物理选修3-2人教新课标45电磁感应规律的应用课件-2.ppt

1、1121.知道感生电场、感生电动势、动生电动知道感生电场、感生电动势、动生电动 势的概念。知道产生感生电动势的非静势的概念。知道产生感生电动势的非静 电力是感生电场的作用，产生动生电动电力是感生电场的作用，产生动生电动 势的非静电力与洛伦兹力有关。势的非静电力与洛伦兹力有关。2.会用楞次定律判断感生电场的方向，用会用楞次定律判断感生电场的方向，用左左 手定则判断洛伦兹力的方向。手定则判断洛伦兹力的方向。3.知道电磁感应现象遵守能量守恒定律。知道电磁感应现象遵守能量守恒定律。2 1.知道感生电场、感生电动势、动生电动334读教材读教材填要点填要点 1电磁感应现象中的感生电场电磁感应现象中的感生电

2、场 (1)感生电场：磁场感生电场：磁场 时在空间激发的一种电场。时在空间激发的一种电场。(2)感生电动势：由感生电动势：由 产生的感应电动势。产生的感应电动势。(3)感生电动势中的非静电力：感生电动势中的非静电力：对自由电荷对自由电荷的作用。的作用。(4)感生电场的方向：感生电场的方向：与所产生的感应电流的方向相同，与所产生的感应电流的方向相同，可根据楞次定律和右手定则判断。可根据楞次定律和右手定则判断。变化变化感生电场感生电场感生电场感生电场4 读教材 填要点 1 电磁感应现象中的5 关键一点关键一点变化的磁场周围存在感生电场，与是变化的磁场周围存在感生电场，与是否存在电路以及电路是否闭合无

3、关。否存在电路以及电路是否闭合无关。5 关键一点 变化的磁场周围存在感生电场6 2电磁感应现象中的洛伦兹力电磁感应现象中的洛伦兹力 (1)动生电动势：由于动生电动势：由于 而产生的感应电动势。而产生的感应电动势。(2)动生电动势中的动生电动势中的“非静电力非静电力”：自由电荷因随导体棒：自由电荷因随导体棒运动而受到运动而受到 ，非静电力与，非静电力与 有关。有关。(3)动生电动势中的功能关系：闭合回路中，导体棒做动生电动势中的功能关系：闭合回路中，导体棒做切割磁感线运动时，克服切割磁感线运动时，克服 力做功，其他形式的能转力做功，其他形式的能转化为化为 。导体运动导体运动洛伦兹力洛伦兹力洛伦兹

4、力洛伦兹力安培安培电能电能6 2 电磁感应现象中的洛伦兹力导体运动洛伦7试身手试身手夯基础夯基础1下列说法中正确的是下列说法中正确的是 ()A感生电场是由变化的磁场产生的感生电场是由变化的磁场产生的B恒定的磁场也能在周围空间产生感生电场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螺感生电场的方向也同样可以用楞次定律和右手螺旋旋 定则来判定定则来判定D感生电场的电场线是闭合曲线，其方向一定沿逆感生电场的电场线是闭合曲线，其方向一定沿逆时时 针方向针方向7 试身手 夯基础1 下列说法中正确的是 8解析：解析：由麦克斯韦电磁场理论知由麦克斯韦电磁场理论知A正确，正确

5、，B错误；感生错误；感生电场的产生也是符合电磁感应原理的，电场的产生也是符合电磁感应原理的，C正确；感生电正确；感生电场的电场线是闭合的，但不一定沿逆时针方向，故场的电场线是闭合的，但不一定沿逆时针方向，故D错错误。误。答案：答案：AC8 解析：由麦克斯韦电磁场理论知A 正确，B 错误；感生电场的产生92下列说法中正确的是下列说法中正确的是 ()A动生电动势是洛伦兹力对导体中自由电荷做功而动生电动势是洛伦兹力对导体中自由电荷做功而 引起的引起的B因为洛伦兹力对运动电荷始终不做功，所以动生因为洛伦兹力对运动电荷始终不做功，所以动生 电动势不是由洛伦兹力而产生的电动势不是由洛伦兹力而产生的C动生电

