生的电场中，受电场力作用而被加速，故动能增大.第23页/共39页第二十四页，共39页。2525例2如图所示，为地磁场磁感线的示意图在北半球地磁场的竖直(sh zh)分量向下飞机在我国上空匀速巡航，机翼保持水平，飞行高度不变由于地磁场的作用，金属机翼上有电势

13、差设飞行员左方机翼末端处的电势为1.右方机翼末端处的电势为2，则()第24页/共39页第二十五页，共39页。2626A若飞机从西往东飞，1比2高B若飞机从东往西飞，2比1高C若飞机从南往北飞，1比2高D若飞机从北往南飞，2比1高答案：AC解析：这是一道考查右手定则的题目要解答(jid)好这道题，首先明确用哪只手判断，其次要明确磁场的方向、手的放法，最后要明确拇指、四指应各指什么方向，四指所指的方向应是正电荷积累的方向，该端电势高于另一端 第25页/共39页第二十六页，共39页。2727对A选项：磁场竖直分量向下，手心向上，拇指指向飞机飞行方向，四指指向左翼末端，故12，A正确同理，飞机从东往西

14、飞，仍是12，B错误，从南往北、从 北 往 南 飞，都 是12，故C选项正确，D选项错误反思提升：该题中飞机两翼是金属材料，可视为一垂直于飞行方向切割竖直向下的磁感线的导体(dot)棒，磁场水平分量对产生电动势无作用用右手定则时四指所指方向电势高第26页/共39页第二十七页，共39页。2828变式训练21 如图所示，直导线MN上通过电流(dinli)I,当其右侧的金属棒ab在金属导轨上向右匀速移动时,绕在铁芯上的线圈AB中的电流(dinli)的方向为,线圈CD中感应电流(dinli)的方向为,A点的电势 于B点的电势,C点的电势 于D点的电势.答案：从A到B从C到D高低 第27页/共39页第二

15、十八页，共39页。2929例3如图所示，处于匀强磁场中的平行(pngxng)金属导轨跟大线圈P相接，导轨(导轨的电阻不计)上放一导线ab，大线圈P内有同圆心的闭合小线圈M，要使M中产生顺时针方向的感应电流，导线ab的运动是()第28页/共39页第二十九页，共39页。3030A匀速向右运动B加速向右运动C减速向右运动 D加速向左运动答案：CD解析：导线(doxin)ab切割磁感线产生感应电流，在大线圈P中产生磁场，当通过线圈M的磁通量发生变化，M中就产生感应电流第29页/共39页第三十页，共39页。3131逐项分析(fnx)如下.选项诊断结论Aab匀速向右运动时，ab中感应电动势一定，P中电流一

16、定，P中磁场一定，M中磁通量不变，M中无感应电流.Bab加速向右运动时，ab中感应电动势增大，P中电流增大，P中磁场增强，M中磁场方向垂直纸面向里，M中磁通量增加，由楞次定律和右手定则可知，M中感应电流方向与图中方向相反.Cab减速向右运动时，ab中感应电动势减小，P中电流减小，P中磁场减弱，M中磁场方向垂直纸面向里，M中磁通量减小，由楞次定律和右手定则可知，M中感应电流方向与图中方向相同.Dab加速向左运动时，ab中感应电动势增大，P中电流增大，P中磁场增强，M中磁场方向垂直纸面向外，M中磁通量增加，由楞次定律和右手定则可知，M中感应电流方向与图中方向相同第30页/共39页第三十一页，共39

17、页。3232反思提升：本题的情景中发生了两次电磁感应，只有ab棒变速，才会产生变化的感应电流，从而在P中产生变化的磁场；穿过(chun u)M的磁通量变化，就产生第二次电磁感应这两次电磁感应分别是由切割磁感线和磁通量变化产生的第31页/共39页第三十二页，共39页。3333变式训练31如图所示装置中，cd杆原来静止当ab杆 做 如 下 哪 些 运 动(yndng)时，cd杆将向右移动()A向右匀速运动(yndng)B 向 右 加 速 运 动(yndng)C 向 左 加 速 运 动(yndng)D向左减速运动(yndng)答案：BD第32页/共39页第三十三页，共39页。3434解析：ab匀速运

18、动时，ab中感应电流(dinli)恒定，L1中磁通量不变，穿过L2的磁通量不变化，L2中无感应电流(dinli)产生，cd保持静止，A不正确；ab向右加速运动时，L2中的磁通量向下，增大，通过cd的电流(dinli)方向向下，cd向右移动，B正确；同理可得C不正确，D正确选B、D.第33页/共39页第三十四页，共39页。3535知识点要点扫描感生电场1.磁场变化时，在空间激发电场处于此刻空间的导体中的自由电荷就会在电场的作用下做定向运动，产生感应电流这种情况下，所谓的非静电力就是感生电场对自由电荷的作用洛伦兹力2.一段导体在做切割磁感线的运动时相当于一个电源这时的非静电力与洛伦兹力有关.第34页/共39页第三十五页，共39页。3636第35页/共39页第三十六页，共39页。3737第36页/共39页第三十七页，共39页。3838安全检查报警器北京奥运会期间(qjin)，观众入场前都要接受安全检查，下图中是一种手持式安全检查报警器，一靠近金属体，它就会发出报警声这是为什么呢？第37页/共39页第三十八页，共39页。3939原来，在报警器内有一线圈，线圈中通有高频电流，因此线圈周围有着高频的变化(binhu)磁场当报警器靠近金属体时，线圈的磁场在金属体中感应出涡电流，涡电流产生的磁场又会穿过线圈，改变线圈中的原磁场，使相关的电子线路产生报警声第38页/共39页第三十九页，共39页。