浙江新高考專用高中物理第四章電磁感應(yīng)現(xiàn)象5電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況課件新人教版選修3-

第四章

電磁感應(yīng)5電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況知識內(nèi)容選考要求課時要求電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況b1.初步了解感生電場和感生電動勢.2.初步了解動生電動勢和電磁感應(yīng)中洛倫茲力的作用.3.知道感生電動勢與動生電動勢是感應(yīng)電動勢的兩種不同的類型.4.會求解與電路分析、電路計算結(jié)合的簡單電磁感應(yīng)問題.NEIRONGSUOYIN內(nèi)容索引自主預(yù)習預(yù)習新知夯實基礎(chǔ)重點探究啟迪思維探究重點達標檢測檢測評價達標過關(guān)課時對點練注重雙擊強化落實自主預(yù)習一、感生電場的產(chǎn)生

在他的電磁理論中指出：

的磁場能在周圍空間激發(fā)

，這種電場叫感生電場.麥克斯韋變化電場二、感生電動勢的產(chǎn)生1.由

產(chǎn)生的電動勢叫感生電動勢.2.感生電動勢大?。篍＝_____.3.方向判斷：由

定律和

定則判定.感生電場楞次右手螺旋三、動生電動勢的產(chǎn)生1.由于

產(chǎn)生的電動勢叫動生電動勢.2.動生電動勢大小：

(B的方向與v的方向垂直).3.方向判斷：

定則.導體運動E＝Blv右手1.判斷下列說法的正誤.(1)只要磁場變化，即使沒有電路，在空間也將產(chǎn)生感生電場.(

)(2)處于變化磁場中的導體，其內(nèi)部自由電荷定向移動，是由于受到感生電場的作用.(

)(3)動生電動勢(切割磁感線產(chǎn)生的電動勢)產(chǎn)生的原因是導體內(nèi)部的自由電荷受到洛倫茲力的作用.(

)(4)產(chǎn)生動生電動勢時，洛倫茲力對自由電荷做了功.(

)即學即用×√√√2.研究表明，地球磁場對鴿子識別方向起著重要作用.在北半球若某處地磁場磁感應(yīng)強度的豎直分量約為5×10－5T.鴿子以20m/s的速度水平滑翔，鴿子兩翅展開可達30cm左右，則可估算出兩翅之間產(chǎn)生的動生電動勢約為________V，____(填“左”或“右”)側(cè)電勢高.3×10－4左重點探究一、感生電場和感生電動勢1.感生電場的產(chǎn)生如圖1所示，B變化時，就會在空間激發(fā)一個感生電場E.如果E處空間存在閉合導體，導體中的自由電荷就會在電場力的作用下定向移動，而產(chǎn)生感應(yīng)電流.圖12.變化的磁場周圍產(chǎn)生的感生電場，與閉合電路是否存在無關(guān).如果在變化的磁場中放一個閉合回路，回路中就有感應(yīng)電流，如果無閉合回路，感生電場仍然存在.3.感生電場可用電場線形象描述.感生電場是一種渦旋電場，電場線是閉合的，而靜電場的電場線不閉合.4.感生電場(感生電動勢)的方向一般由楞次定律判斷，感生電動勢的大小由法拉第電磁感應(yīng)定律E＝n計算.√√解析變化的電場可以產(chǎn)生磁場，變化的磁場可以在周圍產(chǎn)生電場，故A正確；恒定的磁場在周圍不產(chǎn)生電場.故B錯誤；感生電場的方向也同樣可以用楞次定律和右手螺旋定則來判定，故C正確；感生電場的電場線是閉合曲線，其方向不一定是沿逆時針方向，故D錯誤.例2

(多選)某空間出現(xiàn)了如圖2所示的一組閉合的電場線，這可能是A.沿AB方向磁場在迅速減弱B.沿AB方向磁場在迅速增強C.沿BA方向磁場在迅速增強D.沿BA方向磁場在迅速減弱√√圖2閉合回路(可假定其存在)的感應(yīng)電流方向就表示感生電場的方向.判斷思路如下：技巧點撥假設(shè)存在垂直場方向的環(huán)形回路→回路中的磁通量的變化回路中感應(yīng)電流的方向→感生電場方向二、動生電場和動生電動勢1.動生電場的產(chǎn)生如圖3所示，導體棒CD在勻強磁場中運動.自由電荷會隨著導體棒運動，并因此受到洛倫茲力.若CD向右勻速運動，由左手定則可判斷自由電子受到沿棒向下的洛倫茲力作用，C端電勢高，D端電勢低.隨著C、D兩端聚集電荷越來越多，在CD棒間產(chǎn)生的電場越來越強，當電場力等于洛倫茲力時，自由電荷不再定向運動，C、D兩端形成穩(wěn)定的電勢差.圖32.感生電動勢與動生電動勢的比較

