粤教版高中物理选择性必修第二册全册教学课件

粤教版高中物理选择性必修第二册全册教学课件安培力

在必修第三册中我们知道，磁场能够对通电导线产生作用力。为了纪念安培在该方面作出的杰出贡献，人们把磁场对通电导线的作用力称为安培力(Ampèreforce)。一、认识安培力【观察·思考】如图左所示是一种直观感受安培力作用效果的实验装置示意图:在蹄形磁铁两极间放置一个与外电路相连接的水平固定金属导轨，上面静置一根与轨道垂直的金属棒。思考1：闭合开关，观察实验现象，分析在该实验中安培力的作用效果。思考2：结合必修第三册所学知识，设计新的可以直观感受安培力作用效果的实验方案，并画出新方案的实验装置示意图。总结：该实验方法便于改变电流大小、磁场方向、电流方向等因素，为探究安培力的规律提供了便利。【实验·总结】在上述实验中，当开关闭合时，平行导轨上的金属棒相当于一根通电导线，此时金属棒在轨道上由静止开始滚动，表明它受到了安培力。那么安培力的方向与哪些因素有关呢？二、安培力的方向安培力是一个矢量，既有大小又有方向。

【实验·探究】利用如图所示的实验装置，探究影响安培力方向的因素。设计实验现象记录表如下表所示：【实验·探究】设计实验现象记录表如下表所示：其中“

”表示电流方向垂直纸面向里，“⊙”表示电流方向垂直纸面向外。⊗【实验·探究】进行实验，并将金属棒运动方向相应的实验结果用带箭头线段绘制在表格中。【实验·总结】上述实验表明，通电导线在磁场中所受安培力的方向与磁场方向、导线中电流方向有关.更精确的实验研究表明，它们之间的关系可以用左手定则判定。如右图所示，伸开左手，使大拇指与四指垂直，且都与手掌在同一个平面内.让磁感线垂直穿入手心，并使四指指向电流的方向，这时大拇指所指方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。【理论·探究】实验和理论表明，当通电直导线与磁场方向平行时，如下图所示，通电直导线所受安培力的大小F=0。三、安培力的大小

【理论·探究】当通电直导线与磁场方向垂直时，如图所示，通电直导线所受安培力的大小F=BIL。

【理论·探究】

这是一般情况下安培力的表达式。

1.安培在电磁学领域作出了突出的贡献，被誉为“电学中的牛顿”下面的规律不是安培发现的是（）A．通电导线在磁场中受到的作用力规律 B．通电导线周围的磁场分布规律C．分子电流假说D．通电导线周围存在磁场D课堂练习

A

C

B

D6.（2022·湖北·武汉市常青第一中学高二期末）如图，等边三角形线框LMN由三根相同的导体棒连接而成，固定于匀强磁场中，线框平面与磁感应强度方向垂直，线框顶点M、N与直流电源两端相接。已如导体棒MN受到的安培力大小为F，则线框ML和LN两根导体棒受到的安培力的合力的大小和方向为（）A．F，方向与F的方向相同 B．1.5F，方向与F的方向相同C．0.5F，方向与F的方向相同 D．F，方向与F的方向相反C

D

C9.（2022·四川广安·高二期末）如图所示，有两根用超导材料制成的长直平行细导线a、b，分别通以80A和100A方向相同的电流，两导线构成的平面内有一点P，到两导线的距离相等。下列说法正确的是（）A．导线b受到的安培力为导线a所受安培力的1.25倍B．两导线所受的安培力大小相等，表现为相互排斥的作用C．移走导线b前后，P点的磁感应强度方向不变D．在离两导线所在的平面有一定距离的有限空间内，不存在磁感应强度为零的位置D

C1.安培力的方向：左手定则.2.安培力的大小I与B垂直时：F=IlBI与B平行时：F=0

课堂小结课堂训练

CD课堂训练2.（2021·重庆市求精中学校高二）一直导线平行于通电螺线管的轴线（不计重力）放置在螺线管的上方，如图所示，如果直导线可以自由地运动且通以方向为由a到b的电流，则导线ab受到安培力的作用后的运动情况为（）A．从上向下看逆时针转动 B．从上向下看顺时针转动C．靠近螺线管 D．远离螺线管AC课堂训练

CD课堂训练

AD课堂训练

AD课堂训练

AD同学们，通过这节课的学习，你有什么收获呢？谢谢大家爱心.诚心.细心.耐心，让家长放心.孩子安心。安培力的应用安培力在生活、生产和科研中有着广泛的应用电流天平磁电式电表一、电流天平普通天平是应用杠杆原理把被测物与已知质量的砝码进行力学平衡，利用等效替代法测量出被测物体的质量。

对于较难直接测量的安培力和磁感应强度，人们同样运用等效替代法，结合安培力的相关知识和现代电子技术，设计出了如左图所示的电流天平。

如左图所示是等臂电流天平的原理图。在天平的右端挂一矩形线圈，设线圈匝数为n，底边cd长L，放在待测匀强磁场中，使线圈平面与磁场垂直，磁场方向垂直于纸面向里。综合以上两式，可得该匀强磁场的磁感应强度测量值:

电流天平常用于实验室中测量两平行通电导体之间的相互作用力和磁感应强度。二、磁电式电表如图所示是磁电式电表内部结构示意图，蹄形磁铁的两极间有一个固定的圆柱形铁芯，铁芯外面套有一个可以绕轴转动的铝框，在铝框上绕有铜线圈。电表指针固定在线圈上，可与线圈一起转动.线圈的两端分别接在两个螺旋弹簧上，被测电流经过这两个弹簧流入线圈。【实验·探究】蹄形磁铁与铁芯间的磁场可看作是均匀辐射分布的，如图所示：无论通电线圈转到什么位置，线圈的平面总与磁场方向平行。思考1：为什么电表指针偏转角度的大小可以反映通过电表电流的大小？思考2：能否通过指针的偏转方向判断通过电表的电流方向？【实验·总结】

当磁电式电表的线圈没有电流通过时，螺旋弹簧处于自然状态，线圈处于水平位置，指针指向零刻度.当线圈通入电流时，根据左手定则，可知线圈的两对边受到大小相等、方向相反的一对安培力作用。在安培力作用下，线圈绕中心轴转动。线圈的转动导致螺旋弹簧被扭转，产生一个阻碍线圈转动的阻力.当安培力与螺旋弹簧阻力作用效果相当时，线圈停在某一位置，电表指针指示表盘相应刻线，进而得到相应电流的大小。【实验·总结】

改变通入线圈的电流方向，安培力的方向随之改变，指针的偏转方向也随之改变。所以，根据指针的偏转方向，可以知道通过电表的电流方向。

磁电式电表灵敏度高，能够测出很弱的电流，但缺点是线圈的导线很细，只允许通过很弱的电流。因此，若要利用磁电式电表测量较大的电流值，需要根据电表改装方法扩大其量程。电动汽车和电动自行车、多数电动玩具和电动剃须刀等设备中的电动机都是直流电动机。三、直流电动机直流电动机是利用安培力使通电线圈转动的典型应用。从能量的角度看，直流电动机是将电能转换成机械能的旋转电机。【实验·探究】

如图所示是直流电动机的内部结构示意图.它主要由蹄形磁铁、线圈、电刷和换向器等部件组成，其中两磁极间的磁场可近似看作匀强磁场.换向器是一对相互绝缘的半圆形铜环，它们通过固定的电刷与直流电源相接。【实验·探究】思考1：当线圈位于如上图所示的四种状态时，所受安培力的情况如何？思考2：直流电动机的线圈是如何实现连续不停地朝一个方向转动的？在上图中，当图(a)直流电动机中的线圈通入电流后，线圈在安培力的作用下转到图(b)位置时，尽管受力平衡，但由于惯性作用，线圈仍能够按原方向继续转过该平衡位置。为了让线圈能够持续转动下去，技术人员巧妙地使线圈两端与两个半圆形铜环相连并一起转动，同时在电路中安装了与半圆形铜环接触的电刷。由此通过电流的周期性换向、确保线圈受到的安培力始终起到推动线圈往同一个方向持续转动的效果.物理原理与技术在此处得到了完美结合。【实验·总结】直流电动机的优点是只需改变输入电流的大小，就能够直接调节电动机的转速，而输入电流的大小是较容易改变的，因此，直流电动机常被应用于需要调速的设备。1.（2022·浙江温州·高二期末）如图甲为磁电式电流表的结构，图乙为极靴和铁质圆柱间的磁场分布，线圈a、b两边通以图示方向的电流，线圈两边所在处的磁感应强度大小相等。则（）A．该磁场为匀强磁场B．线圈将逆时针转动C．线圈平面总与磁场方向垂直D．线圈转动过程中两边a、b受安培力大小不变D课堂练习

