五类电磁感应现象的两类情况.ppt

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1、第四章 5电磁感应现象的两类情况2013年11月7日1.1.什么是电源？什么是电源？2.2.什么是电动势？什么是电动势？复习复习电源是通过非静电力做功把其他形式能转化为电电源是通过非静电力做功把其他形式能转化为电能的装置。能的装置。如果电源移送电荷如果电源移送电荷q时非静电力所做的功为时非静电力所做的功为W，那么那么W与与q的比值，叫做电源的电动势。的比值，叫做电源的电动势。3.3.干电池中的非静电力是什么？干电池中的非静电力是什么？化学作用。化学作用。说明：电路中电动势的作用实际上是某种非静电力说明：电路中电动势的作用实际上是某种非静电力对自由电荷的作用。对自由电荷的作用。思考：在电磁感应现

2、象中，在电磁感应现象中，哪一种作哪一种作用扮演了非静电力的角色用扮演了非静电力的角色？一、电磁感应现象中的感生电场一、电磁感应现象中的感生电场1、感生电场：磁场变化时在其周围空间激发的、感生电场：磁场变化时在其周围空间激发的电场称为感生电场。电场称为感生电场。注：静止的电荷激发的电场叫静电场，静电场电场线是注：静止的电荷激发的电场叫静电场，静电场电场线是由正电荷出发，终于负电荷，电场线是不闭合的，而由正电荷出发，终于负电荷，电场线是不闭合的，而感生电场是一种涡旋电场，电场线是闭合的。感生电场是一种涡旋电场，电场线是闭合的。磁场变强磁场变强思考：如何确定感生电场思考：如何确定感生电场的方向？的方

3、向？感生电场的方向与感应电流的方向相同感生电场的方向与感应电流的方向相同用用楞次定律判定楞次定律判定2、感生电动势：由感生电场使导体产生的电、感生电动势：由感生电场使导体产生的电动势叫感生电动势（导线不动，磁场随时动势叫感生电动势（导线不动，磁场随时间变化时在导线产生的感应电动势）间变化时在导线产生的感应电动势）感生电动势的非静电力是感生电场感生电动势的非静电力是感生电场对电荷的作用。对电荷的作用。磁场变强磁场变强分析与解答：分析与解答：电子带负电，它在电场中受力的电子带负电，它在电场中受力的方向与电场的方向相反。本题中电子沿逆时针方向与电场的方向相反。本题中电子沿逆时针方向运动，所以为使电子

4、加速，产生的电场应方向运动，所以为使电子加速，产生的电场应沿顺时针方向。沿顺时针方向。图中，磁场方向由下向上。根据楞次定律，为图中，磁场方向由下向上。根据楞次定律，为使真空室中产生顺时针方向的感生电场，磁场使真空室中产生顺时针方向的感生电场，磁场应该由弱变强。也就是说，为使电子加速，电应该由弱变强。也就是说，为使电子加速，电磁铁中的电流应该由小变大。磁铁中的电流应该由小变大。思考与讨论-UF洛F2F1讨论结果：1导体中自由电荷（正导体中自由电荷（正电荷）具有水平方向的电荷）具有水平方向的速度，由左手定则可判速度，由左手定则可判断受到沿棒向上的洛伦断受到沿棒向上的洛伦兹力作用，其合运动是兹力作用

5、，其合运动是斜向上的。斜向上的。2自由电荷不会一直运自由电荷不会一直运动下去。因为动下去。因为C、D两端两端聚集电荷越来越多，在聚集电荷越来越多，在CD棒间产生的电场越来棒间产生的电场越来越强，当电场力等于洛越强，当电场力等于洛伦兹力时，自由电荷不伦兹力时，自由电荷不再定向运动。再定向运动。3C端电势高。端电势高。4导体棒中电流是由导体棒中电流是由D指向指向C的。的。二、电磁感应现象中的洛伦兹力二、电磁感应现象中的洛伦兹力1.动生电动势：动生电动势：由于导体运动而产生的电动势。由于导体运动而产生的电动势。动生电动势的非静电力与洛伦兹力有关。探讨探讨探讨探讨：-洛伦兹力不做功，不提供洛伦兹力不做

6、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？UF洛F2F12.动生电动势的大小：动生电动势的大小：则动生电动势为：则动生电动势为：E=BLv 法拉第电磁感应定律得到。