感生電動勢動生電動勢產(chǎn)生原因磁場的變化導體做切割磁感線運動移動電荷的非靜電力感生電場對自由電荷的電場力導體中自由電荷所受洛倫茲力沿導體方向的分力回路中相當電源的部分

處于變化磁場中的線圈部分

做切割磁感線運動的導體方向判斷方法由楞次定律判斷通常由右手定則判斷，也可由楞次定律判斷大小計算方法

由E＝n計算通常由E＝Blvsinθ計算，也可由E＝n計算例3

(多選)如圖4所示，導體AB在做切割磁感線運動時，將產(chǎn)生一個電動勢，因而在電路中有電流通過，下列說法中正確的是A.因?qū)w運動而產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢稱為動生電動勢B.動生電動勢的產(chǎn)生與洛倫茲力有關(guān)C.動生電動勢的產(chǎn)生與電場力有關(guān)D.動生電動勢和感生電動勢產(chǎn)生的原因是一樣的√圖4√解析根據(jù)動生電動勢的定義，選項A正確.動生電動勢中的非靜電力與洛倫茲力有關(guān)，感生電動勢中的非靜電力與感生電場有關(guān)，選項B正確，選項C、D錯誤.[學科素養(yǎng)]通過例1、例2和例3，加深對感生電動勢和動生電動勢的理解，掌握它們方向的判斷方法，并會對兩者進行區(qū)分，體現(xiàn)了“科學思維”的學科素養(yǎng).三、導體棒轉(zhuǎn)動切割產(chǎn)生動生電動勢的計算圖5圖6例4長為l的金屬棒ab以a點為軸在垂直于勻強磁場的平面內(nèi)以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動，如圖7所示，磁感應(yīng)強度大小為B.求：(1)金屬棒ab兩端的電勢差；圖7(2)經(jīng)時間Δt(Δt<)金屬棒ab所掃過的面積中通過的磁通量為多少？此過程中的平均感應(yīng)電動勢多大？解析經(jīng)時間Δt金屬棒ab所掃過的扇形面積由法拉第電磁感應(yīng)定律得：達標檢測1.(對感生電場的理解)如圖8所示，內(nèi)壁光滑的塑料管彎成的圓環(huán)平放在水平桌面上，環(huán)內(nèi)有一帶負電的小球，整個裝置處于豎直向下的磁場中，當磁場突然增強時，小球?qū).沿順時針方向運動B.沿逆時針方向運動C.在原位置附近往復運動D.仍然保持靜止狀態(tài)圖8√12342.(對感生電場的理解)如圖9所示，長為L的金屬導線彎成一圓環(huán)，導線的兩端接在電容為C的平行板電容器上，P、Q為電容器的兩個極板，磁場垂直于環(huán)面向里，磁感應(yīng)強度以B＝B0＋kt(k>0)的規(guī)律隨時間變化，t＝0時，P、Q兩板電勢相等，兩板間的距離遠小于環(huán)的半徑，經(jīng)時間t，電容器P板A.不帶電B.所帶電荷量與t成正比圖91234√12343.(轉(zhuǎn)動切割產(chǎn)生的電動勢)(2017·慈溪市高二上學期期中)如圖10所示，導體棒ab長為4L，勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B，導體繞過b點垂直紙面的軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動，則a端和b端的電勢差U的大小等于BL2ω

B.BL2ω

BL2ωBL2ω√圖1012344.(平動切割產(chǎn)生的動生電動勢)如圖11所示，“∠”形金屬框架MON所在平面與磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場垂直，金屬棒ab能緊貼金屬框架運動，且始終與ON垂直，金屬棒與金屬框架粗細相同，且由同種材料制成.當ab從O點開始(t＝0)勻速向右平動時，速度為v0，∠MON＝30°.(1)試求bOc回路中感應(yīng)電動勢隨時間變化的函數(shù)關(guān)系式；圖1112341234則金屬棒ab接入回路的bc部分切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為(2)閉合回路中的電流隨時間變化的圖象是________.1234√課時對點練一、選擇題考點一感生電場和感生電動勢1.(多選)在空間某處存在一變化的磁場，則A.在磁場中放一閉合線圈，線圈中一定會產(chǎn)生感應(yīng)電流B.在磁場中放一閉合線圈，線圈中不一定會產(chǎn)生感應(yīng)電流C.在磁場中不放閉合線圈，在變化的磁場周圍一定不會產(chǎn)生電場D.在磁場中不放閉合線圈，在變化的磁場周圍一定會產(chǎn)生電場12345678910111213√√解析由感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件可知，只有閉合回路中的磁通量發(fā)生改變，才能產(chǎn)生感應(yīng)電流，如果閉合線圈平面與磁場方向平行，則線圈中無感應(yīng)電流產(chǎn)生，故A錯，B對；感生電場的產(chǎn)生與變化的磁場周圍有無閉合回路無關(guān)，故C錯，D對.142.在如下圖所示的四種磁場情況中能產(chǎn)生恒定的感生電場的是12345678910111213√解析均勻變化的磁場產(chǎn)生恒定的電場，故C正確.143.(多選)著名物理學家費曼曾設(shè)計過這樣一個實驗裝置：一塊絕緣圓板可繞其中心的光滑軸自由轉(zhuǎn)動，在圓板的中部有一個線圈，圓板四周固定著一圈帶電的金屬小球，如圖1所示.當線圈接通電源后，將產(chǎn)生圖示逆時針方向的電流.則下列說法正確的是A.接通電源瞬間，圓板不會發(fā)生轉(zhuǎn)動B.線圈中電流的增大或減小會引起圓板向不同