D

D

4.（2021·江西师大附中高二）一个各边电阻相同、边长均为L的正六边形金属框abcdef放置在磁感应强度大小为B、方向垂直金属框所在平面向外的匀强磁场中。若从a、b两端点通以如图所示方向的电流，电流大小为I，则关于金属框abcdef受到的安培力的判断正确的是（）A．大小为BIL，方向垂直ab边向左B．大小为BIL，方向垂直ab边向右C．大小为2BIL，方向垂直ab边向左D．大小为2BIL，方向垂直ab边向右A5.关于磁电式电流表内的磁铁和铁芯之间的均匀辐向分布的磁场，下列说法中正确的是（）A．该磁场的磁感应强度大小处处相等，方向相同B．使线圈平面始终与磁感线平行C．使线圈上与轴平行的导线所受的安培力始终与线圈平面平行D．线圈上各点的磁感应强度大小都相等B6.如图，平放的铝锅锅边上焊一接线柱a，锅中央底部焊另一接线柱b，竖直向下的强磁场穿过铝锅。在锅中倒入一定量的水银，若a、b经导线接直流电源，水银将会旋转起来。下列判断正确的是（）A．若a接正极、b接负极，水银将顺时针旋转B．若a接正极、b接负极，水银将逆时针旋转C．若仅将磁场反向，水银的旋转方向将不会改变D．若把锅中的水银换成盐水则不会旋转A7.（2021·浙江温州·高二期中）如图所示，甲、乙、丙、丁四图是电学实验中常见的仪器或结构示意图，下列说法正确的是（）A．图甲中只有当带电体与验电器上端导体接触时，金属箔片才会张开B．图乙静电计是用来精确测量电荷量的仪器C．图丙磁电式电表的指针偏转，是通电线圈受安培力作用的结果D．图丁多用电表在使用时，电流总是从“-”插线孔流入，“+”插线孔流出C8.如图所示为电流天平，可以用来测量匀强磁场中的磁感应强度。它的右臂挂着矩形线圈，匝数为n，线圈的水平边长为l，处于匀强磁场中，磁感应强度B的方向与线圈平面垂直。当线圈中通过电流I时，调节砝码使两臂达到平衡。下列说法中正确的是（）A．线圈受到的安培力大小为BIlB．线圈受到的安培力方向水平指向纸内C．若发现右盘向上翘起，则应增大线圈中的电流D．若把电流大小不变而方向反向，则左盘向上翘起D9.实验室经常使用的电流表是磁电式仪表。这种电流表的构造如图甲所示。蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐向分布的。当线圈通以如图乙所示的电流，下列说法不正确的是（）A．线圈转到什么角度，它的平面都跟磁感线平行B．线圈转动时，螺旋弹簧被扭动，阻碍线圈转动C．当线圈转到如图乙所示的位置，b端受到的安培力方向向上D．当线圈转到如图乙所示的位置，安培力的作用使线圈沿顺时针方向转动C安培力的应用:电流天平磁电式电表及其原理直流电动机及其原理课堂小结课堂训练1.（2022·宁夏·银川一中高二期末）关于磁电式电流表，下列说法中正确的是（）A．磁电式电流表的工作原理是安培力对通电导线的加速作用B．磁电式电流表的工作原理是安培力对通电导线的转动作用C．磁电式电流表的优点是灵敏度高，可以测出很弱电流D．磁电式电流表的缺点是线圈的导线很细，允许通过的电量很弱BC课堂训练2.实验室经常使用的电流表是磁电式电流表。这种电流表的构造如图甲所示。蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐向分布的。当线圈通以如图乙所示的稳恒电流（b端电流流向垂直纸面向内），下列说法正确的是（）A．当线圈在如图乙所示的位置时，b端受到的安培力方向向上B．线圈转动时，螺旋弹簧被扭动，阻碍线圈转动C．线圈通过的电流越大，指针偏转角度越小D．电流表表盘刻度均匀BD课堂训练3.（2021·重庆市朝阳中学高二）如图所示，一小段通电直导线放置在粗糙的水平面上处于静止状态，电流方向垂直纸面向里。现把一条形磁铁控制在导线的正上方成水平状态，中点与导线的连线（虚线）正好沿竖直方向，下列说法正确的是（  ）A．放上磁铁后，地面对导线产生摩擦力B．放上磁铁后，地面对导线的支持力仍然等于重力C．若把磁铁沿竖直方向向上移动，地面对导线的支持力越来越小D．若把磁铁水平向右移动一小段距离，导线仍处于静止状态，则地面对导线的摩擦力向右CD课堂训练4.下列关于磁电式电流表（结构如图所示）的说法正确的是（）A．磁电式电流表最基本的组成部分是磁铁和放在磁铁两极之间的线圈B．表盘的刻度是不均匀的C．根据指针的偏转方向，可以知道被测电流的方向D．优点是灵敏度高，缺点是允许通过的电流很弱ACD同学们，通过这节课的学习，你有什么收获呢？谢谢大家爱心.诚心.细心.耐心，让家长放心.孩子安心。洛伦兹力复习：磁场对通电导体产生的作用力称为安培力磁场对通电导体有安培力形成通电导体电荷定向移动产生电流同理，磁场对运动电荷会产生作用力洛伦兹力一、认识洛伦兹力【实验·探究】在如上图所示的实验装置图中，阴极射线管两端被加上高电压。此时，阴极射线管内形成了一束电子束。思考1：当用无磁性的玻璃棒、橡胶棒靠近阴极射线管时，观察电子束的运动方向是否发生改变。思考2：当蹄形磁铁(或条形磁铁)靠近阴极射线管，使磁场方向与电子束前进方向垂直时，观察电子束运动方向是否发生改变。上述实验表明，当没有外磁场时，阴极射线管中的电子束沿直线前进.当磁场方向与电子束前进方向垂直时，电子束运动径迹发生了弯曲，表明磁场对电子束产生了作用力。【实验·总结】二、洛伦兹力的方向如图下图所示，当阴极射线管两端被加上高电压后，阴极射线管中的电子沿直线前进。改变磁铁方向即改变磁场方向，观察不同情况下电子偏转方向，并将实验结果记入表1-3-1中。【实验·探究】【实验·总结】上述实验现象表明，电子偏转方向与磁场方向、电子运动方向有关。更多实验研究表明，当运动电荷的速度方向与磁场方向平行时，运动电荷不受洛伦兹力；当运动电荷的速度方向与磁场方向垂直时，运动电荷受到的洛伦兹力，其方向既与磁场方向垂直，又与速度方向垂直。【实验·总结】

类比安培力方向的判断方法，洛伦兹力方向也可以运用左手定则进行判断。如图所示，伸开左手，使大拇指与其余四指垂直，并且都与手掌在同一平面内，让磁感线垂直穿入手心，并使四指指向正电荷的运动方向，这时拇指，所指的方向就是正电荷在该磁场中所受洛伦兹力的方向。运动的负电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向，与沿相同方向运动的正电荷所受力的方向相反。三、洛伦兹力的大小如图所示，通电直导线处于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，导线中电流方向与磁场方向垂直。若只考虑其中一段长度为L的导线，设该段导线内定向移动的电荷数为N，导线所受安培力为F，每个电荷所受洛伦兹力为f，则【理论·探究】

根据安培力表达式，有

根据电流公式，有【理论·探究】

其中Q为时间t内经过导线横截面积S的电量。

设自由电荷定向移动的速度为v，每个电荷所带电量为q，则

综上可得，导线中每个定向移动的电荷所受洛伦兹力的大小为:【理论·探究】

大量实验证实，这一结果同样适用于带电粒子在磁场中运动的情况.当电荷在垂直磁场的方向上运动时，磁场对运动电荷的洛伦兹力大小f等于电量q、电荷运动速率v、磁场磁感应强度B三者的乘积，即

【理论·探究】仿照前面对于安培力大小的讨论可知，在一般情况下，当电荷运动的方向与磁场的方向夹角为θ时，电荷所受的洛伦兹力为:

