高中物理新课程第四章电磁感应全章课件人教版选修3.ppt

电磁感应复习 电磁感应现象 产生感应电流的条件 感应电动势的大小 磁通量 楞次定律 感应电流 电动势 的方向 右手定则 应用 一 磁通量及其变化 1 磁通量 注意 如果面积s与b不垂直 如图所示 则应以b乘以在垂直磁场方向上的投影面积s 即 bs bssin 1 定义 磁感应强度b与垂直磁场的回路面积s的乘积 公式为 bs 物理意义 它表示穿过某一面积的磁感线条数 2 磁通密度 垂直穿过单位面积的磁感线条数 即磁感应强度大小b s 3 合磁通 若通过一个回路中有方向相反的磁场 则不能直接用公式 bs求 应考虑相反方向抵消以外所剩余的磁通量 亦即此时的磁通是合磁通 1 磁通量 2 磁通密度 3 合磁通 是指穿过磁场中某一面的末态磁通量 2与初态磁通量 1的差值 2 1 4 磁通量的变化量 1 磁通量 与磁感应强度b 0 8t垂直的线圈面积为0 05m2 线圈的磁通量多大 若这个线圈绕有50匝时 磁通量有多大 线圈位置如转过53 时磁通量多大 课堂练习 如图所示 螺线管置于闭合金属圆环的轴线上 当螺线管中通过的电流强度逐渐减小时 问穿过闭合金属圆环的磁通量是增大还是减小 课堂练习 i 2 电磁感应现象 1 产生感应电流条件 穿过闭合回路的磁通量发生变化 即 0 2 引起磁通量变化的常见情况 1 闭合电路的部分导体做切割磁感线运动 2 线圈在磁场中转动 3 磁感应强度b变化 4 线圈的面积变化 2 电磁感应现象 1 产生感应电流条件 2 引起磁通量变化的常见情况 3 产生感应电动势条件 无论回路是否闭合 只要穿过线圈平面的磁通量发生变化 线圈中就有感应电动势 产生感应电动势的那部分导体相当于电源 线圈在长直导线电流的磁场中 作如图的运动 a 向右平动b 向下平动c 绕轴转动 ad边向外 d 从纸面向纸外作平动e 向上平动 e线圈有个缺口 判断线圈中有没有感应电流 课堂练习 3 感应电流方向的判断 1 右手定则 伸开右手 让大拇指跟其余四指垂直 并且都跟手掌在同一平面内 让磁感线垂直穿入手心 大拇指指向导体运动的方向 其余四指所指的方向就是感应电流的方向 2 楞次定律 感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的原磁通量的变化 增反减同 来拒去留 增缩减扩 如图所示 在两根平行长直导线中 通以同方向 同强度的电流 导线框abcd和两导线在同一平面内 导线框沿着与两导线垂直的方向自右向左在两导线间匀速运动 在运动过程中 导线框中感应电流的方向 a 沿abcd方向不变 b 由abcd方向变成adcb方向 c 沿adcb方向不变 d 由adcb方向变成abcd方向 课堂练习 如图所示 一磁铁用细线悬挂 一闭合铜环用手拿着静止在磁铁上端面相平处 松手后铜环下落 在下落到和下端面相平的过程中 以下说法正确的是 a 环中感应电流方向从上向下俯视为先顺时针后逆时针b 环中感应电流方向从上向下俯视为先逆时针后顺时针 c 悬线上拉力先增大后减小d 悬线上拉力一直大于磁铁重力 课堂练习 n s 如图所示 一电子以初速度v沿金属板平行方向飞入mn极板间 若突然发现电子向m板偏转 则可能是 a 电键s闭合瞬间b 电键s由闭合到断开瞬间c 电键s是闭合的 变阻器滑片p向左迅速滑动d 电键s是闭合的 变阻器滑片p向右迅速滑动 课堂练习 如图 a 圆形线圈p静止在水平桌面上 其正上方悬挂一相同的线圈q p和q共轴 q中通有变化电流 电流随时间变化的规律如图 b 所示 p所受的重力为g 桌面对p的支持力为n 则 a t1时刻n gb t2时刻n gc t3时刻n gd t4时刻n g 两个线圈平行放置 线圈a b通有如图所示的电流时 欲使线圈b中的电流瞬时增大 可以采取下列哪些方法 a 保持线圈相对位置不变 增加线圈a中的电流b 保持线圈a中的电流不变 将线圈a向右平移c 保持线圈a中的电流不变 将线圈a向上平移d 保持线圈a中的电流不变 将线圈a绕水平的 通过圆心的轴线转动 二 法拉第电磁感应定律 一 法拉第电磁感应定律 1 