2019-2020学年高中物理 第四章 第5节 电磁感应现象的两类情况课件 新人教版选修3-2

第四章电磁感应第5节电磁感应现象的两类情况第四章电磁感应1.认识感生电场，并能说出感生电动势和动生电动势的概念．2.会分析感生电动势和动生电动势对应的非静电力，理解感生电动势和动生电动势产生的原因．(重点＋难点)3.会判断感生电动势和动生电动势的方向，能灵活运用感生电动势和动生电动势的公式进行分析和计算．(重点)【基础梳理】一、感生电场的产生麦克斯韦在他的电磁理论中指出：_____的磁场能在周围空间激发_____，这种电场叫感生电场．二、感生电动势的产生1．由_________产生的电动势叫感生电动势．2．感生电动势大小：E＝__________．3．方向判断：由_________和_____________判定．变化电场感生电场nΔΦΔt楞次定律右手螺旋定则三、动生电动势的产生1．由于_________产生的电动势叫动生电动势．2．动生电动势大小：_______(B的方向与v的方向垂直)．3．方向判断：_____定则.导体运动E＝Blv右手【自我检测】判断正误(1)变化的磁场能在周围产生电场．()(2)导体切割磁感线而产生电流，导体中自由电子会受到洛伦兹力的作用．()(3)奥斯特提出了变化的磁场会在周围产生电场．()(4)恒定的磁场也能在周围产生感生电场．()(5)处于变化磁场中的导体中的自由电荷定向移动，是由于受到感生电场的作用．()√√××√探究思考存在闭合环形回路时，变化的磁场周围产生感生电场，回路中产生感应电流，那么不存在闭合环形回路时，是否仍然存在感生电场？提示：变化的磁场周围一定存在感生电场，与是否存在闭合回路无关．电磁感应中的感生电场和感生电动势1．对感生电场的理解(1)感生电场是一种涡旋电场，电场线是闭合的．(2)感生电场的方向可由楞次定律判断．如图所示，当磁场增强时，产生的感生电场是与磁场方向垂直且阻碍磁场增强的电场．(3)感生电场的存在与是否存在闭合电路无关．2．动生电动势中对洛伦兹力的理解(1)运动导体中的自由电子，不仅随导体以速度v运动，而且还沿导体以速度u做定向移动，如图所示．因此，导体中的电子的合速度v合等于v和u的矢量和，所以电子受到的洛伦兹力为F合＝ev合B，F合与合速度v合垂直．(2)从做功角度分析，由于F合与v合垂直，所以它对电子不做功．如图所示是一个水平放置的玻璃圆环形小槽，槽内光滑，槽宽度和深度处处相同．现将一直径略小于槽宽的带正电小球放在槽中，让它获得一初速度v0，与此同时，有一变化的磁场垂直穿过玻璃圆环形小槽外径所在的区域，磁感应强度的大小跟时间成正比例增大，方向竖直向下．设小球在运动过程中电荷量不变，则()A．小球需要的向心力大小不变B．小球需要的向心力大小不断增大C．磁场力对小球做了功D．小球受到的磁场力大小与时间成正比[解析]当磁感应强度随时间均匀增大时，将产生一恒定的感生电场，由楞次定律知，电场方向和小球初速度方向相同，因小球带正电，电场力对小球做正功，小球速率逐渐增大，向心力也随着增大，故选项A错误，B正确；洛伦兹力对运动电荷不做功，故选项C错误；带电小球所受洛伦兹力F＝qBv，随着速率的增大而增大，同时B∝t，则F和t不成正比，故选项D错误．[答案]B闭合回路（可假定其存在）的感应电流方向就表示感生电场的方向.判断思路如下：(多选)如图所示，在直线电流附近有一根金属棒ab，当金属棒以b端为圆心，以ab为半径，在过导线的平面内匀速旋转到图中虚线位置时()A．a端聚积电子B．b端聚积电子C．金属棒内的电场强度等于零D．φa＞φb解析：选BD.因金属棒所在区域的磁场的方向垂直于纸面向外，当金属棒转动时，由右手定则可知，a端的电势高于b端的电势，b端聚积电子，选项B、D正确，A错误；因a、b两端存在电压，由E＝Ud知，金属棒内电场强度不为零，故C错误．两种电动势的比较与计算感生电动势与动生电动势的对比E＝nΔΦΔtE＝Blv区别研究对象整个闭合回路回路中做切割磁感线运动的那部分导体适用范围各种电磁感应现象只适用于导体切割磁感线运动的情况计算结果Δt内的平均感应电动势某一时刻的瞬时感应电动势联系E＝Blv是由E＝nΔΦΔt在一定条件下推导出来的，该公式可看做法拉第电磁感应定律的一个推论如图所示，固定在水平桌面上的金属框架cdef，处在竖直向下的匀强磁场中，金属棒ab搁在框架上，可无摩擦滑动，此时adcb构成一个边长为l的正方形，棒的电阻为r，其余部分电阻不计，开始时磁感应强度为B0.(1)若从t＝0时刻起，磁感应强度均匀增加，每秒增量为k，同时保持棒静止．求棒中的感生电流的大小及方向．(2)在上述(1)情况中，始终保持棒静止，当t＝t1时需施加的垂直于棒的水平拉力为多大？(3)若从t＝0时刻起，磁感应强度逐渐减小，当棒以恒定速度v向右做匀速运动时，可使棒中不产生感生电流．则磁感应强度应怎样随时间变化而变化(写出B与t的关系式)?[解析](1)感应电动势E＝ΔΦΔt＝kl2感应电流I＝Er＝kl2r由楞次定律可判定感应电流方向为逆时针．(2)t＝t1时，B＝B0＋kt1，F＝BIl，所以F＝(B0＋kt1)kl3r.(3)使棒中不产生感应电流，则应保持总磁通量不变，即Bl(l＋vt)＝B0l2，所以B＝B0ll＋vt.[答案](1)kl2r电流方向为逆时针(2)(B0＋kt1)kl3r(3)B＝B0ll＋vt(多选)关于感生电动势和动生电动势的比较，下列说法正确的是()A．感生电动势是由于变化的磁场产生了感生电场，感生电场对导体内的自由电荷产生作用而使导体两端出现的电动势B．动生电动势是由于导体内的自由电荷随导体棒一起运动而受到洛伦兹力的作用产生定向移动，使导体棒两端出现的电动势C．在动生电动势产生的过程中，洛伦兹力对自由电荷做功D．感生电动势和动生电动势产生的实质都是由于磁通量的变化引起的，只是感生电动势是由于磁场的变化产生的，而动生电动势是由于面积的变化产生的解析：选ABD.感生电动势和动生电动势的产生机理不同，易知选项A、B正确；在动生电动势产生的过程中，某一方向上的洛伦兹力对自由电荷做正功，另一方向上的洛伦兹力对自由电荷做负功，整体上，洛伦兹力不做功，选项C错误；感生电动势和动生电动势实质上都是电磁感应现象中产生的电动势，都是由于磁通量的变化引起的，选项D正确．