高中物理選修3-2第四章5電磁感應(yīng)現(xiàn)象兩類情況

1、第四章 5電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況2013年11月7日1. 1.什么是電源？什么是電源？2.2.什么是電動(dòng)勢？什么是電動(dòng)勢？復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)電源是通過非靜電力做功把其他形式能轉(zhuǎn)化為電電源是通過非靜電力做功把其他形式能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。能的裝置。 如果電源移送電荷如果電源移送電荷q時(shí)非靜電力所做的功為時(shí)非靜電力所做的功為W，那么那么W與與q的比值，叫做電源的電動(dòng)勢。的比值，叫做電源的電動(dòng)勢。 3.3.干電池中的非靜電力是什么？干電池中的非靜電力是什么？化學(xué)作用?；瘜W(xué)作用。說明：電路中電動(dòng)勢的作用實(shí)際上是某種非靜電力說明：電路中電動(dòng)勢的作用實(shí)際上是某種非靜電力對自由電荷的作用。對自由電荷的作用。思考： 在電

2、磁感應(yīng)現(xiàn)象中，在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，哪一種作哪一種作用扮演了非靜電力的角色用扮演了非靜電力的角色 ？1、感生電場：磁場變化時(shí)在其周圍空間激發(fā)的、感生電場：磁場變化時(shí)在其周圍空間激發(fā)的電場稱為感生電場。電場稱為感生電場。 注：靜止的電荷激發(fā)的電場叫靜電場，靜電場電場線是注：靜止的電荷激發(fā)的電場叫靜電場，靜電場電場線是由正電荷出發(fā)，終于負(fù)電荷，電場線是不閉合的，而由正電荷出發(fā)，終于負(fù)電荷，電場線是不閉合的，而感生電場是一種渦旋電場，電場線是閉合的。感生電場是一種渦旋電場，電場線是閉合的。磁場變強(qiáng)磁場變強(qiáng)思考：如何確定感生電場思考：如何確定感生電場的方向？的方向？感生電場的方向與感應(yīng)電流的方向相同感生電

3、場的方向與感應(yīng)電流的方向相同用用楞次定律判定楞次定律判定2、感生電動(dòng)勢：由感生電場使導(dǎo)體產(chǎn)生的電、感生電動(dòng)勢：由感生電場使導(dǎo)體產(chǎn)生的電動(dòng)勢叫感生電動(dòng)勢（導(dǎo)線不動(dòng)，磁場隨時(shí)動(dòng)勢叫感生電動(dòng)勢（導(dǎo)線不動(dòng)，磁場隨時(shí)間變化時(shí)在導(dǎo)線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢）間變化時(shí)在導(dǎo)線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢）感生電動(dòng)勢的非靜電力是感生電場感生電動(dòng)勢的非靜電力是感生電場對電荷的作用。對電荷的作用。磁場變強(qiáng)磁場變強(qiáng)分析與解答：分析與解答：電子帶負(fù)電，它在電場中受力的電子帶負(fù)電，它在電場中受力的方向與電場的方向相反。本題中電子沿逆時(shí)針方向與電場的方向相反。本題中電子沿逆時(shí)針方向運(yùn)動(dòng)，所以為使電子加速，產(chǎn)生的電場應(yīng)方向運(yùn)動(dòng)，所以為使電子加速

4、，產(chǎn)生的電場應(yīng)沿順時(shí)針方向。沿順時(shí)針方向。 圖中，磁場方向由下向上。根據(jù)楞次定律，為圖中，磁場方向由下向上。根據(jù)楞次定律，為使真空室中產(chǎn)生順時(shí)針方向的感生電場，磁場使真空室中產(chǎn)生順時(shí)針方向的感生電場，磁場應(yīng)該由弱變強(qiáng)。也就是說，為使電子加速，電應(yīng)該由弱變強(qiáng)。也就是說，為使電子加速，電磁鐵中的電流應(yīng)該由小變大。磁鐵中的電流應(yīng)該由小變大。思考與討論-UF洛F2F1討論結(jié)果：1導(dǎo)體中自由電荷（正導(dǎo)體中自由電荷（正電荷）具有水平方向的電荷）具有水平方向的速度，由左手定則可判速度，由左手定則可判斷受到沿棒向上的洛倫斷受到沿棒向上的洛倫茲力作用，其合運(yùn)動(dòng)是茲力作用，其合運(yùn)動(dòng)是斜向上的。斜向上的。2自由電荷