6、动势的方向可以由右手定则来判定动生电动势的方向可以由右手定则来判定D导体棒切割磁感线产生感应电流，受到的安培力导体棒切割磁感线产生感应电流，受到的安培力 一定与受到的外力大小相等、方向相反一定与受到的外力大小相等、方向相反9 2 下列说法中正确的是 10解析：解析：动生电动势是洛伦兹力沿导体方向的分力做功动生电动势是洛伦兹力沿导体方向的分力做功引起的，但洛伦兹力对自由电荷所做的总功仍为零，引起的，但洛伦兹力对自由电荷所做的总功仍为零，选项选项A、B错误；动生电动势是由于导体切割磁感线产错误；动生电动势是由于导体切割磁感线产生的，可由右手定则判定方向，生的，可由右手定则判定方向，C正确；只有在导

7、体正确；只有在导体棒做匀速切割时，除安培力以外的力的合力才与安培棒做匀速切割时，除安培力以外的力的合力才与安培力大小相等、方向相反，做变速运动时不成立，故力大小相等、方向相反，做变速运动时不成立，故D错误。错误。答案：答案：C1 0 解析：动生电动势是洛伦兹力沿导体方向的分力做功引起的，但113.某空间出现了如图某空间出现了如图451所示的一组闭所示的一组闭 合的电场线，这可能是磁场沿合的电场线，这可能是磁场沿AB方向，方向，且正在迅速且正在迅速_，也可能是磁场沿，也可能是磁场沿 BA方向，且正在迅速方向，且正在迅速_。图图4511 1 3.某空间出现了如图4 5 1 所示的一组闭图4 5 1

8、12解析：解析：由楞次定律可知，若磁场沿由楞次定律可知，若磁场沿AB方向，形成的电方向，形成的电场方向如题图所示，则磁场应正在迅速减弱，若磁场沿场方向如题图所示，则磁场应正在迅速减弱，若磁场沿BA方向，形成的电场方向如题图所示，则磁场应正在方向，形成的电场方向如题图所示，则磁场应正在迅速增强。迅速增强。答案：答案：减弱增强减弱增强1 2 解析：由楞次定律可知，若磁场沿A B 方向，形成的电场方向如131 314解析：解析：电磁铁中电流减小，感生电场方向为逆时针，电电磁铁中电流减小，感生电场方向为逆时针，电子受电场力与速度方向相反，电子减速。子受电场力与速度方向相反，电子减速。答案：答案：减速减

9、速1 4 解析：电磁铁中电流减小，感生电场方向为逆时针，电子受电场151 516 1对感生电场的理解对感生电场的理解 19世纪世纪60年代，英国物理学家麦克斯韦在他的电磁年代，英国物理学家麦克斯韦在他的电磁理论中指出：变化的磁场能在周围空间激发电场，这种理论中指出：变化的磁场能在周围空间激发电场，这种电场叫感生电场。电场叫感生电场。(1)感生电场是一种涡旋电场，电场线是闭合的。感生电场是一种涡旋电场，电场线是闭合的。(2)感生电场的产生跟空间中是否存在闭合电路无关。感生电场的产生跟空间中是否存在闭合电路无关。(3)感生电场的方向根据闭合电路感生电场的方向根据闭合电路(或假想的闭合电路或假想的闭

10、合电路)中感应电流的方向确定。中感应电流的方向确定。1 6 1 对感生电场的理解17 2感生电动势感生电动势 (1)产生机理：产生机理：如图如图453所示，当磁场变化时，产生的感生电场所示，当磁场变化时，产生的感生电场的电场线是与磁场方向垂直的曲线。如果空间存在闭合的电场线是与磁场方向垂直的曲线。如果空间存在闭合导体，导体中的自由电荷就会在电场力的作用下定向移导体，导体中的自由电荷就会在电场力的作用下定向移动，而产生感应电流，或者说导体中产生了感应电动势。动，而产生感应电流，或者说导体中产生了感应电动势。图图453 图图4541 7 2 感生电动势图4 5 3 18 (2)方向判定：方向判定：

11、根据楞次定律判断，如图根据楞次定律判断，如图454所示，即为磁所示，即为磁感应强度感应强度B增加时导线中的感生电动势方向。增加时导线中的感生电动势方向。1 8 (2)方向判定：19 3.对动生电动势中电荷所受洛伦兹力的理解对动生电动势中电荷所受洛伦兹力的理解 (1)运动导体中的自由电子，不仅随导运动导体中的自由电子，不仅随导体以速度体以速度v运动，而且还沿导体以速度运动，而且还沿导体以速度u做定做定向移动，如图向移动，如图455所示。因此，导体中的所示。因此，导体中的电子的合速度电子的合速度v合合等于等于v和和u的矢量和，所以电的矢量和，所以电子受到的洛伦兹力为子受到的洛伦兹力为F合合ev合合

