2.2法拉第电磁感应定律(综合拓展)ppt课件-(2019) 新人教版高中物理高二下学期选择性必修二.pptx
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1、法拉第电磁感应定律选择性必修第二册第二章第二节动生电动势与感生电动势结合所学知识我们知道磁通量的变化有三种情况:结合所学知识我们知道磁通量的变化有三种情况:(1 1)磁感应强度)磁感应强度B B不变,回路的有效面积不变,回路的有效面积S S发生变化发生变化(2 2)回路的有效面积)回路的有效面积S S不变,磁感应强度不变,磁感应强度B B发生变化发生变化(3 3)磁感应强度)磁感应强度B B,回路的有效面积,回路的有效面积S S均发生变化。均发生变化。当回路中当回路中磁感应强度一定磁感应强度一定,由于由于导体的运动导体的运动( (切割磁感线切割磁感线) )而产生的感应电动势,而产生的感应电动势
2、,我们我们称为称为动生动生电动势。电动势。当回路中当回路中有效面积一定有效面积一定,由于回路,由于回路磁感应强度变化磁感应强度变化而导致而导致磁通量发生变化磁通量发生变化,产生的感,产生的感应电动势,我们称为应电动势,我们称为感生感生电动势。电动势。回路中磁通量发生变化时回路中磁通量发生变化时, ,由于感应电场的作用使电荷发生定向移动而由于感应电场的作用使电荷发生定向移动而形成感应电流形成感应电流, ,在在t t时间内通过导体横截面的电荷量的计算表达式推导时间内通过导体横截面的电荷量的计算表达式推导为:为:感应电荷量注意:注意:(1 1)式中)式中n n是发生电磁感应的线圈的匝数是发生电磁感应
3、的线圈的匝数, ,指磁通量的改变指磁通量的改变量量,R,R指回路的总电阻。指回路的总电阻。(2 2)感应电荷量是一个与)感应电荷量是一个与磁通量变化量磁通量变化量大小大小有关有关而与磁通量变化快慢而与磁通量变化快慢无关的量无关的量, ,无论磁通量变化是否均匀无论磁通量变化是否均匀, ,通过导体横截面的电荷量都可由此通过导体横截面的电荷量都可由此式计算。式计算。(3 3)若电磁感应现象中电流方向反向)若电磁感应现象中电流方向反向, ,则则q q是正向电荷量与反向电荷量是正向电荷量与反向电荷量之之和和。感应电荷量例、如图所示,导线全部为裸导线,半径为r r的圆形导线框内有垂直于纸面的匀强磁场,磁感
4、应强度为B B,一根长度大于2 2r r的导线MNMN以速度v v在圆环上无摩擦地自左向右匀速滑动,电路中的定值电阻为R R,其余部分电阻忽略不计. .试求MNMN从圆环的左端滑到右端的过程中电阻R R上通过的电荷量. .动生电动势的非静电力来源解决问题解决问题1 1:当闭合回路中的导体在匀强磁场中切割磁感线运动时,电路当闭合回路中的导体在匀强磁场中切割磁感线运动时,电路中产生中产生动生电动势动生电动势,是哪个力作为,是哪个力作为非静电力非静电力呢呢?解决问题解决问题2 2:它是如何将其它形式的能转化为电能的它是如何将其它形式的能转化为电能的?MN R分析:建构情形如图,导体棒CD在匀强磁场中
5、运动,速度方向与磁感应强度方向垂直,且与导体棒垂直。在运动的过程中,导体棒内的电荷会受到洛伦兹力而移动动生电动势的非静电力来源此时的非静电力与洛伦兹力有关动生电动势的非静电力来源对导体棒中电荷的运动进行分析。动生电动势的非静电力来源导体中自由电荷导体中自由电荷(正电荷正电荷)具有水平方向的速度,具有水平方向的速度,由左手定则可判断受到沿棒向上的由左手定则可判断受到沿棒向上的洛伦兹力洛伦兹力作作用,其用,其合运动是斜向上的合运动是斜向上的。故洛伦兹力不做功,与已学知识并不矛盾。动生电动势的非静电力来源 非静电力:与洛伦兹力非静电力:与洛伦兹力有关有关 动生电动势所对应的非静电力是动生电动势所对应