方向轉(zhuǎn)動C.若金屬小球帶負電，接通電源瞬間圓板轉(zhuǎn)動

方向與線圈中電流方向相反D.若金屬小球帶正電，接通電源瞬間圓板轉(zhuǎn)動方向與線圈中電流方向相反√12345678910111213√圖114解析線圈接通電源瞬間，變化的磁場產(chǎn)生感生電場，從而導致帶電小球受到電場力，使其轉(zhuǎn)動，A錯誤；不論線圈中電流是增大還是減小，都會引起磁場的變化，從而產(chǎn)生不同方向的電場，使小球受到電場力的方向不同，所以會向不同方向轉(zhuǎn)動，B正確；接通電源瞬間，產(chǎn)生順時針方向的電場，如果小球帶負電，圓板轉(zhuǎn)動方向與線圈中電流方向相同，C錯誤；同理可知D正確.12345678910111213144.現(xiàn)代科學研究中常用到高速電子，電子感應(yīng)加速器就是利用感生電場加速電子的設(shè)備.電子感應(yīng)加速器主要由上、下電磁鐵磁極和環(huán)形真空室組成.當電磁鐵繞組通以變化的電流時，產(chǎn)生變化的磁場，穿過真空盒所包圍的區(qū)域內(nèi)的磁通量也隨時間變化，這時真空盒空間內(nèi)就產(chǎn)生感應(yīng)渦旋電場，電子將在渦旋電場作用下加速.如圖2所示(上圖為側(cè)視圖、下圖為真空室的俯視圖)，若電子被“約束”在半徑為R的圓周上運動，當電磁鐵繞組通有圖中所示的電流時A.若電子沿逆時針運動，保持電流的方向不變，當電流增大時，電子

將加速B.若電子沿順時針運動，保持電流的方向不變，當電流增大時，電子

將加速C.若電子沿逆時針運動，保持電流的方向不變，當電流減小時，電子

將加速D.被加速時電子做圓周運動的周期不變12345678910111213√圖214解析當電磁鐵繞組通有題圖中所示的電流時，由安培定則可知將產(chǎn)生向上的磁場，當電磁鐵繞組中電流增大時，根據(jù)楞次定律和安培定則可知，這時真空盒空間內(nèi)產(chǎn)生順時針方向的感生電場，電子沿逆時針運動，電子將加速，選項A正確；同理可知選項B、C錯誤；由于電子被“約束”在半徑為R的圓周上運動，被加速時電子做圓周運動的周期減小，選項D錯誤.1234567891011121314123456789101112135.如圖3甲所示，線圈總電阻r＝0.5Ω，匝數(shù)n＝10，其端點a、b與R＝1.5Ω的電阻相連，線圈內(nèi)磁通量變化規(guī)律如圖乙所示.則a、b兩點電勢差的大小為圖3A.1.5V B.0.5V C.0.1V D.2V√14考點二動生電動勢6.(多選)兩條平行虛線間存在一勻強磁場，磁感應(yīng)強度方向與紙面垂直.邊長為0.1m、總電阻為0.005Ω的正方形導線框abcd位于紙面內(nèi)，cd邊與磁場邊界平行，如圖4甲所示.已知導線框一直向右做勻速直線運動，cd邊于t＝0時刻進入磁場.線框中感應(yīng)電動勢隨時間變化的圖線如圖乙所示(感應(yīng)電流的方向為順時針時，感應(yīng)電動勢取正).下列說法正確的是A.磁感應(yīng)強度的大小為0.5TB.導線框運動的速度的大小為0.5m/sC.磁感應(yīng)強度的方向垂直于紙面向外D.在t＝0.4s至t＝0.6s這段時間內(nèi)，導線框所受的安培力大小為0.1N12345678910111213√√圖41412345678910111213根據(jù)右手定則及正方向的規(guī)定可知，磁感應(yīng)強度的方向垂直于紙面向外，選項C正確；147.如圖5所示，等腰直角三角形OPQ區(qū)域內(nèi)存在勻強磁場，另有一等腰直角三角形導線框abc以恒定的速度v沿垂直于磁場方向穿過磁場，穿越過程中速度方向始終與ab邊垂直，且保持ac平行于OQ.關(guān)于線框中的感應(yīng)電流，以下說法正確的是A.開始進入磁場時感應(yīng)電流最小B.開始穿出磁場時感應(yīng)電流最大C.開始進入磁場時感應(yīng)電流沿順時針方向D.開始穿出磁場時感應(yīng)電流沿順時針方向12345678910111213√圖51412345678910111213解析線框中感應(yīng)電流的大小正比于感應(yīng)電動勢的大小，又感應(yīng)電動勢E＝BL有v，L有指切割磁感線部分兩端點連線在垂直于速度方向上的投影長度，故開始進入磁場時感應(yīng)電流最大，開始穿出磁場時感應(yīng)電流最小，選項A、B錯誤.感應(yīng)電流的方向可以用楞次定律判斷，可知選項D正確，C錯誤.148.(多選)如圖6所示，直角三角形金屬框abc放置在勻強磁場中，磁感應(yīng)強度大小為B，方向平行于ab邊向上.金屬框繞ab邊以角速度ω逆時針轉(zhuǎn)動.已知bc邊的長度為l.下列判斷正確的是A.金屬框中無電流B.金屬框中電流方向沿abcaC.|Ubc|＝

