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人教版高中物理选修3-2 4.5 电磁感应现象的两类情况(共18张PPT)

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第五节 《电磁感应定律的应用》 知识回顾: 感应电动势的有无取决于: 磁通量是否变化 ?? ?? 感应电动势的大小取决于: 磁通量的变化率的大小 ?t E求解 法拉第电磁感应定律: E ? n ?Φ ?t (n为线圈的匝数) 通常计算平均感应电动势 重要的推论: E?B1 L ?B v L si?v n (θ为v与B夹角) 多用于计算瞬时感应电动势 导体切割磁感线 电键闭合,改变滑动片的位置 动生电动势 AB相当于电源 磁场变化引 起的电动势 感生电动势 线圈B相当 于电源 △回顾电荷在外电路和内电路中的运动。 adc b △电源电动势的作用是某种 化学作用就是我们 所说的非静电力 非静电力对自由电荷的作用。 一、感应电场与感生电动势 1、感应电场:变化的磁场在其周围空间激发的电 场称为感应电场 特征:由于磁场的强弱变化,闭合电路中产生了 感应电流,电路中的自由电荷是在感应电场作用 下定向移动的,即由于感应电场的变化,在电路 中形成了感应磁场,感应电场为涡旋电场。 注:静止的电荷激发的电场叫静电场,静电场电场线是 由正电荷出发,终于负电荷,电场线是不闭合的,而感 应电场是一种涡旋电场,电场线是闭合的。 当磁场增强时,产生的感应电场是与磁场方向垂直的曲线, 如果此空间存在闭合导线,导体中的自由电荷就会在电场 力作用下定向移动,而产生感应电流 2、感应电动势:由感生电场使导体产生的 电动势叫感生电动势(导线不动,磁场随 时间变化时在导线产生的感应电动势) 1)作用:在电路的作用就是电源,其电路 就是内电路,当它与外电路连接后就会对 外电路供电 2)产生原因:涡旋电场产生的电场力作为 一种非静电力在导体中产生感生电动势 实际应用 电子感应加速器 竖直向上 逆 穿过真空室内磁场的方向 时 针 由图知电子沿什么方向运动 要使电子沿此方向加速, 感生电场的方向如何 顺 时 由感生电场引起的磁场方 针 向如何 向下 原磁场在增强,即电流在 增大。 二、洛仑兹力与动生电动势 1、动生电动势:磁场不变,由导体运动引 起磁通量的变化而产生的感应电动势 2、产生机理: 问题1:自由电荷会随着导线棒运动,并因 此受到洛伦兹力,导体中自由电荷的合运 动在空间大致沿什么方向运动?(为正电 荷) 由左手定则可知,自由电荷将受到由C到D 的力,所以自由电荷沿导线向下运动 问题2:导体棒一直运动下去,自由电荷是否会沿 着导体棒一直运动下去吗?为什么? 不会,因为正电荷向D运动,C端将出现过剩负电 荷,D端出现过剩正电荷,结果导体上端电势低 于下端电势,形成由下端D指向上端C的静电场 ,正电荷的力向上,与洛仑兹力方向相反,当F 洛=F静电时,自由电荷不再运动 问题3:导体的棒的哪端电势比较高? D端电势高 问题4:如果用导线把C、D两端连到磁场外的一 个用电器上,导体棒中电流是沿什么方向? CD相当于电源,电源内部,电流由低电势流向高 电势,电流方向是C到D 动生电动势的表达式: 作用在单位正电荷的洛伦兹力为 F=F 洛/e=vB 则动生电动势为:E=FL=BLv 结论:与法拉第电磁感应定律得到的结 果一致 探讨: ※洛伦兹力做功吗? ※能量是怎样转化的呢? 洛伦兹力不做功,不提供 能量,只是起传递能量的 作用。即外力克服洛伦 兹力的一个分量F2所 做的功,通过另一个 分量F1转化为感应电 流的能量 F2 - U ω F洛 F1 实际应用 例题:光滑导轨上架一个直导体棒MN,设MN向右匀速 运动的速度为V,MN长为L,不计其他电阻求: (1)导体MN做匀速运动时受到的安培力大小和方向? (2)导体MN受到的外力的大小和方向? (3)MN向右运动S位移,外力克服安培力做功的表达 式是什么? (4)在此过程中感应电流做功是多少? M 结论:在纯电阻电路中,外力克 R 服安培力做了多少功将有多少热 × × × ×× × × × ×× L V × × × × × × × × ×× × × × ×× 量产生。 N 例1、如图,两个相连的金属圆环,粗金属圆环的 电阻为细金属圆环电阻的一半。磁场垂直穿过粗 金属环所在的区域,当磁感应随时间均匀变化时, 在粗环里产生的感应电动势为E,则ab两点间的 电势差为( ) A.E/2 B.E/3 C.2E/3 D.E 例2、如图,内壁光滑的塑料管弯成的圆环平放在 水平桌面上,环内有一带负电小球,整个装置处 于竖直向下的磁场中,当磁场突然增大时,小球 将( ) A、沿顺时针方向运动 B、沿逆时针方向运动 C、在原位置附近往复运动 D、仍然保持静止状态 ? 例3、有一面积为S=100cm2 的金属环,电阻为 E=0.1Ω如图所示,环中磁场变化规律如图所示, 且方向垂直环向里,在t1和t2时间内,环中感应 电流的方向如何?通过金属环的电荷量为多少? 例4:如图所示,竖直向上的匀强磁场,磁感应强度 B=0.5T,并且以△B/△t=0.1T/S在变化.水平轨道电阻不 计,且不计摩擦阻力,宽0.5m的导轨上放一电阻 R0=0.1Ω的导体棒,并用水平线通过定滑轮吊着质量为 M=0.2kg的重物,轨道左端连接的电阻R=0.4Ω,图中的 L=0.8m,求至少经过多长时间才能吊起重物。 课堂总结 动生电动势 感应电动势: 感生电动势 动生电 动势和 感生电 动势 1、动生电动势:由于导体运动而产生的感应电动势. 2、感生电场:由变化的磁场激发的电场. 3、感生电动势:由感生电场产生的感应电动势称 为感生电动势.


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