6、的非静电力是洛伦兹力的分力洛伦兹力的分力。注意:动生电动势与洛伦兹力有关,但洛伦兹力始终不做功。其它形式的能导体棒的动能f1做正功电能内能电流做功【例题】【例题】如图如图, ,水平面上有两根相距水平面上有两根相距0.5m0.5m的足够长的平行金属导轨的足够长的平行金属导轨MNMN和和PQ,PQ,它们的电阻它们的电阻不计不计, ,在在M M和和P P之间接有之间接有R=3.0R=3.0的定值电阻的定值电阻, ,导体棒长导体棒长ab=0.5m,ab=0.5m,其电阻为其电阻为r=1.0,r=1.0,与导轨与导轨接触良好接触良好. .整个装置处于方向竖直向下的匀强磁场中整个装置处于方向竖直向下的匀强
7、磁场中,B=0.4T.,B=0.4T.现使现使abab以以v=10m/sv=10m/s的速度的速度向右做匀速运动向右做匀速运动. .(1)ab(1)ab中的电流多大中的电流多大? ab? ab两点间的电压多大两点间的电压多大? ?(2)(2)维持维持abab做匀速运动的外力多大做匀速运动的外力多大? ?(3)ab(3)ab向右运动向右运动1m1m的过程中的过程中, ,外力做的功是多少外力做的功是多少? ?电路中产电路中产生的热量是多少生的热量是多少? ? 动生电动势的非静电力来源答案;(1)I=0.5A;Uab=1.5V(2)F外=0.1N(3)W外=0.1J;Q=0.1J闭合回路电动势整个回
8、路的感应电动势为零时,回路中某段导体的感应电动势不一定为零。闭合回路中,等效电源正负极间的电压是路端电压,而不是等效 电源的电动势。只有开路时,路端电压才等于电动势。【例题【例题1 1】用均匀导线做成的正方形线框边长为用均匀导线做成的正方形线框边长为0.2 m0.2 m,正方形的一半放在垂直于纸,正方形的一半放在垂直于纸面向里的匀强磁场中,如图所示。当磁场以面向里的匀强磁场中,如图所示。当磁场以10 T/s10 T/s的变化率增强时,线框中的变化率增强时,线框中a a、b b两两点间电势差是点间电势差是( () ) A AUabUab0.1 V 0.1 V B BUabUab0.1 V0.1
9、V C CUabUab0.2 V 0.2 V D DUabUab0.2 V0.2 VB闭合回路电动势【例题【例题2 2】如图所示,线框三条竖直边长度和电阻均相同,横边电阻不计它以速度如图所示,线框三条竖直边长度和电阻均相同,横边电阻不计它以速度v v匀速向右平动,当匀速向右平动,当abab边刚进入虚线内匀强磁场时,边刚进入虚线内匀强磁场时,a a、b b间的电势差为间的电势差为U U,当,当cdcd边刚边刚进入磁场时,进入磁场时,c c、d d间的电势差为间的电势差为( () ) A AU BU B2U C2U CU/2 DU/2 D3U/23U/2B闭合回路电动势部分常见综合题型分析注意:感
10、应电动势最大的特点就是可以根据切割速度或磁通量的变化而改变,不一定是定值,做题时注意分析。基本思路:基本思路:(1 1)明确明确哪部分电路或导体产生感应电动势,该部分哪部分电路或导体产生感应电动势,该部分电路或导体就相当于电路或导体就相当于电源电源(2 2)画)画等效电路等效电路图图(3 3)用)用E En/tn/t或或E EBLVBLV确定确定感应电动势的感应电动势的大小大小(4 4)运用闭合电路欧姆定律、串并联电路特点、电功)运用闭合电路欧姆定律、串并联电路特点、电功率、电热等公式联立求解电路问题。率、电热等公式联立求解电路问题。【典例【典例1 1】如图所示,如图所示,MNMN、PQPQ是
11、间距为是间距为L L 的平行金属导轨,置于磁感应强度为的平行金属导轨,置于磁感应强度为B B,方,方向垂直导轨所在平面向里的匀强磁场中,向垂直导轨所在平面向里的匀强磁场中,M M、P P间接有一阻值为间接有一阻值为R R 的电阻一根与导的电阻一根与导轨接触良好、有效阻值为轨接触良好、有效阻值为R R 的金属导线的金属导线abab垂直导轨放置,并在水平外力垂直导轨放置,并在水平外力F F 的作用下的作用下以速度以速度v v 向右匀速运动,则向右匀速运动,则( (不计导轨电阻不计导轨电阻)()() )A A通过电阻通过电阻R R的电流方向为的电流方向为PRMPRMB Ba a、b b两点间的电压为