7、法拉第电磁感应定律得到。感生感生电动势电动势动动生生电动势电动势产产生原因生原因磁磁场场的的变变化化导导体做切割磁感体做切割磁感线线运运动动移移动电动电荷荷的非静的非静电电力力感生感生电场对电场对自由自由电电荷的荷的电场电场力力导导体中自由体中自由电电荷所受洛荷所受洛伦兹伦兹力沿力沿导导体方向的分体方向的分力力回路中相回路中相当于当于电电源的源的部分部分处处于于变变化磁化磁场场中中的的线线圈部分圈部分做切割磁感做切割磁感线线运运动动的的导导体体感生电动势与动生电动势的比较感生电动势与动生电动势的比较如图所示，内壁光滑、水平放置的玻璃圆环内，如图所示，内壁光滑、水平放置的玻璃圆环内，有一直径略小

8、于圆环直径的带有一直径略小于圆环直径的带正正电的小球，以速率电的小球，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、磁感应强度直向上、磁感应强度B随时间成正比例增加的变化磁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，那么场设运动过程中小球带电荷量不变，那么()A A小球对玻璃圆环的压力一定不断增大小球对玻璃圆环的压力一定不断增大B B小球所受的磁场力一定不断增大小球所受的磁场力一定不断增大C C小球先沿逆时针方向减速运动，小球先沿逆时针方向减速运动，之后沿顺时针方向加速运动之后沿顺时针方向加速运动D D磁场力对小球一

9、直不做功磁场力对小球一直不做功 例例1【思路点思路点拨拨】解答本解答本题时题时可按以下思路分析：可按以下思路分析：【精精讲讲精精析析】变变化化的的磁磁场场将将产产生生感感生生电电场场，这这种种感感生生电电场场由由于于其其电电场场线线是是闭闭合合的的，也也称称为为涡涡旋旋电电场场，其其场场强强方方向向可可借借助助电电磁磁感感应应现现象象中中感感应应电电流方向的判定方法，使用楞次定律判断流方向的判定方法，使用楞次定律判断当磁当磁场场增增强强时时，会，会产产生生顺时针顺时针方向的方向的涡涡旋旋电电场场，电场电场力先力先对对小球做小球做负负功使其速度减功使其速度减为为零零,后后对对小球做正功使其沿小球

10、做正功使其沿顺时针顺时针方向做加速运方向做加速运动动，所以，所以C正确；磁正确；磁场场力始力始终终与小球运与小球运动动方向方向垂直，因此始垂直，因此始终对终对小球不做功，小球不做功，D正确；小球正确；小球在水平面内沿半径方向受两个力作用：在水平面内沿半径方向受两个力作用：环环的的压压力力FN和磁和磁场场的洛的洛伦兹伦兹力力F，这这两个力的合力两个力的合力充当小球做充当小球做圆圆周运周运动动的向心力，其中的向心力，其中FBqv,磁磁场场在增在增强强，小球的速度先减小，后增大，小球的速度先减小，后增大，所以洛所以洛伦兹伦兹力不一定力不一定总总在增大；在增大；【答案答案】CD【规规律律总总结结】本本

11、题题的的关关键键是是判判断断出出感感生生电电场场的的方方向向，感感生生电电场场对对小小球球做做功功，使使带带电电小小球球的的动动能能发发生生变变化化电磁感应中的能量守恒电磁感应中的能量守恒1.分析回路，分清电源和外电路。在电磁感应分析回路，分清电源和外电路。在电磁感应现象中，切割磁感线的导体或磁通量发生变化现象中，切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势，该导体或回路就相的回路将产生感应电动势，该导体或回路就相当于电源，其余部分相当于外电路当于电源，其余部分相当于外电路2.分析清楚有哪些力做功，明确有哪些形式的分析清楚有哪些力做功，明确有哪些形式的能量发生了转化能量发生了转化3.