Bl2ωD.|Ubc|＝Bl2ω12345678910111213√圖6√解析金屬框abc平面與磁場方向平行，轉(zhuǎn)動過程中磁通量始終為零，所以無感應(yīng)電流產(chǎn)生，選項A正確，B錯誤；1412345678910111213√圖71412345678910111213141234567891011121310.如圖8所示，導體棒AB的長為2R，繞O點以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動，OB長為R，且O、B、A三點在一條直線上，有一磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場充滿轉(zhuǎn)動平面且與轉(zhuǎn)動平面垂直，那么AB兩端的電勢差大小為A.BωR2BωR2BωR2

BωR2√圖814123456789101112131411.如圖9所示，勻強磁場中有一由半圓弧及其直徑構(gòu)成的導線框，半圓直徑與磁場邊緣重合；磁場方向垂直于半圓面(紙面)向里，磁感應(yīng)強度大小為B0.使該線框從靜止開始繞過圓心O、垂直于半圓面的軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動半周，線框中產(chǎn)生感應(yīng)電流.現(xiàn)使線框保持圖中所示位置，磁感應(yīng)強度大小隨時間線性變化.為了產(chǎn)生與線框轉(zhuǎn)動半周過程中同樣大小的電流，磁感應(yīng)強度隨時間變化的變化率

的大小應(yīng)為12345678910111213圖9√14123456789101112131412.(多選)如圖10所示，三角形金屬導軌EOF上放有一金屬桿AB，在外力作用下，使AB保持與OF垂直，從O點開始以速度v勻速右移，該導軌與金屬桿均由粗細相同的同種金屬制成，則下列判斷正確的是A.電路中的感應(yīng)電流大小不變

B.電路中的感應(yīng)電動勢大小不變C.電路中的感應(yīng)電動勢逐漸增大

D.電路中的感應(yīng)電流逐漸減小12345678910111213圖10√√1412345678910111213解析設(shè)金屬桿從O點開始運動到題圖所示位置所經(jīng)歷的時間為t，∠EOF＝θ，金屬桿切割磁感線的有效長度為L，故E＝BLv＝Bv·vttanθ＝Bv2tanθ·t，即電路中感應(yīng)電動勢的大小與時間成正比，C選項正確；1412345678910111213二、非選擇題13.如圖11所示，線框由導線組成，cd、ef兩邊豎直放置且相互平行，導體棒ab水平放置并可沿cd、ef無摩擦滑動，導體棒ab所在處有垂直線框所在平面向里的勻強磁場且B2＝2T，已知ab長L＝0.1m，整個電路總電阻R＝5Ω，螺線管匝數(shù)n＝4，螺線管橫截面積S＝0.1m2.在螺線管內(nèi)有如圖所示方向磁場B1，若磁場B1以

＝10T/s均勻增加時，導體棒恰好處于靜止狀態(tài)，試求：(取g＝10m/s2)(1)通過導體棒ab的電流大小；圖11答案0.8A1412345678910111213解析螺線管產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢：得E＝4×10×0.1V＝4V141