由于洛伦兹力的方向总是与电荷运动方向垂直，因此洛伦兹力不做功。

1.（2022·江苏省丹阳高级中学高二开学考试）电场和磁场的性质既有相似性，又各有其特殊性，下列关于电场和磁场有关性质的比较，正确的是（）A．电荷在电场中必受电场力，运动电荷在磁场中必受洛伦兹力B．电场线分布的疏密表示电场的强弱，磁感线分布的疏密表示磁场的强弱C．电场方向与正电荷受电场力方向相同，磁场方向与正电荷受洛伦磁力方向相同D．电场线和磁感线都是闭合的B课堂练习2.（2021·新疆·拜城县第一中学高二）关于电场和磁场对电荷或电流的受力，下列说法正确的是（）A．洛伦兹力对运动电荷一定不做功B．带电粒子在磁场中运动时，一定受到洛伦兹力作用C．电荷在电场中所受电场力的方向就是电场的方向D．正电荷在磁场中所受洛仑兹力的方向就是磁场的方向A3.（2022·辽宁·丹东市教师进修学院高二期末）关于静电力、安培力与洛伦兹力，下列说法正确的是（）A．电荷放入静电场中一定受静电力，正电荷所受静电力的方向与该处电场强度方向相同B．通电导线放入磁场中一定受安培力，安培力的方向与该处磁场方向垂直C．电荷放入磁场中一定受洛伦兹力，洛伦兹力的方向与该处磁场方向垂直D．电场力可以做正功、负功或者不做功，安培力和洛伦兹力永不做功A

4.（2022·四川内江·高二期末）电荷量为-q的粒子，在匀强磁场中运动，下列说法中正确的是（）A．只要速度大小相同，所受的洛伦兹力就相同B．如果把-q改为+q，且速度反向、大小不变，则洛伦兹力的大小、方向均不变C．只要带电粒子在磁场中运动，它一定受到洛伦兹力作用D．带电粒子受到的洛伦兹力越小，则该磁场的磁感应强度越小B5.如图所示是一个水平放置的圆环形玻璃小槽，槽内光滑，槽宽度和深度处处相同．现将一直径略小于槽宽的带正电小球放在槽中，让它受绝缘棒打击后获得一初速度v0。与此同时，有一变化的磁场垂直穿过圆环形玻璃小槽外径所对应的圆面积，磁感应强度B的大小跟时间成正比，方向竖直向下。设小球在运动过程中所带电荷量不变，那么（）A．小球受到的向心力大小不变B．小球受到的向心力大小不断增加C．洛伦兹力对小球做功D．小球受到的洛伦兹力大小与时间成正比B6.（2021·宁夏·贺兰县景博中学高二）物理学的发展是许多物理学家奋斗的结果，下面关于一些物理学家贡献的说法正确的是（）A．安培通过实验发现了通电导线对磁体有作用力，首次揭示了电与磁的联系B．库仑在前人工作的基础上通过实验研究确认了真空中两个静止点电荷之间的相互作用力遵循的规律—库仑定律C．奥斯特认为安培力是带电粒子所受磁场力的宏观表现，并提出了著名的洛伦兹力公式D．安培不仅提出了电场的概念，而且采用了画电场线这个简洁的方法描述电场B

D8.（2022·山东临沂·高二期末）关于安培力和洛伦兹力，下列说法不正确的是（）A．安培力是大量运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现B．安培力和洛伦兹力的方向都一定与磁场方向垂直C．安培力一定会做功，洛伦兹力一定不做功D．安培力和洛伦兹力的方向都可以应用左手定则进行判断C9.如图所示，在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一段静止的长为L截面积为S的通电导线，磁场方向垂直于导线。设单位体积导线中有n个自由电荷，每个自由电荷的电荷量都为q，它们沿导线定向移动的平均速率为v。下列选项正确的是（）A．导线中的电流大小为nSqvB．这段导线受到的安培力大小为nLqvBC．沿导线方向电场的电场强度大小为vBD．导线中每个自由电荷受到的平均阻力大小为qvBA10.（2022·山东·青岛西海岸新区第一高级中学高二期末）一长为L的直导线置于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，导线中的电流为I。下列说法正确的是（）A．通电直导线受到安培力的大小为ILBB．无论通电直导线如何放置，它都将受到安培力C．安培力是载流子受到的洛伦兹力的宏观表现，所以安培力对通电直导线不做功D．通电直导线所受安培力的方向垂直于磁感应强度方向和电流方向构成的平面D2.洛伦兹力的大小:

课堂小结1.洛伦兹力的方向:左手定则

【小专题】

3.带电粒子做圆周运动的基本物理量带电粒子在匀强磁场中的运动

课堂训练1.（2022·北京·高二期末）如图所示，用洛伦兹力演示仪研究带电粒子在匀强磁场中的运动，以虚线表示电极K释放出来的电子束的径迹，在施加磁场之前，电子经加速后沿直线运动，如图甲所示；施加磁场后电子束的径迹，如图乙所示；再调节演示仪可得到图丙所示的电子束径迹，下列说法正确的是（）A．施加的磁场方向为垂直纸面向外B．在图乙基础上仅提高电子的加速电压，可得到图丙所示电子束径迹C．在图乙基础上仅增大磁感应强度，可得到图丙所示电子束径迹D．图乙与图丙中电子运动一周的时间可能不相等CD课堂训练2.（2022·山东·莱州市第一中学高二开学考试）当一带正电q的粒子以速度v沿螺线管中轴线进入该通电螺线管，若不计重力，则：（）A．带电粒子速度大小改变 B．带电粒子速度方向改变C．带电粒子速度大小不变 D．带电粒子速度方向不变CD课堂训练3.（2022·山西省榆社中学高二开学考试）如图所示，在垂直纸面向里的匀强磁场的边界上，有两个质量和电荷量均相同的正负离子（不计重力），从点O以相同的速率先后射入磁场中，入射方向与边界成θ角，则正负离子在磁场中（）A．运动时间相同B．运动轨道的半径不相同C．重新回到边界时速度的大小和方向相同D．重新回到边界的位置与O点距离相等CD课堂训练4.（2022·广东·深圳实验学校光明部高二期末）如图所示，平行放置的长直导线分别通以等大反向的电流I。某带正电粒子以一定速度从两导线的正中间射入，第一次如图甲所示两平行通电导线方向，第二次如图乙所示两垂直通电导线方向。不计粒子重力，下列说法正确的是（）A．甲图虚线上的磁感应强度方向垂直纸面向里B．乙图虚线上的粒子的速度方向与磁场垂直C．甲图粒子将向上偏转，且速度大小保持不变D．乙图粒子做直线运动，且速度先增大后减小AC课堂训练5.（2022·云南·罗平县第二中学高二期末）一束等离子体（含有大量带等量正电和负电的微粒，不考虑其重力及电荷间的相互作用），沿图中箭头所示的方向垂直于磁场方向射入一匀强磁场，磁场方向垂直纸面，粒子运动的轨迹如图中a、b所示，则以下说法中正确的是（）A．a是带负电的微粒的运动轨迹B．a是带正电的微粒的运动轨迹C．b是带负电的微粒的运动轨迹D．b是带正电微粒及负电微粒的共同轨迹BC课堂训练6.（2022·河北·深州长江中学高二期末）如图所示，一束电子从孔a沿ab方向射入正方形容器的匀强磁场中，不计电子重力及其相互作用，其中一部分从c孔射出，一部分从d孔射出，则从c、d两孔射出的电子（）A．在容器中运动的时间比为1∶2B．在容器中运动的时间比为2∶1C．在容器中运动的轨迹半径之比为2∶1D．在容器中运动的轨迹半径之比为1∶2AC同学们，通过这节课的学习，你有什么收获呢？谢谢大家爱心.诚心.细心.耐心，让家长放心.孩子安心。洛伦兹力与现代技术理物JY洛伦兹力在现代科学技术中有着广泛的应用回旋加速器质谱仪一、回旋加速器科研人员利用高速粒子对原子核进行“轰击”，以观测其可能产生的新粒子。加速器就是这样一种使带电粒子获得高能量的装置。在必修第三册中我们已经学过，利用电场可以使带电粒子加速。早期的加速器是用不断提高电源的电压来使带电粒子加速。然而实际所能达到的电压是有限制的。为了进一步提高粒子的能量，科学家制成了直线加速器，让带电粒子在多级电场的作用下进行多次加速，这就导致整个加速器延伸得相当长。洛伦兹力恰好能够让带电粒子在磁场中做圆周运动，从而达到“绕回来”的目的。根据这一思路设计出的粒子加速装置，称为回旋加速器。如图所示是洛伦兹力演示仪的实物图和原理图。洛伦兹力演示仪中电子枪射出的电子束，能使玻璃泡中稀薄的气体发出辉光，显示出电子的径迹。【实验·探究】调节电子枪的加速电压，可改变电子速度的大小。匀强磁场由两个平行的励磁线圈产生，磁场的磁感应强度可通过改变线圈中电流的大小进行调节。思考1：未加磁场时，观察洛伦兹力演示仪中电子束的径迹形状。思考2：给励磁线圈通电，在玻璃泡内会产生沿两线圈轴线中心连线、方向由纸内指向纸外的磁场，观察此时垂直磁场射入的电子束径迹形状。【实验·总结】上述实验表明，当未加磁场时，洛伦兹力演示仪中电子束的径迹显示为一条直线，如图(a)所示。当洛伦兹力演示仪的励磁线圈通电后，在玻璃泡内会产生沿两线圈轴线中心连线、方向由纸内指向纸外的磁场，可以看到垂直磁场射入的电子束径迹不再是一条直线，而是形成了圆弧形的径迹，如图(b)所示。【理论·总结】