内容 电路中感应电动势的大小 跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比 对于n匝线圈有 导线切割磁感线产生感应电动势的大小e blvsin 是b与v之间的夹角 单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动 转轴垂直于磁场 若线圈所围面积里磁通量随时间变化的规律如图所示 则 课堂练习 a 线圈中0时刻感应电动势最大b 线圈中d时刻感应电动势为零 c 线圈中d时刻感应电动势最大d 线圈中0到d时间内平均感应电动势为0 4v 如图磁感应强度为b的匀强磁场方向垂直于纸面向外 长l的金属棒oa以o为轴在该平面内以角速度 逆时针匀速转动 求金属棒中的感应电动势 2 转动产生的感应电动势 转动轴与磁感线平行 一 法拉第电磁感应定律 线圈的转动轴与磁感线垂直 如图矩形线圈的长 宽分别为l1 l2 所围面积为s 向右的匀强磁场的磁感应强度为b 线圈绕图示的轴以角速度 匀速转动 结论 感应电动势与线圈的形状和转动轴的具体位置无关 但是轴必须与b垂直 一 法拉第电磁感应定律 2 转动产生的感应电动势 感应电动势的最大值为e nb s 如图所示 矩形线圈同n 50匝导线组成 ab边长l1 0 4m bc边长l2 0 2m 在b 0 1t的匀强磁场中 以两短边中点的连线为轴转动 50rad s 求 1 线圈从图甲位置转过180o过程中的平均电动势 2 线圈从图乙位置转过30o时的瞬时电动势 甲 乙 若以ab边为轴转动呢 课堂练习 3 电磁感应中的能量守恒 只要有感应电流产生 电磁感应现象中总伴随着能量的转化 电磁感应的题目往往与能量守恒的知识相结合 一 法拉第电磁感应定律 如图所示 矩形线圈abcd质量为m 宽为d 在竖直平面内由静止自由下落 其下方有如图方向的匀强磁场 磁场上 下边界水平 宽度也为d 线圈ab边刚进入磁场就开始做匀速运动 那么在线圈穿越磁场的全过程 产生了多少电热 课堂练习 二 感应电量的计算 只要穿过闭合电路的磁通量发生变化 闭合电路中就会产生感应电流 通过导线截面的电量为q 上式中n为线圈的匝数 为磁通量的变化量 r为闭合电路的总电阻 结论 感应电量与发生磁通量变化量的时间无关 如图所示 闭合导线框的质量可以忽略不计 将它从如图所示的位置匀速拉出匀强磁场 若第一次用0 3s时间拉出 外力所做的功为w1 通过导线截面的电量为q1 第二次用0 9s时间拉出 外力所做的功为w2 通过导线截面的电量为q2 则 a b c d 课堂练习 三 电磁感应图象 电磁感应图象 电磁感应中常涉及磁感应强度b 磁通量 感应电动势e和感应电流i随时间t变化的图象 即b t图象 t图象 e t图象和i t图象 在图象中 物理量的方向是通过正负值来反映的 分析图象问题常需右手定则 楞次定律和法拉第电磁感应定律 有些图象问题还要画出等效电路来辅助分析 如图所示 一个由导体做成的矩形线圈 以恒定速率v运动 从无场区进入匀强磁场区 然后出来 若取逆时针方向为电流的正方向 那么图中的哪一个图线正确地表示回路中电流对时间的函数关系 a b c d 课堂练习 a b c d 课堂练习 如图甲所示 竖直放置的螺线管与导线abcd构成回路 导线所围区域内有一垂直纸面向里的变化的匀强磁场 螺线管下方水平桌面上有一导体圆环 导线abcd所围区域内磁场的磁感应强度按图乙所示哪一图线所表示的方式随时间变化时 导体圆环将受到向上的磁场作用力 一闭合线圈放在匀强磁场里 若通过线圈平面的磁感应强度随时间的变化如图甲所示 则线圈的感应电动势为图乙中哪个图象所示 线圈面积不变 如图甲中a是一边长为l的正方形线框 电阻为r 今维持线框以恒定的速度v沿x轴运动 并穿过图中所示的匀强磁场b区域 若以x轴正方向作为力的正方向 线框在图示位置的时刻作为时间的零点 则磁场对线框的作用力f随时间t的变化图线在图乙中正确的是 甲 乙 四 电磁感应与力学规律的综合应用 电磁感应中的动力学问题 解决这类问题的关键在于通过受力分析确定运动状态来寻找过程中的临界状态 如速度 