12、B，F合合与合速与合速 图图455度度v合合垂直。垂直。1 9 3.对动生电动势中电荷所受洛伦兹力的20 (2)从做功角度分析，由于从做功角度分析，由于F合合与与v合合垂直，它对电子不垂直，它对电子不做功，更具体地说，做功，更具体地说，F合合的一个分量是的一个分量是F1evB，这个分力，这个分力做功，产生动生电动势。做功，产生动生电动势。F合合的另一个分量是的另一个分量是F2euB，阻，阻碍导体运动，做负功。可以证明两个分力碍导体运动，做负功。可以证明两个分力F1和和F2所做功的所做功的代数和为零。结果仍然是洛伦兹力并不提供能量，而只是代数和为零。结果仍然是洛伦兹力并不提供能量，而只是起传递能

13、量的作用，即外力克服洛伦兹力的一个分力起传递能量的作用，即外力克服洛伦兹力的一个分力F2所所做的功通过另一个分力做的功通过另一个分力F1转化为能量。转化为能量。2 0 (2)从做功角度分析，由于F 合与v 合垂212 122 1.如图如图456所示，两根平行所示，两根平行金属导轨固定在水平桌面上，每根导金属导轨固定在水平桌面上，每根导轨每米的电阻为轨每米的电阻为r00.10 ，导轨的，导轨的 图图456端点端点P、Q用电阻可忽略的导线相连，两导轨间的距离用电阻可忽略的导线相连，两导轨间的距离l0.20 m。有随时间变化的磁场垂直于桌面向下，已知。有随时间变化的磁场垂直于桌面向下，已知磁感应强度

14、磁感应强度B与时间与时间t的关系为的关系为Bkt，比例系数，比例系数k0.020 T/s。2 2 1.如图4 5 6 所示，两根平行23一电阻不计的金属杆可在导轨上无摩擦地滑动，在滑动过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，在程中保持与导轨垂直，在t0时刻，金属杆紧靠时刻，金属杆紧靠P、Q端，端，在外力作用下，杆以恒定的加速度在外力作用下，杆以恒定的加速度a1 m/s2从静止开始向从静止开始向导轨的另一端滑动，求在导轨的另一端滑动，求在t0.6 s时金属杆所受的安培力。时金属杆所受的安培力。2 3 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24思路

15、点拨思路点拨解答本题时应注意以下三点：解答本题时应注意以下三点：(1)由金属杆切割磁感线产生动生电动势。由金属杆切割磁感线产生动生电动势。(2)由磁场随时间变化产生感生电动势。由磁场随时间变化产生感生电动势。(3)回路中的电动势应等于两个电动势的合电动势。回路中的电动势应等于两个电动势的合电动势。2 4 思路点拨 解答本题时应注意以下三点：252 526答案答案1.44104 N，方向向右，方向向右2 6 答案 1.4 4 1 0 4 N，方向向右272 728 1电磁感应现象中的能量转化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，磁场能转与感生电动势有关的电磁感应现象中

16、，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阻的内能。转化为电阻的内能。(2)与动生电动势有关的电磁感应现象中，通过克服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，安培力做多少功，就产生多少电能。若电路是纯电阻电路，转化过来的电能也将全部转化为电阻的内能。转化过来的电能也将全部转化为电阻的内能。2 8 1 电磁感应现象中的能量转化292电磁感应现象中能量变化的特点电磁感应现

17、象中能量变化的特点做功情况做功情况能量变化特点能量变化特点滑动摩擦力做功滑动摩擦力做功有内能产生有内能产生重力做功重力做功重力势能必然发生变化重力势能必然发生变化克服安培克服安培力做功力做功必然有其他形式的能转化为电能，并必然有其他形式的能转化为电能，并且克服安培力做多少功，就产生多少且克服安培力做多少功，就产生多少电能电能安培力做正功安培力做正功电能转化为其他形式的能电能转化为其他形式的能2 9 2 电磁感应现象中能量变化的特点做功情况能量变化特点滑动30 3求解电磁感应现象中能量守恒问题的一般思路求解电磁感应现象中能量守恒问题的一般思路 (1)确定感应电动势的大小和方向。确定感应电动势的大