带回旋加速器工作原理

二、质谱仪洛仑兹力在化学研究领域中也有广泛的应用，例如同位素是质子数相同、中子数不同、属于同一元素的原子，由于同位素的化学性质相同，不能利用化学方法加以区别，但是，由于它们的质量数不同，因而在磁场中做圆周运动的半径不同，根据这一特性可以对同位素加以区别。英国实验物理学家阿斯顿发明了质谱仪，并利用质谱仪最先得到了氖20和氖22的质谱线，证实了同位素的存在，他也因此获得了1922年的诺贝尔化学奖。【例题分析】英国实验物理学家阿斯顿当年为了证明同位素的假说，设计了多种质谱仪测量同位素的比荷(粒子电量q与质量m之比)。请结合物理学相关原理，尝试从理论上提出一种质谱仪的设计方案以实现下列功能。功能一：使带电粒子获得一定的速度。功能二：让粒子通过一个速度选择器，只留下特定速度的粒子，排除其他速度粒子的干扰。功能三：让带电粒子进入磁场发生偏转。记录粒子的运动轨迹，进而求得粒子的比荷。【分析】

根据前面所学的知识，方案之一是借助电场使带电粒子获得一定的速度；通过使带电粒子受到的电场力和洛伦兹力平衡，即qvB=qE，可以选择出特定速度的粒子；通过使粒子进入匀强磁场做匀速圆周运动，可以测出圆周运动的半径，进而求出粒子的比荷。【解】(1)要满足功能一，可以设置一个加速电场（如图）：

（2）要满足功能二，可以设置一个既有电场又有磁场的速度选择器，如图所示

由此留下特定速度的粒子，排除了其他速度粒子的干扰。(3)要满足功能三，可以让粒子进入匀强磁场中做匀速圆周运动，经过半个圆周后打在照相底片上留下印迹.通过测量印迹半径求得粒子的比荷（如图）。

如果有电量相同而质量有微小差别的粒子通过S0上的狭缝,根据例题中的讨论可知,它们进入磁场后将沿不同的半径做圆周运动，其轨迹在照相底片的不同位置形成若干谱线状的细条（质谱线）。由于每一条质谱线都对应一定的质量值，人们利用质谱仪便可以测量带电粒子的质量和分析同位素。

C课堂练习

D3.回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电源相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中有周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能被加速，两个D形金属盒中有垂直于盒面、磁感应强度大小为B的匀强磁场。如图所示，两D形盒间的狭缝很小，粒子穿过狭缝的时间可忽略，两D形盒接在电压为U、频率为f的交流电源上，若A处粒子源产生的质子在回旋加速器中被加速，下列说法正确的是（）A．A处粒子源产生的质子在磁场中运动的周期的一半和高频交流电的周期相等B．若只增大交流电压U，则质子从回旋加速器中射出时的动能变大C．若只增大D形盒的半径，则质子从回旋加速器中射出时的动能可能不变D．若D形盒中磁感应强度大小B增大，则其所接交流电频率f必须增大才能使装置正常工作D

4.（2022·湖北·高二期末）如图所示是回旋加速器的示意图，其核心部分是两个D形金属盒，分别与高频交流电源连接，两个D形金属盒间的狭缝中形成周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两个D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，忽略粒子在电场中的运动时间，下列说法中正确的是（）A．粒子射出时的最大动能与D形金属盒的半径无关B．加速电压越大，粒子最终射出时获得的动能就越大C．若增大加速电压，粒子在回旋加速器中运动的时间将减少D．若增大磁感应强度B，为保证粒子总被加速，必须减小周期性变化电场的频率C

B

D

C8.（2022·四川内江·高二期末）如图所示，两平行金属板P、Q水平放置，上极板带正电下极板带负电，两极板间存在匀强电场和匀强磁场（图中未画出）.现有一个带电粒子在两平行板间，沿水平方向做匀速直线运动后，从O点垂直进入另一个垂直纸面向外的匀强磁场中，最后打在挡板MN上的A点，不计粒子重力。下列说法正确的是（）A．金属板P、Q间的磁场垂直纸面向外B．只要具有相同动能的粒子都一定能在两平行板间做匀速直线运动C．另一个与该粒子具有相同比荷的带电粒子，在两平行板间也一定能做匀速直线运动D．若另一个带电粒子也能沿相同的轨迹运动，则它一定与该粒子具有相同的比荷D9.（2021·甘肃·民勤县第一中学高二期末）质谱仪是一种测定带电粒子质量或分析同位素的重要设备，它的构造原理如图所示。离子源S产生的各种不同正离子束（速度可视为零），经MN间的加速电压U加速后从小孔S1垂直于磁感线进入匀强磁场，运转半周后到达照相底片上的P点。设P到S1的距离为x，则（）A．只要x相同，对应的离子质量一定相同B．只要x相同，对应的离子电荷量一定相同C．若离子束是同位素，则x越大对应的离子质量越大D．若离子束是同位素，则x越大对应的离子质量越小C10.（2021·江西·高二）质谱仪的工作原理图如图所示，若干电荷量均为+q（q>0）而质量m不同的带电粒子经过加速电场加速后，垂直电场方向射入速度选择器，速度选择器中的电场E和磁场B1的方向都与粒子速度的方向垂直，且电场E的方向也垂直于磁场B1的方向。通过速度选择器的粒子接着进入匀强磁场B2中，沿着半圆周运动后到达照相底片上形成谱线。若测出谱线到狭缝P的距离为x，不计带电粒子受到的重力和带电粒子之间的相互作用，则下列说法正确的是（）A．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向里B．这些带电粒子通过狭缝P的速率都等于EB1C．x与这些带电粒子的质量m成正比D．x越大，带电粒子的比荷越大C2.质谱仪；3.带电粒子在匀强磁场中的运动课堂小结1.回旋加速器；【小专题】1.分析思路:定圆心,画轨迹找半径求周期，求时间带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的分析方法2.圆心的确定方法:(1)若已知粒子运动轨迹上两点的速度方向，分别过这两点作这两速度方向的垂线，交点即为圆心。(2)若已知粒子运动轨迹上的两点和其中某一点的速度方向，过该点作速度方向的垂线，其与两点连线（弦）的垂直平分线的交点即为圆心。

课堂训练

BC课堂训练

BD课堂训练3.（2022·宁夏·银川二中高二期末）如图所示，甲是回旋加速器，乙是磁流体发电机，丙是速度选择器，丁是霍尔元件，下列说法正确的是A．甲图要增大粒子的最大动能，可增加电压UB．乙图可判断出B极板是发电机的正极C．丙图可以判断出带电粒子的电性，粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是D．丁图中若载流子带负电，稳定时D板电势高BD课堂训练4.如图所示，一束质量、速度和电荷量不全相等的离子，经过由正交的匀强电场和匀强磁场组成的速度选择器后，进入另一个匀强磁场中并分裂为A、B两束，下列说法中正确的是（）A．组成A束和B束的离子都带正电B．组成A束和B束的离子质量一定不同C．A束离子的比荷大于B束离子的比荷D．速度选择器中的磁场方向垂直于纸面向内ACD课堂训练