加速度取最大值或最小值的条件等 基本思路 确定电源 e r 受力分析 运动状态的分析 临界状态 感应电流 运动导体所受的安培力 如图所示 导线mn可无摩擦地沿竖直的长直导轨滑动 导轨位于水平方向的匀强磁场中 回路电阻是r 将mn由静止开始释放后的一段时间内 mn运动的加速度可能是 a 保持不变b 逐渐减少c 逐渐增大d 先增大后减小 例题 如图所示 竖直平行导轨间距l 20cm 导轨顶端接有一电键s 导体捧ab与导轨接触良好且无摩擦 ab的电阻r 0 4 质量m 10g 导轨的电阻不计 整个装置处在与轨道平面垂直的匀强磁场中 磁感应强度b 1t 当导体棒由静止释放0 8s后 突然闭合电键 不计空气阻力 设导轨足够长 求ab棒的最大速度和最终速度的大小 g取10m s2 如图所示 磁场与水平面垂直 导轨电阻不计 宽为l 质量为m 电阻为r的直导线ab与导轨垂直放置 并可以在导轨上无摩擦地自由滑动 当导线从静止开始下滑的过程中 最大加速度和最大速度是多少 设导轨足够长 且与水平面夹角为 例题 如图所示 ab cd是两根足够长的固定平行金属导轨 两导轨间的距离为l 导轨平面与水平面的夹角为 在整个导轨平面内都有垂直于导轨平面斜向上方的匀强磁场 磁感应强度为b 在导轨的ac端连接一个阻值为r的电阻 一根质量为m 垂直于导轨放置的金属棒ab 从静止开始沿导轨下滑 求此过程中ab棒的最大速度 已知ab与导轨间的动摩擦因数为 导轨和金属棒的电阻都不计 课堂练习 1 电磁感应中的动态分析 是处理电磁感应问题的关键 要学会从动态分析的过程中来选择是从动力学方面 还是从能量方面来解决问题 2 在分析运动导体的受力时 常画出平面示意图和物体受力图 方法总结 如图 a线圈接一灵敏电流计 b线框放在匀强磁场中 b线框的电阻不计 具有一定电阻的导体棒可沿线框无摩擦滑动 今用一恒力f向右拉cd由静止开始运动 b线框足够长 则通过电流计中的电流方向和大小变化是 a g中电流向上 强度逐渐增强 b g中电流向下 强度逐渐增强 c g中电流向上 强度逐渐减弱 最后为零d g中电流向下 强度逐渐减弱 最后为零 课堂练习 如图甲所示 一对平行光滑轨道放置在水平面上 两轨道间距l 0 20m 电阻r 1 0 有一导体杆静止放在轨道上 与两轨道垂直 杆及轨道的电阻可忽略不计 整个装置处于磁感强度b 0 50t的匀强磁场中 磁场方向垂直轨道面向下 现用一外力f沿轨道方向拉杆 使之做匀加速运动 测得力f与时间t的关系如图乙所示 求杆的质量m和加速度a 课堂练习 光滑轨道间距l 0 20m 电阻r 1 0 磁感强度b 0 50t求杆的质量m和加速度a 课堂练习 五 电磁感应处理方法举例 围绕着这两种产生的原因 具体的问题可分为下面三类 可将电动势的产生分为两类 一类是感生电动势 即是由于闭合线圈中的磁通量发生变化所引起的 另一类是动生电动势 即由导体棒在磁场中切割磁感线 导体棒的电荷由于受到洛沦兹力的作用而发生定向移动 从而在导体棒的两端产生电势差 一 b变化 s不变 1 如图所示 一个50匝的线圈的两端跟r 99 的电阻相连接 置于竖直向下的匀强磁场中 线圈的横截面积是20cm2 电阻为1 磁感应强度以100t s的变化率均匀减小 在这一过程中通过电阻r的电流为多大 二 b不变 s变化 2 如图所示 在竖直向下的磁感应强度为b的匀强磁场中 有两根水平放置相距l且足够长的平行金属导轨ab cd 在导体的ac端连接一阻值为r的电阻 一根垂直于导轨放置的金属棒ab 质量为m 导轨和金属棒的电阻及它们间的摩擦不计 若用恒力f沿水平向右拉棒运动 求金属棒的最大速度 三 b变 s亦变 3 如图所示 两根平行金属导轨固定往水平桌面上 每根导轨每米的电阻为r0 0 10 m 导轨的端点p q用电阻可忽略的导线相连 两导轨间的距离l 0 20m 有随时间变化的匀强磁场垂直于桌面 已知磁感应强度b与时间t的关系为b kt 比例系数k 0 020t s 三 b变 s亦变 3 如图所示 两根平行金属导轨固定往水平桌面上 每根导轨每米的电阻为r0 0 10 m 导轨的端点p q用电阻可