5、不會(huì)一直運(yùn)自由電荷不會(huì)一直運(yùn)動(dòng)下去。因?yàn)閯?dòng)下去。因?yàn)镃、D兩端兩端聚集電荷越來越多，在聚集電荷越來越多，在CD棒間產(chǎn)生的電場越來棒間產(chǎn)生的電場越來越強(qiáng)，當(dāng)電場力等于洛越強(qiáng)，當(dāng)電場力等于洛倫茲力時(shí)，自由電荷不倫茲力時(shí)，自由電荷不再定向運(yùn)動(dòng)。再定向運(yùn)動(dòng)。3C端電勢高。端電勢高。4導(dǎo)體棒中電流是由導(dǎo)體棒中電流是由D指向指向C的。的。二、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的洛倫茲力二、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的洛倫茲力1.動(dòng)生電動(dòng)勢：動(dòng)生電動(dòng)勢： 由于導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的電動(dòng)勢。由于導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的電動(dòng)勢。動(dòng)生電動(dòng)勢的非靜電力與洛倫茲力有關(guān)。-UF洛F2F12.動(dòng)生電動(dòng)勢的大?。簞?dòng)生電動(dòng)勢的大?。簞t動(dòng)生電動(dòng)勢為：則動(dòng)生電動(dòng)勢為：E=B

6、Lv感生電動(dòng)勢感生電動(dòng)勢動(dòng)生電動(dòng)勢動(dòng)生電動(dòng)勢產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因磁場的變化磁場的變化導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)移動(dòng)電荷移動(dòng)電荷的非靜電力的非靜電力感生電場對自由感生電場對自由電荷的電場力電荷的電場力導(dǎo)體中自由電荷所受洛導(dǎo)體中自由電荷所受洛倫茲力沿導(dǎo)體方向的分倫茲力沿導(dǎo)體方向的分力力回路中相回路中相當(dāng)于電源的當(dāng)于電源的部分部分處于變化磁場中處于變化磁場中的線圈部分的線圈部分做切割磁感線運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)做切割磁感線運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體體感生電動(dòng)勢與動(dòng)生電動(dòng)勢的比較感生電動(dòng)勢與動(dòng)生電動(dòng)勢的比較如圖所示，內(nèi)壁光滑、水平放置的玻璃圓環(huán)內(nèi)，如圖所示，內(nèi)壁光滑、水平放置的玻璃圓環(huán)內(nèi)，有一直徑略小于圓環(huán)直徑的帶有一直

7、徑略小于圓環(huán)直徑的帶正正電的小球，以速率電的小球，以速率v0沿逆時(shí)針方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，若在此空間突然加上方向豎沿逆時(shí)針方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，若在此空間突然加上方向豎直向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度直向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間成正比例增加的變化磁隨時(shí)間成正比例增加的變化磁場設(shè)運(yùn)動(dòng)過程中小球帶電荷量不變，那么場設(shè)運(yùn)動(dòng)過程中小球帶電荷量不變，那么()A A小球?qū)ΣＡA環(huán)的壓力一定不斷增大小球?qū)ΣＡA環(huán)的壓力一定不斷增大B B小球所受的磁場力一定不斷增大小球所受的磁場力一定不斷增大C C小球先沿逆時(shí)針方向減速運(yùn)動(dòng)，小球先沿逆時(shí)針方向減速運(yùn)動(dòng)，之后沿順時(shí)針方向加速運(yùn)動(dòng)之后沿順時(shí)針方向加速運(yùn)動(dòng)D D磁場力對小球一直不做功磁場力對小球