AC课堂训练6.回旋加速器两个D形金属盒分别和一高频交流电源两极相接，两盒放在匀强磁场中，带电粒子经过回旋加速器加速后可以获得很大的动能。利用同一回旋加速器，仅改变高频交流电源的频率就可以实现对不同种类的粒子加速。用同一加速器先后加速质子和α粒子（α粒子的电荷数为2，质量数为4），不考虑粒子在D型盒狭缝中电场里的运动时间，下列说法正确的是（）A．加速α粒子时所用的交流电源的频率是加速质子的2倍B．质子和α粒子最终获得的最大动能相等C．质子和α粒子在回旋加速器中加速的次数相等D．质子和α粒子在回旋加速器中运动的时间相等BD同学们，通过这节课的学习，你有什么收获呢？谢谢大家爱心.诚心.细心.耐心，让家长放心.孩子安心。感应电流的方向理物JY一、影响感应电流方向的因素从上图可以看到，感应电流的方向看不见、摸不着，于是将其转化为电流计指针的偏转方向进行记录。【实验·探究】问

题感应电流的方向与什么因素有关？影响感应电流方向的因素磁极朝向磁极运动方向可直接观察得到可直接观察得到猜

想证

据转化为记录电流计指针的偏转方向感应电流方向如何观测？观察磁铁插拔螺线管现象如图所示的实验电路，探究电流计指针的偏转方向与通入电流方向的关系，把观察到的现象及结果填入表中。电流流入电流计的情况电流计指针偏转方向电流从“＋”接线柱流入电流从“－”接线柱流入【实验·探究】由磁极朝向和磁极运动方向两个变量的搭配组合，可以组成四种不同的实验操作方案，由此设计实验现象记录表格如图所示。【实验·探究】从表2-1-2中的实验现象，可见感应电流的方向与磁极朝向、磁极运动方向之间并不存在较明显的关系。当从实验结果中无法直接得出结论时，我们尝试借助已有的理论，将记录的物理量转化为其他间接的物理量，以进一步探索可能存在的关联。用“原磁场的方向”表示“磁极的朝向”，用“原磁通量φ的变化”表示“磁极运动的方向”，将感应电流的方向也转化为与磁场相关的描述——感应电流磁场的方向.安培定则可以作为转化的工具。思考：分析表中的实验结果，可以发现什么规律?条形磁铁的运动情况N极朝下插入线圈N极朝下从线圈中拔出S极朝下插入线圈S极朝下从线圈中拔出原磁场的方向向下

原磁通量φ的变化增大

电流表指针的偏转方向右偏

线圈中感应电流的方向b→a

感应电流磁场的方向向上

（续上表）【实验·总结】在上述实验探究中，我们发现感应电流产生的磁场的方向与原磁场穿过线圈的磁通量φ的变化有关.当原磁通量φ增加时，感应电流产生的磁场的方向与原磁场方向相反，如图所示。【实验·总结】当原磁通量φ减小时，感应电流产生的磁场的方向与原磁场的方向相同，如图2-1-4所示.由此可以判定感应电流磁场的方向，再由安培定则最终判定感应电流的方向。二、楞次定律当法拉第关于电磁感应现象的发现传到俄国时，俄国物理学家楞次很快在此基础上做了各类相关的实验，进一步探究电磁感应现象的全过程，并于1833年11月总结得出：闭合回路中感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。这就是著名的楞次定律。【理论·探究】这里的“阻碍”并不是“阻断”。例如，当引起感应电流的磁通量增加时，感应电流产生的磁场的方向与原磁场方向相反，它的作用只是阻碍了磁通量的增加，并没有把磁通量增加这种行为阻断。当回路中的磁通量不变时，回路中没有“变化”需要阻碍，此时无须新的感应磁场，即不会产生感应电流。原磁通量φ改变产生感应电流I产生感应磁场B阻碍作用从能量的角度分析，感应电流的方向符合楞次定律是能量守恒定律的必然结果。由于回路中存在电阻，感应电流会产生内能。根据能量守恒定律，这部分内能只可能从其他形式的能量转化而来。在上述探究实验中，当条形磁铁插入线圈时，根据楞次定律，条形磁铁会受到斥力，如图所示、为使磁铁能继续插入线圈中，必须借助外力克服这个斥力对外做功。正是通过这部分功将其他形式的能量（如磁铁的机械能）转化为线圈中的电能，电能再转化为线圈和电流计中的内能。可见，楞次定律是能量守恒定律在电磁现象中的体现。【例题分析】例题：如图所示是必修第三册中探究电磁感应电流产生条件的一种实验方案。请利用该实验方案中的器材，设计一个验证楞次定律的实验，写出实验步骤与论证过程。【分析】

要验证楞次定律，需要改变原磁通量的大小，并记录感应电流的方向，从而检验实验结果是否符合楞次定律。【解】第一步：按如右图所示连接电路，将金属棒与灵敏电流计串联，并置于蹄形磁铁的磁场中。第二步：将金属棒向右移动做切割磁感线运动如左图所示。此时导线与金属棒围成的闭合回路中磁通量减小。根据楞次定律，此时感应电流产生的感应磁场方向应与原磁场方向相同.根据安培定则，可知金属棒中的电流应当是从a端流向b端，即从电流计的“-”接线柱流入，指针应当左偏.实际操作并观测电流计指针偏转方向，即可检验是否符合楞次定律。第三步：将金属棒向左移动做切割磁感线运动，根据楞次定律，此时感应电流产生的感应磁场方向与原磁场方向相反。根据安培定则，可知电流计指针应当右偏。实际操作并观测实验结果是否符合楞次定律。3.楞次定律的使用步骤：明确研究对象是哪一个闭合回路该回路磁场方向如何该回路磁通量如何变化判断感应电流的磁场方向判断感应电流的方向根据楞次定律根据安培定则4.楞次定律的推广：（1）阻碍原磁通量的变化——“增反减同”。（2）阻碍物体间的相对运动——“来拒去留”。（3）使闭合回路的面积有收缩或扩张的趋势——“增缩减扩”。三、右手定则英国电机工程师、物理学家弗莱明发现，感应电流的方向与磁感线方向、导体运动方向三者之间存在一定的规律，这就是右手定则：伸开右手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内。让磁感线垂直穿入手心，拇指指向导体运动的方向，这时其余四指所指的方向就是感应电流的方向，如图所示。【定则与定律的选用】基本现象电磁感应应用的定则或定律运动电荷、电流产生磁场安培定则磁场对运动电荷、电流产生作用力左手定则电磁感应导线做切割磁感线运动右手定则闭合回路磁通量变化楞次定律

1.（2021·山西·晋城市第一中学校高二）两个环A、B置于同一水平面上，其中A是边缘均匀带电的绝缘环，B是导体环。当A以如图所示的方向绕中心转动时，B中产生如图所示方向的感应电流。则（）A．A可能带正电且转速减小B．A可能带正电且转速恒定C．A可能带负电且转速减小D．A可能带负电且转速增大C课堂练习2.（2022·河南省信阳市教育局高二期末）长直导线固定在绝缘水平面上，通有如图所示电流，矩形金属线框ABCD放在长直导线右侧水平面上，AB与长直导线平行，金属棒MN垂直放在金属线框上，并与AB平行，用力使金属棒在金属线框上向右平移，金属线框不动，则下列判断正确的是（）A．MN中有从M到N的感应电流B．AB边受到向右的安培力C．CD边受到向左的安培力D．AD边和BC边不受安培力作用B3.（2022·河南新乡·高二期末）圆盘发电机的示意图如图所示，铜盘安装在水平的铜轴上，且处于水平向右的匀强磁场中，两块铜片C、D分别与铜轴和铜盘的边缘接触，原线圈M与副线圈N共用一根铁芯。当电流从灵敏电流计G的左端接线柱流入时，指针就会向右偏转，反之左偏。当铜盘按图示箭头方向转动时，下列说法正确的是（）A．铜片C处的电势高于铜片D处的电势B．铜盘匀速转动时，电流计G的指针向左偏转C．铜盘加速转动时，电流计G的指针向右偏转D．铜盘减速转动时，电流计G的指针向右偏转D

