2019-2020学年高中物理 第4章 电磁感应 第5节 电磁感应现象的两类情况课件 新人教版选修3

第5节电磁感应现象的两类情况固知识、要点梳理要点一电磁感应现象中的感生电场1．感生电场：磁场1__________时在空间激发的一种电场．2．感生电动势：由2__________产生的感应电动势．3．感生电动势中的非静电力：3__________对自由电荷的作用．变化感生电场感生电场4．感生电场的特点(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．1．下列说法中正确的是()A．感生电场由变化的磁场产生B．恒定的磁场也能在周围空间产生感生电场C．感生电场的方向也同样可以用楞次定律和右手定则来判定D．感生电场的电场线是闭合曲线，其方向一定是沿逆时针方向解析：选A磁场变化时在空间激发感生电场，其方向与所产生的感应电流方向相同，只能由楞次定律判断，A项正确．2.某空间出现了如图所示的一组闭合电场线，方向从上向下看是顺时针的，这可能是()A．沿AB方向磁场在迅速减弱B．沿AB方向磁场在迅速增强C．沿BA方向磁场恒定不变D．沿BA方向磁场在迅速减弱解析：选A感生电场的方向从上向下看是顺时针的，假设在平行感生电场的方向上有闭合回路，则回路中的感应电流方向从上向下看也应该是顺时针的，由右手螺旋定则可知，感应电流的磁场方向向下，根据楞次定律可知，原磁场有两种可能：原磁场方向向下且沿AB方向减弱，或原磁场方向向上，且沿BA方向增强，所以A有可能．要点二动生电动势与感生电动势1．动生电动势：由于导体4__________磁感线运动而产生的感应电动势．2．动生电动势中的“非静电力”自由电荷因随导体棒运动而受到5__________，非静电力与6__________有关．切割洛伦兹力洛伦兹力3．感生电动势与动生电动势的对比感生电动势动生电动势产生原因磁场的变化导体做切割磁感线运动移动电荷的非静电力感生电场对自由电荷的电场力导体中自由电荷所受洛伦兹力沿导体方向的分力回路中相当于电源的部分处于变化磁场中的线圈部分做切割磁感线运动的导体感生电动势动生电动势ΔΦ产生的原因磁场变化产生电动势，ΔΦ是由于磁场变化而产生的，所以ΔΦ＝ΔB·S导体运动产生电动势，ΔΦ是由于导体线框本身的面积发生变化而产生的，所以ΔΦ＝B·ΔS感生电动势动生电动势方向判断方法由楞次定律判断通常由右手定则判断，也可由楞次定律判断大小计算方法由E＝nΔΦΔt计算通常由E＝Blvsinθ计算，也可由E＝nΔΦΔt计算3．(多选)如图，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：选AB导体运动产生的感应电动势称为动生电动势，A选项正确；动生电动势的产生与洛伦兹力有关，与电场力无关，B选项正确，C选项错误；动生电动势和感生电动势产生的原因不同，D选项错误．4.英国物理学家麦克斯韦认为，磁场变化时会在空间激发感生电场．如图所示，一个半径为r的绝缘体圆环水平放置，环内存在竖直向上的匀强磁场B，环上套一带电荷量为＋q的小球．已知磁感应强度B随时间均匀增加，其变化率为k，若小球在环上运动一周，则感生电场对小球的作用力所做功的大小是()A．0B．12r2qkC．2πr2qkD．πr2qk解析：选D根据法拉第电磁感应定律可知，磁感应强度B以变化率k随时间均匀增加，感应电动势E＝ΔBΔtS＝πr2k，小球在环上运动一周，感生电场对小球的作用力所做功的大小是W＝qE＝πr2qk，D选项正确．要点三电磁感应中的动力学问题1．电磁感应中的动力学问题(1)导体的两种运动状态①导体的平衡状态——静止状态或匀速直线运动状态．处理方法：根据平衡条件(合外力等于零)列式分析．②导体的非平衡状态——加速度不为零．处理方法：根据牛顿第二定律进行动态分析或结合功能关系分析．(2)导体运动的两类分析①“力”的分析——分析研究对象(常是金属杆、导体线圈等)的受力情况，尤其注意其所受的安培力；②“运动”状态的分析——根据力和运动的关系，判断出正确的运动模型，选用平衡方程或牛顿第二定律列方程．2．电磁感应中的能量问题(1)电磁感应现象中的能量转化①与感生电动势有关的电磁感应现象中，磁场能转化为电能，若电路是纯电阻电路，转化过来的电能将全部转化为电路的内能．②与动生电动势有关的电磁感应现象中，通过克服安培力做功，把机械能或其他形式的能转化为电能．克服安培力做多少功，就产生多少电能．若电路是纯电阻电路，转化过来的电能将全部转化为电路的内能．(2)求解电能或电热的三种方法①利用克服安培力做功求解：电磁感应中产生的电能等于克服安培力所做的功．②利用能量守恒求解：相应的其他能量的减少量等于产生的电能．③利用电路特征求解：通过电路中所消耗的电能来计算．5.如图所示，金属棒ab置于水平放置的光滑框架cdef上，棒与框架接触良好，匀强磁场垂直于ab棒斜向下．从某时刻开始磁感应强度均匀减小，同时施加一个水平方向上的外力F使金属棒ab保持静止，则F()A．方向向右，且为恒力B．方向向右，且为变力C．方向向左，且为变力D．方向向左，且为恒力解析：选C由E＝nΔBΔt·S可知，因磁感应强度均匀减小，感应电动势E恒定，由F安＝BIL，I＝ER可知，ab棒受的安培力随B的减小，均匀变小，由外力F等于F安水平方向的分力可知，外力F也均匀减少，为变力，由左手定则可判断F安水平方向上的分力向右，所以外力F水平向左，C正确．6.如图所示，两根相距l＝0.4m、电阻不计的平行光滑金属导轨水平放置，一端与阻值R＝0.15Ω的电阻相连．导轨间x0一侧存在沿x方向均匀增大的稳恒磁场，其方向与导轨平面垂直，变化率k＝0.5T/m，x＝0处磁场的磁感应强度B0＝0.5T．一根质量m＝0.1kg、电阻r＝0.05Ω的金属棒置于导轨上，并与导轨垂直．棒在外力作用下从x＝0处以初速度v0＝2m/s沿导轨向右运动，运动过程中电阻上消耗的功率不变．求：(1)回路中的电流；(2)金属棒在x＝2m处的速度大小；(3)金属棒从x＝0运动到x＝2m过程中安培力做功的大小．解析：(1)电阻上消耗的功率不变，即回路电流不变，在x＝0处有E＝B0lv0＝0.4V，I＝ER＋r＝2A.(2)由题意知，磁感应强度B＝B0＋kx考虑到电流恒定，在x＝2m处有B0lv0R＋r＝B0＋kxlvR＋r得v＝23m/s.答案：(1)2A(2)23m/s(3)1.6J(3)导体棒受到的安培力F＝BIl＝(B0＋kx)Il＝0.4(1＋x)安培力随位置线性变化，则安培力做功WF＝12[B0＋(B0＋kx)]Ilx代入数据得WF＝1.6J.