8、一直不做功 例例1【思路點(diǎn)撥思路點(diǎn)撥】解答本題時(shí)可按以下思路分析：解答本題時(shí)可按以下思路分析：【精講精析精講精析】變化的磁場將產(chǎn)生感生電場，這變化的磁場將產(chǎn)生感生電場，這種感生電場由于其電場線是閉合的，也稱為渦旋種感生電場由于其電場線是閉合的，也稱為渦旋電場，其場強(qiáng)方向可借助電磁感應(yīng)現(xiàn)象中感應(yīng)電電場，其場強(qiáng)方向可借助電磁感應(yīng)現(xiàn)象中感應(yīng)電流方向的判定方法，使用楞次定律判斷流方向的判定方法，使用楞次定律判斷當(dāng)磁場增強(qiáng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生順時(shí)針方向的渦旋電當(dāng)磁場增強(qiáng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生順時(shí)針方向的渦旋電場，電場力先對小球做負(fù)功使其速度減為零場，電場力先對小球做負(fù)功使其速度減為零,后對小球做正功使其沿順時(shí)針方向做加速運(yùn)后

9、對小球做正功使其沿順時(shí)針方向做加速運(yùn)動(dòng)，所以動(dòng)，所以C正確；磁場力始終與小球運(yùn)動(dòng)方向正確；磁場力始終與小球運(yùn)動(dòng)方向垂直，因此始終對小球不做功，垂直，因此始終對小球不做功，D正確；小球正確；小球在水平面內(nèi)沿半徑方向受兩個(gè)力作用：環(huán)的在水平面內(nèi)沿半徑方向受兩個(gè)力作用：環(huán)的壓力壓力FN和磁場的洛倫茲力和磁場的洛倫茲力F，這兩個(gè)力的合力，這兩個(gè)力的合力充當(dāng)小球做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，其中充當(dāng)小球做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，其中FBqv,磁場在增強(qiáng)，小球的速度先減小，后增大，磁場在增強(qiáng)，小球的速度先減小，后增大，所以洛倫茲力不一定總在增大；所以洛倫茲力不一定總在增大；【答案答案】CD【規(guī)律總結(jié)規(guī)律總結(jié)】本題的關(guān)鍵是

10、判斷出感生電場本題的關(guān)鍵是判斷出感生電場的方向，感生電場對小球做功，使帶電小球的的方向，感生電場對小球做功，使帶電小球的動(dòng)能發(fā)生變化動(dòng)能發(fā)生變化電磁感應(yīng)中的能量守恒電磁感應(yīng)中的能量守恒1.分析回路，分清電源和外電路。在電磁感應(yīng)分析回路，分清電源和外電路。在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，切割磁感線的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化現(xiàn)象中，切割磁感線的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化的回路將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，該導(dǎo)體或回路就相的回路將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，該導(dǎo)體或回路就相當(dāng)于電源，其余部分相當(dāng)于外電路當(dāng)于電源，其余部分相當(dāng)于外電路2.分析清楚有哪些力做功，明確有哪些形式的分析清楚有哪些力做功，明確有哪些形式的能量發(fā)生了轉(zhuǎn)化能量發(fā)生了轉(zhuǎn)化3.根據(jù)

11、功能關(guān)系列式求解根據(jù)功能關(guān)系列式求解 與與動(dòng)生電動(dòng)勢動(dòng)生電動(dòng)勢有關(guān)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，有關(guān)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，通過通過克服安培力做功克服安培力做功，把機(jī)械能或其他形，把機(jī)械能或其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能式的能轉(zhuǎn)化為電能克服安培力做多少功，克服安培力做多少功，就產(chǎn)生多少電能就產(chǎn)生多少電能若電路是若電路是純電阻電路純電阻電路，轉(zhuǎn)化過來的轉(zhuǎn)化過來的電能將全部轉(zhuǎn)化為電阻的內(nèi)電能將全部轉(zhuǎn)化為電阻的內(nèi)能能 在傾角為在傾角為的兩平行的兩平行光滑光滑長直金屬導(dǎo)軌的下端接有長直金屬導(dǎo)軌的下端接有一電阻一電阻R，導(dǎo)軌自身的電阻可忽略不計(jì)，有一勻強(qiáng)磁場，導(dǎo)軌自身的電阻可忽略不計(jì)，有一勻強(qiáng)磁場與兩金屬導(dǎo)軌平面垂直，方向垂直于