4.（2022·河南新乡·高二期末）如图所示，一个闭合梯形导线框位于竖直平面内，其下方固定一根与线框所在的竖直平面平行且距离很近（但不重叠）的水平直导线，导线中通以图示方向的恒定电流。不计空气阻力，线框从实线位置由静止释放至运动到下方虚线位置的过程中（）A．穿过线框的磁通量先增大后减小 B．线框中感应电流的方向先逆时针后顺时针C．线框受到的安培力方向先竖直向上后竖直向下 D．线框运动的加速度一直不超过重力加速度D5.（2022·河南洛阳·高二期末）如图所示，水平放置一个有铁芯的螺线管，与电源、开关以及滑动变阻器连接成电路，在螺线管的左端悬挂着一个轻小的闭合导电圆环，圆面与螺线管的轴线垂直保持开关S闭合，下列说法中正确的是（）A．滑动触头位置不动，从左向右看，小环中有顺时针方向的感应电流B．滑动触头位置不动，从左向右看，小环中有逆时针方向的感应电流C．滑动变阻器的滑动触头向b端滑动的过程中，小环向右摆动D．滑动变阻器的滑动触头向b端滑动的过程中，小环向左摆动C6.（2022·浙江·宁波市奉化区教师进修学校高二期末）如图所示，有一闭合的金属线框abcd，放置在垂直于纸面的匀强磁场中，匀强磁场方向与线框平面垂直。在仅有线框移动的情况下，发现ab边受到竖直向上的安培力，则此时线框处于以下哪种运动（）A．水平向左平移B．水平向右平移C．沿磁场边界向上平移D．沿磁场边界向下平移A7.（2021·上海交大附中高二开学考试）如图所示，两个线圈套在同一铁芯上，左侧线圈与导轨相连接，导体棒ab可在导轨上滑动，磁场方向垂直纸面向里，以下说法正确的是（）A．ab棒匀速向右滑，c、d两点中d点电势高B．ab棒匀加速右滑，c、d两点中d点电势高C．ab棒匀减速右滑，c、d两点中d点电势高D．ab棒匀加向左滑，c、d两点中d点电势高B8.（2022·广东肇庆·高二期末）某科学兴趣小组发明的一种新式弹簧阻尼减震装置原理图如图所示。弹簧上端固定，下端悬挂一个条形磁铁。距条形磁铁下端某位置处放一个固定的闭合金属线圈，现让磁铁从某一高度下落，磁铁上下振动时穿过闭合金属线圈。则磁铁上下振动的过程中，下列说法正确的是（

）A．穿过线圈的磁通量不变 B．线圈中会产生感应电流C．磁铁和弹簧组成的系统机械能守恒 D．其他条件不变，如果线圈不闭合，磁铁从开始运动到停下来的时间变短B9.（2022·贵州贵阳·高二期末）如图所示，一螺线管的线圈匝数为n，横截面积为S，当接入稳定直流电源时，螺线管内部磁场可看作匀强磁场，磁感应强度大小为B，放在螺线管上方的小磁针的N极指向左侧，由此可判断（）A．导线a端接电源负极 B．螺线管内部磁场的方向向左C．通过线圈的磁通量为nBS D．通过线圈的磁通量为BSD10.（2022·黑龙江·哈九中高二期末）如图所示，在光滑水平桌面上固定一个条形磁铁，分别将大小相同的铁球、铝球和木球放在磁铁的左侧且给它们一个初速度，向磁铁滚去。观察小球的运动情况，可能发生的是（）A．铁球、铝球、木球都做匀速运动B．只有木球、铝球做减速运动C．铁球做加速运动，铝球做减速运动D．只有铝球、木球做匀速运动C2.楞次定律、楞次定律的应用以及推广3.右手定则的内容和运用课堂小结1.影响感应电流方向的因素课堂训练1.（2022·海南·三亚华侨学校高二开学考试）如图所示，通电直导线L和平行直导线放置的闭合导体框abcd，当通电导线L运动时(不与导体框接触且始终在导体框的左侧)，以下说法正确的是（）A．当导线L向左平移时，导体框abcd中感应电流的方向为abcdaB．当导线L向左平移时，导体框abcd中感应电流的方向为abcdaC．当导线L向右平移时，导体框abcd中感应电流的方向为abcdaD．当导线L向右平移时，导体框abcd中感应电流的方向为abcdaAD课堂训练2.（2022·吉林·抚松县第一中学高二开学考试）如图所示，闭合螺线管固定在置于光滑水平面上的小车上，现将一条形磁铁从左向右插入螺线管中的过程中，则（）A．车将向右运动B．车将向左运动C．条形磁铁会受到向左的力D．车会受到向左的力AC课堂训练3.（2021·福建师大二附中高二期中）如图所示，水平桌面上放着一个圆形金属线圈，在其圆心的正上方固定一个柱形磁体，现通过加热的方式使柱形磁体磁性减弱，圆形金属线圈始终静止，下列说法正确的是（）A．从上往下看，线圈中感应电流沿顺时针方向B．线圈中感应电流产生的磁通量方向向上C．水平桌面对线圈支持力减小D．线圈有缩小的趋势AC课堂训练5.（2022·江苏·南京市第一中学高二开学考试）如图（甲）、（乙）、（丙）所示，通电导线MN与单匝矩形线圈abcd共面，它们之间相互绝缘、且MN靠近ad边，为了使线框感应电流方向是adcba，下列措施可行的是（）A．图（甲）线框向左平移B．图（乙）线框向左平移C．图（丙）线框向左平移D．三幅图中电流增大，都能实现上述电流方向CD课堂训练6.（2022·湖北·云梦县黄香高级中学高二期末）如图所示，在光滑的水平桌面上，a和b是两条固定的平行长直导线，通过的电流强度相等。矩形线框位于两条导线的正中间，通有顺时针方向的电流，在a、b产生的磁场作用下静止。a的电流方向右，则（）A．b中电流向左B．如果线框向a平移，穿过线框的磁通量可能变为0C．线框与导线a垂直的每条边，都不受安培力作用D．线框面积有增大的趋势AD同学们，通过这节课的学习，你有什么收获呢？谢谢大家爱心.诚心.细心.耐心，让家长放心.孩子安心。法拉第电磁感应定律理物JY将产生感应电流的电路与常见的闭合电路进行类比，可知产生感应电流的电路中存在电动势；当电路断开时，虽然没有感应电流，但是电动势依然存在.在电磁感应现象中产生生的电动势称为感应电动势。一、影响感应电动势大小的因素如图所示，将螺线管用导线与电表连接，依次用1根条形磁铁快速插入或拔出螺线管、用2根条形磁铁分别快速和慢速插入或拔出螺线管，并以定性描述的方式（如很大、较大、较小等），将实验结果填入下表中。【实验·探究】【实验·探究】所用条形磁铁的数目条形磁铁插入或拔出的方式螺线管中磁通量变化的大小△φ电流表指针的偏转角度感应电动势E的大小1根快速2根快速2根慢速总结：实验表明，在控制条形磁铁插入或拔出螺线管的速度相同，以保证磁通量变化所用时间近似相等的情况下，磁通量的变化量△φ越大，感应电动势E越大；在保持磁铁的数量相同，以保证磁通量变化量相等的情况下，磁通量变化的时间△t越小，感应电动势E越大。

二、法拉第电磁感应定律德国物理学家纽曼在对理论和实验资料进行严格分析后，于1845年指出了感应电动势的定量规律：电路中感应电动势的大小，与穿过这一电路的磁通量变化率成正比。由于之前法拉第做了大量开创性的研究工作，人们将这一规律称为法拉第电磁感应定律。设感应电动势的大小为E，则有：【理论·探究】

式中k为比例系数，它的值取决于各个量所用的单位。在国际单位制中，E的单位是伏特(V)，φ的单位是韦伯(Wb)，t的单位是秒(s)，则k=1。于是上式可写成：

如果线圈有n匝，可以看作是由n个单匝线圈串联而成的。由于横截面积不大，穿过每匝线圈的磁通量变化率可以看作是相同的，所以，整个线圈中的感应电动势是单匝线圈的n倍，即：

公式的变形：

三、导线切割磁感线时的感应电动势导线做切割磁感线运动是产生感应电动势的一种常见方式。如图所示，在磁感应强度为B的匀强磁场中，有相距为L的两平行金属导轨ae和df。ad间串联一电流计，两导轨所在平面与磁感线垂直。导线bc放在导轨上，与两导轨垂直，此时电流计、金属导轨与导线构成一个闭合回路。设导线bc以速度v向右运动，在△t时间内，由原来的位置bc移到b'c'。这个过程中，闭合回路的面积变化量【理论·探究】

