物理选修3-2.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,4,-5,电磁感应现象的两类情况,选修,3-2,导体切割磁感线,动生电动势,电键闭合，改变滑动片的位置,感生电动势,AB,相当于电源,线圈,B,相当于电源,磁场变化引起的电动势,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,非静电力对自由电荷的作用。,a,b,c,d,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,电流是怎样产生的？,自由电荷为什么会运动？,使电荷运动的力难道是变化,的磁场对其施加的力吗？,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,磁场变强,英,麦克斯韦认为，,磁场变化时会在周围空间激发一种电场,-,感生电场,闭合导体中的自由电荷在这种电场下做定向运动,产生感应电流（感生电动势）,感生电动势的非静电力是感生电场对电荷的作用力。,感生电场的方向类似感应电流方向的判定,-,安培定则,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电场。,静电场的电场线是由,发出，到,终止，电场线,闭合，而感应电场是一种涡旋电场，电场线是,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,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,由感生电场引起的磁场方向如何,竖直向上,逆时针,顺时针,向下,原磁场在增强，即电流在增大。,二、理论探究动生电动势的产生,思考与讨论,1,、动生电动势是怎样产生的？,2,、什么力充当非静电力？,提 示,导体中的自由电荷受到,什么力的作用？,导体棒的哪端电势比较高？,非静电力与洛伦兹力有关吗？,F,洛,-,-,F,电,文本呈现,：,当导体棒在匀强磁场,B,中以速度,v,运动,时，导体棒内部的自由电子要受到,洛伦兹力,作用，在洛仑兹力作用下电子沿导线,向,D,端定向运动,，使,D,端和,C,端出现了等量,异种,电荷，,D,为,负极,（低电势），,C,为,正极,（高电势）则导体,CD,相当一个,电源,。,动生电动势的非静电力与洛伦兹力有关。,探讨,：,-,洛伦兹力不做功，不提供能量，只是起传递能量的作用。,即外力克服洛伦兹力的一个分量,F,2,所做的功，通过另一个分量,F,1,转化为感应电流的能量,洛伦兹力做功吗？,能量是怎样转化的呢？,v,F,洛,F,2,F,1,1,、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，下列说法中正确的是（）,A,、磁场变化时，会在在空间中激发一种电场,B,、使电荷定向移动形成电流的力是磁场力,C,、使电荷定向移动形成电流的力是电场力,D,、以上说法都不对,AC,磁场变强,课堂练习,2,、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仑兹力有关,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,AB,V,L,M,N,R,例题：光滑导轨上架一个直导体棒,MN,，设,MN,向右匀速运动的速度为,V,，,MN,长为,L,不计其他电阻求：,（,1,）导体,MN,做匀速运动时受到的安培力大小和方向？,（,2,）导体,MN,受到的外力的大小和方向？,（,3,）,MN,向右运动,S,位移，外力克服安培力做功的表达式是什么？,（,4,）在此过程中感应电流做功是多少？,结论：在纯电阻电路中，外力克服安培力做了多少功将有多少热量产生。,实际应用,动生电动势和感生电动势,1,、,感生电场,:,由变化的磁场激发的电场,.,2,、,感生电动势,:,由感生电场产生的感应电动势称 为感生电动势,.,3,、,动生电动势,:,由于导体运动而产生的感应电动势,.,感应电动势：,感生电动势,动生电动势,课堂总结,答案：,5 s,【,跟踪发散,】,1,1,：如图所示，,A,是一面积为,S,0.2 m,2,、匝数为,n,100,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,(6,0.02,t,)T,，开始时外电路开关,S,断开，已知,R,1,4,，,R,2,6,，电容器电容,C,30 F,，线圈内阻不计，求：,(1)S,闭合后，通过,R,2,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,R,2,的电荷量和电流方向,解析：,由,B,(6,0.02,t,)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,Q,CU,C,30,10,6,0.24 C,7.2,10,6,C,电容器右端带正电，断开,S,后，放电电流方向为,Q,R,2,P,电荷量为,Q,7.2,10,6,C.,答案：,(1)0.04 A,Q,R,2,P,(2)7.2,10,6,C,Q,R,2,P,(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,】,2,1,：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,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,r,0,0.10/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,l,0.20 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,B,kt,，比例系数,k,0.02 T/s.,一电阻不计的金属杆可在导轨上无摩擦地滑动，在滑动过程中保持与导轨垂直，在,t,0,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,t,6.0 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：,BD,2,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,B,t,图象可以看出只有,C,中的磁场是均匀变化的,答案：,C,3.,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：,AB,4.,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,S,4,10,2,m,2,、匝数,n,100,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/s,B,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 V,D,在第,3 s,末线圈中的感应电动势等于零,答案：,AC,