18、小和方向。(2)画出等效电路，求出回路中消耗的电功率表达式。画出等效电路，求出回路中消耗的电功率表达式。(3)分析导体机械能的变化，用能量守恒关系得到机械分析导体机械能的变化，用能量守恒关系得到机械功率的改变与回路中的电功率的改变所满足的方程。功率的改变与回路中的电功率的改变所满足的方程。3 0 3 求解电磁感应现象中能量守恒问题的一31 4电能的三种求解思路电能的三种求解思路 (1)利用克服安培力做功求解：电磁感应中产生的电能等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。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利用能量守恒求解：相应的

19、其他能量的减少量等于产生的电能。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。利用电路特征求解：通过电路中所消耗的电能来计算。3 1 4 电能的三种求解思路32 2.如图如图457所示，固定的水平所示，固定的水平光滑金属导轨，间距为光滑金属导轨，间距为L，左端接有阻，左端接有阻值为值为R的电阻，处在方向竖直向下、磁的电阻，处在方向竖直向下、磁感应强度为感应强度为B的匀强磁场中，质量为的匀强磁场中，质量为m 图图457的导体棒与固定弹簧相连，放在导轨上，导轨与导体棒的导体棒与固定弹簧相连，放在导轨上，导轨与导体棒的电阻可忽略。初始时刻，弹簧恰处于自然长度，导体的电阻可忽略。初始

20、时刻，弹簧恰处于自然长度，导体棒具有水平向右的初速度棒具有水平向右的初速度v0。在沿导轨往复运动的过程。在沿导轨往复运动的过程中，导体棒始终与导轨垂直并保持良好接触。中，导体棒始终与导轨垂直并保持良好接触。3 2 2.如图4 5 7 所示，固定的水平33 (1)求初始时刻导体棒受到的安培力。求初始时刻导体棒受到的安培力。(2)若导体棒从初始时刻到速度第一次为零时，弹簧若导体棒从初始时刻到速度第一次为零时，弹簧的弹性势能为的弹性势能为Ep，则这一过程中安培力所做的功，则这一过程中安培力所做的功W1和电和电阻阻R上产生的焦耳热上产生的焦耳热Q1分别为多少？分别为多少？(3)导体棒往复运动，最终将静

21、止于何处？从导体棒导体棒往复运动，最终将静止于何处？从导体棒开始运动直到最终静止的过程中，电阻开始运动直到最终静止的过程中，电阻R上产生的焦耳上产生的焦耳热热Q为多少？为多少？3 3 (1)求初始时刻导体棒受到的安培力。34思路点拨思路点拨 解答本题时应注意以下两点：解答本题时应注意以下两点：(1)导体棒运动切割磁感线产生感应电流。导体棒运动切割磁感线产生感应电流。(2)安培力做功与电阻安培力做功与电阻R上产生的焦耳热的关系。上产生的焦耳热的关系。3 4 思路点拨 解答本题时应注意以下两点：353 5363 6373 738 (1)安培力做负功的过程就是其他形式的能量转化安培力做负功的过程就是

22、其他形式的能量转化为电能的过程。为电能的过程。(2)导体棒动能、弹性势能、回路中的电能在转移导体棒动能、弹性势能、回路中的电能在转移或转化过程中总量是守恒的。或转化过程中总量是守恒的。3 8 (1)安培力做负功的过程就是其他形式的能39 电磁感应问题往往跟力学问题联系在一起，这类问电磁感应问题往往跟力学问题联系在一起，这类问题需要综合运用电磁感应规律和力学的相关规律解决。题需要综合运用电磁感应规律和力学的相关规律解决。因此，处理此类问题的一般思路是因此，处理此类问题的一般思路是“先电后力先电后力”。即：。即：(1)先做先做“源源”的分析的分析分离出电路中由电磁感应所分离出电路中由电磁感应所产生

23、的电源，求出电源参数产生的电源，求出电源参数E和和r；(2)再进行再进行“路路”的分析的分析画出必要的电路图，分析画出必要的电路图，分析电路结构，弄清串、并联关系，求出相关部分的电流大电路结构，弄清串、并联关系，求出相关部分的电流大小，以便安培力的求解；小，以便安培力的求解；3 9 电磁感应问题往往跟力学问题联系在一起，40 (3)然后是然后是“力力”的分析的分析画出必要的受力分析图，分画出必要的受力分析图，分析力学所研究对象析力学所研究对象(常是金属杆、导体线圈等常是金属杆、导体线圈等)的受力情况，的受力情况，尤其注意其所受的安培力；尤其注意其所受的安培力；(4)接着进行接着进行“运动运动”