穿过闭合电路磁通量的变化量:根据法拉第电磁感应定律，可求得导线做切割磁感线产生的感应电动势

即可得到导线做切割磁感线运动产生的感应电动势的另一种表述方式为:

式中θ为导线运动方向与磁感线方向的夹角。在国际单位制中，E、B、L、v的单位分别是伏特(V)、特斯拉(T)、米(m)、米/秒(m/s)。切割磁感线的导线等效为一个电源。在电源内部，电流是由负极流向正极，因此，可以通过右手定则判断导线的电流方向，进而可知导线两端感应电动势的高低。在导线做切割磁感线的运动中，产生的电能是通过其他外力克服安培力做功转化而来的，克服安培力做了多少功，就有多少电能产生.这些电能又通过电流做功，转化为其他式的能，整个过程遵守能量守恒定律。【理论·总结】

1.1．如图所示，a、b是同一导线制成的粗细均匀的闭合导线环，两导线环的半径之比为4:5，其中仅在a环所围区域内有方向垂直于纸面向里的匀强磁场。当该磁场均匀变化时，a、b两环内的感应电流之比为（）A．1：1 B．4：5 C．5：4 D．16：25C课堂练习2.如图所示，a、b是用同种规格的铜丝做成的两个同心圆环，两环半径之比为3∶4，其中仅在a环所围区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场。当该匀强磁场的磁感应强度均匀增大时，a、b两环内的感应电动势大小之比为（）A．3∶4

B．1∶1

C．9∶16

D．4∶3B3.（2021·广东·化州市第一中学高二期末）用铝板制成如图所示的框架，将一质量为m的带电小球用绝缘细线悬挂在框的上板上，让整体在垂直于纸面向里的匀强磁场中向左以速度v匀速运动，悬线的拉力为T，则下列说法中正确的是（）A．绳偏离竖直方向，拉力大小与小球的重力和小球的电性有关B．绳偏离竖直方向，拉力大小与小球的重力有关，与小球的电性无关C．绳的方向竖直，拉力大小与小球的重力和小球的电性有关D．绳的方向竖直，拉力大小与小球的重力有关，与小球的电性无关D

4.（2021·四川·宁南中学高二开学考试）一线圈在匀强磁场中匀速转动，在如图所示位置时（）A．穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率最大B．穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率最小C．穿过线圈的磁通量最小，磁通量的变化率最大D．穿过线圈的磁通量最小，磁通量的变化率最小B5.（2022·北京延庆·高二期末）如图所示，灵敏电流表与螺线管组成闭合回路。关于电流表指针偏转角度的情况，下列说法正确的是（）A．将磁铁快速插入螺线管比缓慢插入螺线管时电流表指针偏角大B．将磁铁从螺线管中拉出时，磁通量减少，故电流表指针偏角一定减小C．不管磁铁插入快慢，因为磁通量变化相同，故电流表指针偏角相同D．磁铁放在螺线管中不动时，螺线管中的磁通量最大，故电流表指针偏角最大A

B7.如图甲所示，在绝缘的水平桌面上放置一金属圆环。在圆环的正上方放置一个螺线管，在螺线管中通入如图乙所示的电流，电流从螺线管a端流入为正。以下说法中正确的是（）A．在第1s末，圆环中的感应电流最大B．在第2s末，圆环对桌面的压力小于重力C．在1-2s内和2-3s内，圆环中的感应电流的方向相反D．从上往下看，在0-1s内，圆环中的感应电流沿顺时针方向D8.（2022·北京·人大附中高二期末）如图甲所示是法拉第制作的世上最早的发电机的实验装置：一个可绕水平固定转轴转动的铜盘，铜盘的一部分处在蹄形磁体中。如图乙所示，设蹄形磁体的磁场沿水平方向且磁感应强度为B，实验时用导线连接铜盘的中心C，用导线通过滑片D与铜盘的边缘连接且接触良好。若用外力转动使圆盘如图乙方向转动起来，关于流过电阻R的电流，下列说法正确的是（

）A．R中的电流沿b到a的方向B．因为通过圆盘面的磁通量不变，所以R中无电流C．若圆盘转动方向不变，角速度大小发生变化，则电流方向可能发生变化D．若圆盘转动的角速度变为原来的2倍，则电流在R上的热功率也变为原来的2倍A9.（2022·天津市耀华嘉诚国际中学高二期末）如图所示，在均匀分布的磁场中，放置一个闭合的匝数为n的线圈，线圈面积为S，线圈平面与磁场方向垂直。下列说法正确的是（

）A．若磁感应强度大小为B，则穿过线圈的磁通量为nBSB．磁感应强度越大线圈中产生的感应电动势越大C．磁感应强度变化越快，线圈中产生的感应电动势越大D．磁感应强度变化越大，线圈中产生的感应电动势越大C10.在物理电磁学的发展史上，许多科学家付出了努力。下列说法符合史实的是（）A．英国物理学家法拉第通过对理论和实验严格分析后，得出了法拉第电磁感应定律B．库仑通过研究得出了电荷间的相互作用规律，并测出了自然界的最小带电单位C．安培首先发现了通电导线周围存在着磁场，并且总结出“安培定则”来判断电流与磁场的方向关系D．奥斯特发现了电流的磁效应，而法拉第发明了第一台发电机D2.法拉第电磁感应定律3.导线切割磁感线时的感应电动势课堂小结1.影响感应电动势大小的因素课堂训练1.（2021·新疆·博尔塔拉蒙古自治州蒙古中学高二期中）如图所示，条形磁铁位于线圈的轴线上，下列过程中，能使线圈中产生较大感应电动势的是（）A．条形磁铁沿轴线缓慢插入线圈B．条形磁铁沿轴线迅速插入线圈C．条形磁铁在线圈中保持相对静止D．条形磁铁沿轴线从线圈中快速拔出BD课堂训练2.（2022·广东·广州六中高二期末）如图所示实验装置，竖直放置的玻璃管上套有一线圈，其两端与电压表相连。将强磁体从长玻璃管上端由静止自由下落，穿过线圈时记录电压表示数。保持其它量不变，仅分别改变下列四个选项的物理量，对应电压表示数变化正确的是（）A．减小线圈与磁体的距离，电压表示数变小B．增加线圈与磁体的距离，电压表示数变小C．减小线圈的匝数，电压表示数变大D．增加线圈的匝数，电压表示数增大AD课堂训练3.（2021·广东·化州市第一中学高二期末）1831年，法拉第在一次会议上展示了他发明的圆盘发电机（如图甲所示）。它是利用电磁感应原理制成的，是人类历史上第一台发电机。如图乙是这个圆盘发电机的示意图：铜盘安装在水平的铜轴上，两块铜片C、D分别与转动轴和铜盘的边缘良好接触。若在圆盘下半周加匀强磁场，使铜盘转动，电阻R中就有电流通过。回路的总电阻恒定，从左往右看，铜盘沿顺时针方向匀速转动，CRD平面与铜盘平面垂直，下列说法中正确的是（）ADA．铜片C的电势比铜片D的电势低B．若铜盘转速增大为原来的2倍，流过R的电流增大为原来的4倍C．若磁感应强度变为原来的一半，则总的电功率将变为原来的一半D．若所加的匀强磁场垂直穿过整个圆盘，铜盘匀速转动时电阻R上仍将有电流通过课堂训练4.如图所示，ab为一金属杆，它处在垂直于纸面向里的匀强磁场中，可绕a点在纸面内转动；S是以a为圆心位于纸面内的金属圆环。在杆转动过程中，杆的b端与金属环保持良好接触；A为电流表，其一端与金属环相连，一端与a点良好接触。当杆沿顺时针方向转动时，某时刻ab杆的位置如图所示，则此时刻（）A．有电流通过电流表，方向由c→dB．有电流通过电流表，方向由d→cC．作用于ab的安培力向右D．作用于ab的安培力向左AC课堂训练

CD课堂训练6.如图所示，导体棒AB在做切割磁感线运动时，将产生一个感应电动势，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．导体运动过程中将电能转化为机械能AB同学们，通过这节课的学习，你有什么收获呢？谢谢大家爱心.诚心.细心.耐心，让家长放心.孩子安心。电磁感应规律的应用理物JY都与电磁感应现象有着密切的联系！一、超速“电子眼”为了保障道路交通安全，很多地方都在马路上安装“电子眼”，对违章超速车辆进行抓拍。目前普遍使用的一款“电子眼”即是一套利用电磁感应规律制成的交通监测设备。如下右图所示，在路面下方间隔一段距离埋设两个通电线圈。当车辆通过通电线圈上方的道路时，由于车身是由金属材料制成的，做切割磁感线运动会产生感应电流，引起电路中电流的变化。