12、两点间的电压为BLvBLvC Ca a端电势比端电势比b b端高端高D D外力外力F F做的功等于电阻做的功等于电阻R R上发出的焦耳热上发出的焦耳热C【典例【典例2 2】如图所示,间距如图所示,间距L L1m1m的两根足够长的固定水平平行导轨间存在着匀强磁的两根足够长的固定水平平行导轨间存在着匀强磁场,其磁感应强度大小场,其磁感应强度大小B B1T1T、方向垂直于纸面向里,导轨上有一金属棒、方向垂直于纸面向里,导轨上有一金属棒MNMN与导轨垂与导轨垂直且在水平拉力直且在水平拉力F F作用下以作用下以v v2m/s2m/s的速度水平向左匀速运动。的速度水平向左匀速运动。R R1 188,R R
13、2 21212,C C6F6F,导轨和棒的电阻及一切摩擦均不计。,导轨和棒的电阻及一切摩擦均不计。S S1 1、S S2 2闭合,电路稳定后,求:闭合,电路稳定后,求:(1)(1)通过通过R R2 2的电流的电流I I的大小和方向;的大小和方向;(2)(2)整个电路消耗的电功率;整个电路消耗的电功率;(3)(3)开关开关S S1 1切断后通过切断后通过R R2 2的电荷量的电荷量Q Q。(4)(4)拉力拉力F F的大小及其做功的功率;的大小及其做功的功率;答案:(1)0.1A,b-a;(2)0.2w;(3)7.210-6C;(4)0.1N,0.2w【针对训练】【针对训练】如图,由某种粗细均匀的
14、总电阻为如图,由某种粗细均匀的总电阻为3R 3R 的金属条制成的矩形线框的金属条制成的矩形线框abcd abcd ,固,固定在水平面内且处于方向竖直向下的匀强磁场定在水平面内且处于方向竖直向下的匀强磁场B B 中一接入电路电阻为中一接入电路电阻为R R 的导体棒的导体棒PQ PQ ,在水平拉力作用下沿在水平拉力作用下沿ab ab 、dc dc 以速度以速度v v 匀速滑动,滑动过程匀速滑动,滑动过程PQ PQ 始终与始终与ab ab 垂直,且与线垂直,且与线框接触良好,不计摩擦在框接触良好,不计摩擦在PQ PQ 从靠近从靠近ad ad 处向处向bc bc 滑动的过程中滑动的过程中 ( ( )
15、)A A PQ PQ 中电流先增大后减小中电流先增大后减小B B PQ PQ 两端电压先减小后增大两端电压先减小后增大C C PQ PQ 上拉力的功率先减小后增大上拉力的功率先减小后增大D D 线框消耗的电功率先减小后增大线框消耗的电功率先减小后增大C1、电路中安培力的一般表达式:2 、判断电路中安培力的方向:左手定则+右手定则,或楞次定律3、分析导体受力情况(包含安培力在内的全面受力分析)4、根据平衡条件或牛顿第二定律列方程【典例典例1 1】如图所示,两根足够长的平行金属导轨水平放置,导轨的一端接有电阻和开如图所示,两根足够长的平行金属导轨水平放置,导轨的一端接有电阻和开关,导轨光滑且电阻不
16、计,匀强磁场的方向与导轨平面垂直,金属杆关,导轨光滑且电阻不计,匀强磁场的方向与导轨平面垂直,金属杆abab置于导轨上当置于导轨上当开关开关S S断开时,在金属杆断开时,在金属杆abab上作用一水平向右的恒力上作用一水平向右的恒力F F,使金属杆,使金属杆abab向右运动进入磁向右运动进入磁场一段时间后闭合开关并开始计时,金属杆在运动过程中始终与导轨垂直且接触良场一段时间后闭合开关并开始计时,金属杆在运动过程中始终与导轨垂直且接触良好下列关于金属杆好下列关于金属杆abab的的vtvt图象不可能的是图象不可能的是( () )D【典例典例2 2】如图所示,如图所示,ABAB、CDCD是两根足够长的
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