24、状态分析状态分析根据力和运动的关系，根据力和运动的关系，判断出正确的运动模型；判断出正确的运动模型；(5)路线是：导轨受力运动产生感应电动势路线是：导轨受力运动产生感应电动势感应电流感应电流通电导体受安培力通电导体受安培力合外力变化合外力变化加速度变化加速度变化速度变速度变化化感应电动势变化感应电动势变化周而复始地循环，循环结束时，周而复始地循环，循环结束时，加速度等于零，导体达到稳定运动状态。要画好受力图，加速度等于零，导体达到稳定运动状态。要画好受力图，抓住抓住a0时速度时速度v达到最大值的特点，最后运用物理规律达到最大值的特点，最后运用物理规律列方程求解。列方程求解。4 0 (3)然后是

25、“力”的分析画出必要的受41 (6)两种状态处理方法：两种状态处理方法：达到稳定运动状态后，导体匀速运动，受力平衡，达到稳定运动状态后，导体匀速运动，受力平衡，应根据平衡条件列式分析平衡态；导体达到稳定运动状态应根据平衡条件列式分析平衡态；导体达到稳定运动状态之前，往往做变加速运动，处于非平衡态，应根据牛顿第之前，往往做变加速运动，处于非平衡态，应根据牛顿第二定律或结合功能关系分析非平衡态。二定律或结合功能关系分析非平衡态。4 1 (6)两种状态处理方法：42 3(2012山东高考山东高考)如图如图458所示，所示，相距为相距为L的两条足够长的光滑平行金属导的两条足够长的光滑平行金属导轨与水平

26、面的夹角为轨与水平面的夹角为，上端接有定值电，上端接有定值电阻阻R，匀强磁场垂直于导轨平面，磁感应，匀强磁场垂直于导轨平面，磁感应 图图458强度为强度为B。将质量为。将质量为m的导体棒由静止释放，当速度达到的导体棒由静止释放，当速度达到v时开时开始匀速运动，此时对导体棒施加一平行于导轨向下的拉力，并始匀速运动，此时对导体棒施加一平行于导轨向下的拉力，并保持拉力的功率恒为保持拉力的功率恒为P，导体棒最终以，导体棒最终以2v的速度匀速运动。导的速度匀速运动。导体棒始终与导轨垂直且接触良好，不计导轨和导体棒的电阻，体棒始终与导轨垂直且接触良好，不计导轨和导体棒的电阻，重力加速度为重力加速度为g。下

27、列选项正确的是。下列选项正确的是 ()4 2 3(2 0 1 2 山东高考)如图4 5 8434 344思路点拨思路点拨解答本题时应注意以下两点：解答本题时应注意以下两点：(1)导体棒所受安培力与导体棒速度的关系；导体棒所受安培力与导体棒速度的关系；(2)R上的焦耳热与克服安培力做功的关系。上的焦耳热与克服安培力做功的关系。4 4 思路点拨 解答本题时应注意以下两点：454 546答案答案AC4 6 答案 A C47 (1)导体运动切割磁感线产生感应电流，会使导体由此导体运动切割磁感线产生感应电流，会使导体由此受到安培力，而安培力的大小往往因速度的改变而改变。受到安培力，而安培力的大小往往因速

28、度的改变而改变。(2)导体运动的加速度为零时，对应的速度最大，此时导体运动的加速度为零时，对应的速度最大，此时回路中的电流也最大。回路中的电流也最大。4 7 (1)导体运动切割磁感线产生感应电流，484 8494 9505 051 1当磁场变化时，在磁场周围产生感生电场，感生电当磁场变化时，在磁场周围产生感生电场，感生电场会使导体中的自由电荷发生定向移动，产生感应电动势场会使导体中的自由电荷发生定向移动，产生感应电动势或感应电流，感生电动势的方向可由楞次定律判断。或感应电流，感生电动势的方向可由楞次定律判断。2当导体棒在磁场中做切割磁感线运动时，导体中当导体棒在磁场中做切割磁感线运动时，导体中的自由电荷因受洛伦兹力而定向移动，形成动生电动势，的自由电荷因受洛伦兹力而定向移动，形成动生电动势，其方向可由右手定则判断。其方向可由右手定则判断。3在与感生电动势有关的现象中，磁场能转化为电在与感生电动势有关的现象中，磁场能转化为电能，而在与动生电动势有关的现象中，通过克服安培力做能，而在与动生电动势有关的现象中，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。功，把机械能或其他形式的能转化为电能。5 1 1 当磁场变化时，在磁场周围产生感生电场525 2