二、法拉第发电机铜棒在匀强磁场中旋转做切割磁感线运动产生感应电动势，这是一个典型的物理模型。【例题分析】如图所示，长为L的铜棒OA在垂直于匀强磁场的平面上绕点O以角速度ω匀速转动，磁场的磁感应强度为B。求铜棒中感应电动势的大小，并分析O、A两点电势的高低。【分析】

【解】设在△t时间内，铜棒转过的角度为α，则：此过程铜棒扫过的面积

此过程磁通量的变化量

所以

根据右手定则，若连接铜棒两端形成回路，铜棒中电流方向将由A指向O。铜棒相当于电源，在电源内部电流方向从电源的负极指向正极，故点O的电势高，点A的电势低。1.在例题中，能否根据E=BLv计算感应电动势的大小?2.能否根据楞次定律判断电势高低？3.参考例题中的物理模型，发挥想象力，设计一款运用于生活、生产或科研的产品，并与同学们进行交流分享。【例题·探究】【总结】在例题中，铜棒旋转做切割磁感线运动产生了感应电动势，如果通过导线与铜棒组成闭合回路，则回路中将产生感应电流。如果将很多根铜棒连成一体组成一个导体圆盘在磁场中持续转动，则产生的感应电流将更大，这就是发电机的雏形。基于例题中的思路，1831年10月，法拉第将一个由紫铜制成的圆盘置于蹄形磁极之间，发明了世界上第一台发电机——法拉第圆盘发电机，如图所示。圆盘的圆心处固定一个摇柄，圆盘的边缘和圆心处各与一个黄铜电刷紧贴。当转动摇柄使铜盘旋转起来时，与电刷连接的电流计显示电路中产生了持续的电流。法拉第圆盘发电机虽然结构简单，其产生的电流甚至不足以让一个小灯泡发光，然而作为世界上第一台发电机，法拉第圆盘发电机揭开了机械能转化为电能的序幕，为后续大型发电机的研制提供了宝贵的参考。法拉第应用物理模型开发新设备的思路，也为我们学以致用提供了良好的实例。【总结】三、航母阻拦技术2012年11月，我国歼-15舰载机(如下左图所示)在“辽宁号”航空母舰上着舰成功，它的阻拦系统原理如下中图所示，飞机着舰时，通过阻拦索对飞机施加作用力，使飞机在甲板上短距离滑行后停止。新一代航母阻拦系统的研制，则从阻拦索阻拦转向了引入电磁学模型的电磁阻拦技术，其基本原理如下右图所示，飞机着舰时钩住轨道上的一根金属棒并关闭动力系统，在磁场中共同滑行减速。阻拦索与金属棒绝缘。【例题分析】(1)试分析电磁阻拦相对于阻拦索阻拦的优点。(2)试分析电磁阻拦中，飞机从钩住金属棒到停下来的整个过程做怎样的运动。【分析】对于第(1)个问题，可以通过受力分析比较两种阻拦模型中阻力的来源，进而比较其优缺点。对于第(2)个问题，可以将飞机和金属棒看成一个整体，综合应用动量守恒、运动学、安培力等知识，分析整个过程中的运动状态。【解】(1)根据阻拦索阻拦模型的受力分析，可知飞机受到两根阻拦索的作用力。对于阻拦索而言，一方面在硬度和韧性方面的工艺要求非常苛刻，制造难度大；另一方面，阻拦索持续工作一段时间后，容易出现疲劳和老化等问题。对于电磁阻拦模型，可把飞机与金属棒看成一个整体，其在磁场中做切割磁感线运动时会受到安培力的阻碍作用，相对于利用阻拦索阻拦而言，电磁阻拦减少了对阻拦索的依赖，提高了飞机着舰的安全性和可靠性。（2）以飞机和金属棒组成的整体为研究对象，设飞机质量为M，金属棒质量为m，飞机刚钩住金属棒的前后时刻系统动量守恒，根据动量守恒定律，有解得

在随后任一时刻，设金属棒做切割磁感线运动产生的感应电流大小为i，忽略摩擦阻力，根据牛顿第二定律，可知此时加速度a的大小为:

设金属棒电阻为r，飞机和金属棒的共同速度为v'，轨道端点MP间的电阻阻值为R，根据闭合电路欧姆定律，可知此时感应电流i的大小为:

综合上述两式，可得任一时刻加速度a的大小为:从上面加速度的表达式可知，当飞机和金属棒以共同速度v进入磁场后，做速度不断减小、加速度也不断减小的减速运动，直至最终停止。同样，我们还可以计算飞机从钩住金属棒到它们停下来整个过程中运动的距离。感兴趣的同学可在课外另行计算。

C课堂练习2.如图所示是一水平放置的绝缘环形管，管内壁光滑，内有一直径略小于管内径的带正电的小球，开始时小球静止。有一变化的磁场竖直向下穿过管所在的平面，磁感应强度B随时间成正比例增大，设小球的带电量不变，则（）A．顺着磁场方向看，小球受顺时针方向的力，沿顺时针方向运动B．顺着磁场方向看，小球受顺时针方向的力，沿逆时针方向运动C．顺着磁场方向看，小球受逆时针方向的力，沿逆时针方向运动D．小球不受力，不运动C3.（2022·河南濮阳·高二期末）如图1所示，足够长的光滑平行金属导轨倾斜放置，导轨上端接入阻值为R的电阻，其他部分电阻不计，导轨处在磁感应强度大小为B、方向垂直导轨平面向上的匀强磁场中。质量为m、有效电阻为r的金属棒MN从导轨上某一位置由静止释放，下滑过程中始终与导轨垂直且保持良好接触。从金属棒由静止释放开始计时，关于图2中甲、乙、丙、丁四个图像的说法正确的是（）A．甲图可以用来描述金属棒MN的速度大小变化B．乙图可以用来描述重力的功率变化C．两图可以用来描述金属棒MN的位移大小变化D．丁图可以用来描述金属棒MN的加速度大小变化B

4.（2022·江苏省丹阳高级中学高二开学考试）空间中存在竖直向下的匀强磁场，有两根相互平行的金属导轨（足够长）水平放置，如图所示（俯视图）。导轨上静止放置着两金属棒AB、CD，某时刻在AB棒上施加一恒力F，使AB棒向左运动，导轨对金属棒的摩擦力不计，金属棒运动过程中始终与导轨垂直且接触良好，下列说法正确的是（）A．回路中有顺时针方向的电流B．磁场对金属棒AB的作用力向左C．金属棒CD一直做加速直线运动D．金属棒AB先做加速度减小的加速运动，之后做匀速直线运动C5.（2022·贵州·三穗县民族高级中学高二期末）如图所示，相同材料、横截面积相等的导线制成的单匝正方形线框A和线框B，边长之比为2：1，在外力作用下以相同速度匀速进入匀强磁场，在线框A和线框B进入磁场的过程中，下列说法正确的是（）A．线框A和线框B中感应电流之比为2：1B．线框A和线框B所受外力做功的功率之比为2：1C．线框A和线框B产生的热量之比为2：1D．通过线框A和线框B导线横截面的电荷量之比为1：1B6.（2022·山东莱西·高二期末）如图是一个水平放置的玻璃圆环形槽，槽内光滑，槽宽度和深度处处相同。槽所在水平面内有变化的磁场，磁感应强度的大小跟时间成正比B=kt（其中k>0），方向竖直向下。t=0时刻，将一直径略小于槽宽的带正电小球放在槽中，并让它获得初速度v0，方向如图。设小球在运动过程中电荷量不变，则下列说法正确的是（）A．小球的速度不断增大B．小球需要的向心力大小不变C．磁场力对小球做正功D．小球受到的磁场力大小与时间成正比增大A7.如图甲为电动汽车无线充电原理图，M为受电线圈，N为送电线圈。图乙为受电线圈M的示意图，线圈匝数为n、电阻为r、横截面积为S，a、b两端连接车载变流装置，磁场平行于线圈轴线方向穿过线圈。下列说法不正确的是（）A．当线圈N接入恒定电流时，不能为电动汽车充电B．当线圈N接入周期性交变电流时，线圈