12、根据功能关系列式求解根据功能关系列式求解 与与动生电动势动生电动势有关的电磁感应现象中，有关的电磁感应现象中，通过通过克服安培力做功克服安培力做功，把机械能或其他形，把机械能或其他形式的能转化为电能式的能转化为电能克服安培力做多少功，克服安培力做多少功，就产生多少电能就产生多少电能若电路是若电路是纯电阻电路纯电阻电路，转化过来的转化过来的电能将全部转化为电阻的内能电能将全部转化为电阻的内能 在倾角为在倾角为的两平行的两平行光滑光滑长直金属导轨的下端接有长直金属导轨的下端接有一电阻一电阻R，导轨自身的电阻可忽略不计，有一匀强磁场，导轨自身的电阻可忽略不计，有一匀强磁场与两金属导轨平面垂直，方向垂

13、直于导轨面向上质量与两金属导轨平面垂直，方向垂直于导轨面向上质量为为m，电阻可不计的金属棒，电阻可不计的金属棒ab，在沿着导轨面且与棒垂，在沿着导轨面且与棒垂直的直的恒力恒力F作用下沿导轨作用下沿导轨匀速上滑匀速上滑，上升高度为上升高度为h，如图，如图所示则在此过程中所示则在此过程中()A恒力恒力F在数值上等于在数值上等于mgsinB恒力恒力F对金属棒对金属棒ab所做的功等于所做的功等于mghC恒力恒力F与重力的合力对金属棒与重力的合力对金属棒ab所做所做的功等于电阻的功等于电阻R上释放的焦耳热上释放的焦耳热D恒力恒力F与重力的合力对金属棒与重力的合力对金属棒ab所做的功等于零所做的功等于零例

14、例2解析：选解析：选C.金属棒金属棒ab沿导轨匀速上滑，合外力沿导轨匀速上滑，合外力为零，恒力为零，恒力F在数值上等于重力沿导轨方向的在数值上等于重力沿导轨方向的分力与安培力之和，故分力与安培力之和，故A错；动能不变，拉力错；动能不变，拉力做功等于克服重力和安培力做功，克服重力做做功等于克服重力和安培力做功，克服重力做的功等于重力势能的增加，克服安培力做的功的功等于重力势能的增加，克服安培力做的功最终转化为电阻最终转化为电阻R上释放的焦耳热，故上释放的焦耳热，故B错；错；恒力与重力的合力对金属棒做的功等于恒力与重力的合力对金属棒做的功等于克服安培力做的功，大小等于电阻克服安培力做的功，大小等于

15、电阻R上释放的上释放的焦耳热，焦耳热，C对对D错错电磁感应中的图象问题电磁感应中的图象问题电磁感应中常涉及磁感应强度电磁感应中常涉及磁感应强度B、磁通量、磁通量、感应电动势感应电动势E、感应电流、感应电流I、安培力、安培力F安安或外力或外力F外外随时间随时间t变化的图象，即变化的图象，即Bt图、图、t图、图、Et图、图、It图、图、Ft图对于切割磁感线产生图对于切割磁感线产生感应电动势和感应电流的情况，还常涉及感感应电动势和感应电流的情况，还常涉及感应电动势应电动势E和感应电流和感应电流I随位移随位移x变化的图象，变化的图象，即即Ex图、图、Ix图等这些图象问题大体上可图等这些图象问题大体上可

16、分为两类：分为两类：1.由给定的电磁感应过程选出或画出正确图象由给定的电磁感应过程选出或画出正确图象2.由给定的有关图象分析电磁感应过程，求解相由给定的有关图象分析电磁感应过程，求解相应的物理量应的物理量处理图象问题首先要分清阶段，然后对每个阶段处理图象问题首先要分清阶段，然后对每个阶段的导体切割情况或回路磁通量变化情况进行详细的导体切割情况或回路磁通量变化情况进行详细分析，并进一步确定感应电动势、感应电流等的分析，并进一步确定感应电动势、感应电流等的大小和方向的变化特点，最后把握整个过程的变大小和方向的变化特点，最后把握整个过程的变化规律化规律如图甲所示，光滑导轨水平放置在与水平方向夹如图甲

17、所示，光滑导轨水平放置在与水平方向夹角角60斜向下斜向下的匀强磁场中，匀强磁场的磁感应强度的匀强磁场中，匀强磁场的磁感应强度B随随时间的变化规律如图乙所示时间的变化规律如图乙所示(规定规定斜向下为正方向斜向下为正方向)，导，导体棒体棒ab垂直导轨放置，除电阻垂直导轨放置，除电阻R的阻值外，其余电的阻值外，其余电阻不计，导体棒阻不计，导体棒ab在水平外力作用下在水平外力作用下始终始终处于处于静止静止状态状态规定规定ab的方向为电流的正方向，水平向右的方向为的方向为电流的正方向，水平向右的方向为外力的正方向外力的正方向，则在则在0t时间内，能正确反映流过导体时间内，能正确反映流过导体棒棒ab的电流