12、導(dǎo)軌面向上質(zhì)量與兩金屬導(dǎo)軌平面垂直，方向垂直于導(dǎo)軌面向上質(zhì)量為為m，電阻可不計(jì)的金屬棒，電阻可不計(jì)的金屬棒ab，在沿著導(dǎo)軌面且與棒垂，在沿著導(dǎo)軌面且與棒垂直的直的恒力恒力F作用下沿導(dǎo)軌作用下沿導(dǎo)軌勻速上滑勻速上滑，上升高度為上升高度為h，如圖，如圖所示則在此過程中所示則在此過程中()A恒力恒力F在數(shù)值上等于在數(shù)值上等于mgsinB恒力恒力F對金屬棒對金屬棒ab所做的功等于所做的功等于mghC恒力恒力F與重力的合力對金屬棒與重力的合力對金屬棒ab所做所做的功等于電阻的功等于電阻R上釋放的焦耳熱上釋放的焦耳熱D恒力恒力F與重力的合力對金屬棒與重力的合力對金屬棒ab所做的功等于零所做的功等于零例例2

13、解析：選解析：選C.金屬棒金屬棒ab沿導(dǎo)軌勻速上滑，合外力沿導(dǎo)軌勻速上滑，合外力為零，恒力為零，恒力F在數(shù)值上等于重力沿導(dǎo)軌方向的在數(shù)值上等于重力沿導(dǎo)軌方向的分力與安培力之和，故分力與安培力之和，故A錯(cuò)；動(dòng)能不變，拉力錯(cuò)；動(dòng)能不變，拉力做功等于克服重力和安培力做功，克服重力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勢能的增加，克服安培力做做的功等于重力勢能的增加，克服安培力做的功最終轉(zhuǎn)化為電阻的功最終轉(zhuǎn)化為電阻R上釋放的焦耳熱，故上釋放的焦耳熱，故B錯(cuò)；恒力與重力的合力對金屬棒做的功等于錯(cuò)；恒力與重力的合力對金屬棒做的功等于克服安培力做的功，大小等于電阻克服安培力做的功，大小等于電阻

14、R上釋放的上釋放的焦耳熱，焦耳熱，C對對D錯(cuò)錯(cuò)電磁感應(yīng)中的圖象問題電磁感應(yīng)中的圖象問題電磁感應(yīng)中常涉及磁感應(yīng)強(qiáng)度電磁感應(yīng)中常涉及磁感應(yīng)強(qiáng)度B、磁通量、磁通量、感應(yīng)電動(dòng)勢感應(yīng)電動(dòng)勢E、感應(yīng)電流、感應(yīng)電流I、安培力、安培力F安安或外力或外力F外外隨時(shí)間隨時(shí)間t變化的圖象，即變化的圖象，即Bt圖、圖、t圖、圖、Et圖、圖、It圖、圖、Ft圖對于切割磁感線產(chǎn)圖對于切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢和感應(yīng)電流的情況，還常涉及生感應(yīng)電動(dòng)勢和感應(yīng)電流的情況，還常涉及感應(yīng)電動(dòng)勢感應(yīng)電動(dòng)勢E和感應(yīng)電流和感應(yīng)電流I隨位移隨位移x變化的圖象，變化的圖象，即即Ex圖、圖、Ix圖等這些圖象問題大體上可圖等這些圖象問題大體上可分為

15、兩類：分為兩類：1.由給定的電磁感應(yīng)過程選出或畫出正確圖象由給定的電磁感應(yīng)過程選出或畫出正確圖象2.由給定的有關(guān)圖象分析電磁感應(yīng)過程，求解相由給定的有關(guān)圖象分析電磁感應(yīng)過程，求解相應(yīng)的物理量應(yīng)的物理量處理圖象問題首先要分清階段，然后對每個(gè)階處理圖象問題首先要分清階段，然后對每個(gè)階段段的導(dǎo)體切割情況或回路磁通量變化情況進(jìn)行詳?shù)膶?dǎo)體切割情況或回路磁通量變化情況進(jìn)行詳細(xì)細(xì)分析，并進(jìn)一步確定感應(yīng)電動(dòng)勢、感應(yīng)電流等分析，并進(jìn)一步確定感應(yīng)電動(dòng)勢、感應(yīng)電流等的的大小和方向的變化特點(diǎn)，最后把握整個(gè)過程的大小和方向的變化特點(diǎn)，最后把握整個(gè)過程的變變化規(guī)律化規(guī)律如圖甲所示，光滑導(dǎo)軌水平放置在與水平方向夾如圖甲所示