18、的电流I和导体棒和导体棒ab所受水平外力所受水平外力F随时间随时间t变化的图变化的图象是象是()例例3【精精讲讲精析精析】由楞次定律可判定回路中的由楞次定律可判定回路中的电电流始流始终为终为ba方向，由法拉第方向，由法拉第电电磁感磁感应应定律可判定回路定律可判定回路电电流大小流大小恒定，故恒定，故A、B错错；由；由F安安BIL可得可得F安安随随B的的变变化而化而变变化，化，在在0t0时间时间内，内，F安安方向向右，故外力方向向右，故外力F与与F安安等等值值反向，反向，方向向左方向向左为负值为负值；在；在t0t时间时间内，内，F安安方向改方向改变变，故外力，故外力F方向也改方向也改变为变为正正值

19、值，综综上所述，上所述，D项项正确正确【答案答案】D【规规律律总总结结】解解决决这这类类问问题题时时，一一般般采采取取排排除除法法根根据物理量的方向据物理量的方向(正、正、负负)判断判断较为简单较为简单导体棒在磁场中运动的动态分析导体棒在磁场中运动的动态分析通过导体的感应电流在磁场中将受到安培力作用，从而引起导体速通过导体的感应电流在磁场中将受到安培力作用，从而引起导体速度、加速度的变化度、加速度的变化1.基本方法基本方法(1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律求出感应电流的方用法拉第电磁感应定律和楞次定律求出感应电流的方向和感应电动势的大小向和感应电动势的大小(2)求出回路中电流的大小求出回路中

20、电流的大小(3)分析研究导分析研究导体受力情况体受力情况(包括安培力，用左手定则确定其方向包括安培力，用左手定则确定其方向)(4)列出动力学方列出动力学方程或者平衡方程求解程或者平衡方程求解2.基本思路基本思路：电磁感应力学问题中，要抓好受力情况、运动情况的电磁感应力学问题中，要抓好受力情况、运动情况的动态：分析导体受力运动产生感应电动势动态：分析导体受力运动产生感应电动势感应电流感应电流通电导体受通电导体受到安培力到安培力合外力变化合外力变化加速度变化加速度变化速度变化，周而复始的循环，速度变化，周而复始的循环，循环结束时，加速度为循环结束时，加速度为0，导体达到稳定状态，速度达到最值，导体

21、达到稳定状态，速度达到最值 如如图图甲所示，两根足甲所示，两根足够长够长的直金属的直金属导导体体MN、PQ平行放置在平行放置在倾倾角角为为的的绝缘绝缘斜面上，两斜面上，两导轨导轨间间距距为为L.M、P两点两点间间接有接有阻阻值为值为R的的电电阻一根阻一根质质量量为为m的均匀直的均匀直金属杆金属杆ab放在两放在两导轨导轨上，并与上，并与导轨导轨垂直垂直整套装置整套装置处处于磁感于磁感应应强强度度为为B的匀的匀强强磁磁场场中，中，磁磁场场方方向向垂垂直直斜斜面面向向下下导导轨轨和和金金属属杆杆的的电电阻阻可可忽忽略略让让ab杆杆沿沿导导轨轨由由静静止止开始下滑，开始下滑，导轨导轨和金属杆接触良好和金属杆接触良好,不不计计它它们们之之间间的摩擦的摩擦(1)由由b向向a方方向向看看到到的的装装置置如如图图乙乙所所示示，请请在在图图中中画画出出ab杆杆下下滑滑过过程程中中某某时时刻刻的受力示意图；的受力示意图；(2)在加速下滑过程中，当在加速下滑过程中，当ab杆的速度大小为杆的速度大小为v时，时，求此时求此时ab杆中的电流及其加速度的大小；杆中的电流及其加速度的大小；(3)求在下滑过程中，求在下滑过程中，ab杆可以达到的最大速度杆可以达到的最大速度例例4Thanks 谢谢您的观看！