16、，光滑導(dǎo)軌水平放置在與水平方向夾角角60斜向下斜向下的勻強(qiáng)磁場中，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度的勻強(qiáng)磁場中，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖乙所示隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖乙所示(規(guī)定規(guī)定斜向下為正方向斜向下為正方向)，導(dǎo)體棒導(dǎo)體棒ab垂直導(dǎo)軌放置，除電阻垂直導(dǎo)軌放置，除電阻R的阻值外，其余電的阻值外，其余電阻不計(jì)，導(dǎo)體棒阻不計(jì)，導(dǎo)體棒ab在水平外力作用下在水平外力作用下始終始終處于處于靜止靜止?fàn)顮顟B(tài)規(guī)定態(tài)規(guī)定ab的方向?yàn)殡娏鞯恼较颍较蛴业姆较虻姆较驗(yàn)殡娏鞯恼较?，水平向右的方向?yàn)橥饬Φ恼较驗(yàn)橥饬Φ恼较?，則在則在0t時(shí)間內(nèi)，能正確反映流過導(dǎo)時(shí)間內(nèi)，能正確反映流過導(dǎo)體棒體棒ab的電流的電流

17、I和導(dǎo)體棒和導(dǎo)體棒ab所受水平外力所受水平外力F隨時(shí)間隨時(shí)間t變化的變化的圖象是圖象是()例例3【精講精析精講精析】由楞次定律可判定回路中的電流始終為由楞次定律可判定回路中的電流始終為ba方向，由法拉第電磁感應(yīng)定律可判定回路電流大小方向，由法拉第電磁感應(yīng)定律可判定回路電流大小恒定，故恒定，故A、B錯(cuò)；由錯(cuò)；由F安安BIL可得可得F安安隨隨B的變化而變化，的變化而變化，在在0t0時(shí)間內(nèi)，時(shí)間內(nèi)，F(xiàn)安安方向向右，故外力方向向右，故外力F與與F安安等值反向，等值反向，方向向左為負(fù)值；在方向向左為負(fù)值；在t0t時(shí)間內(nèi)，時(shí)間內(nèi)，F(xiàn)安安方向改變，故外力方向改變，故外力F方向也改變?yōu)檎?，綜上所述，方向也改

18、變?yōu)檎?，綜上所述，D項(xiàng)正確項(xiàng)正確【答案答案】D【規(guī)律總結(jié)規(guī)律總結(jié)】解決這類問題時(shí)，一般采取排除法根解決這類問題時(shí)，一般采取排除法根據(jù)物理量的方向據(jù)物理量的方向(正、負(fù)正、負(fù))判斷較為簡單判斷較為簡單導(dǎo)體棒在磁場中運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)分析導(dǎo)體棒在磁場中運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)分析通過導(dǎo)體的感應(yīng)電流在磁場中將受到安培力作用，從而引起導(dǎo)體速通過導(dǎo)體的感應(yīng)電流在磁場中將受到安培力作用，從而引起導(dǎo)體速度、加速度的變化度、加速度的變化1.基本方法基本方法(1)用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律求出感應(yīng)電流的方用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律求出感應(yīng)電流的方向和感應(yīng)電動(dòng)勢的大小向和感應(yīng)電動(dòng)勢的大小(2)求出回路中電流的大小求出回路中電流的大小(3)分析研究導(dǎo)分析研究導(dǎo)體受力情況體受力情況(包括安培力，用左手定則確定其方向包括安培力，用左手定則確定其方向)(4)列出動(dòng)力學(xué)方列出動(dòng)力學(xué)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：電磁感應(yīng)力學(xué)問題中，要抓好受力情況、運(yùn)動(dòng)情況的電磁感應(yīng)力學(xué)問題中，要抓好受力情況、運(yùn)動(dòng)情況的動(dòng)態(tài)：分析導(dǎo)體受力運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢動(dòng)態(tài)：分析導(dǎo)體受力運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢感應(yīng)電流感應(yīng)電流通電導(dǎo)體受通電導(dǎo)體受到安培力到安培力合外力變化合外