【同步】高中物理教科版(2019)選擇性必修2：第2章2第2課時(shí)導(dǎo)線切割磁感線的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)課件

第二章2第2課時(shí)導(dǎo)線切割磁感線的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)基礎(chǔ)落實(shí)·必備知識(shí)全過關(guān)重難探究·能力素養(yǎng)全提升目錄索引

學(xué)以致用·隨堂檢測(cè)全達(dá)標(biāo)基礎(chǔ)落實(shí)·必備知識(shí)全過關(guān)導(dǎo)線切割磁感線時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(1)如圖所示,導(dǎo)線垂直于磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng),磁感應(yīng)強(qiáng)度B、導(dǎo)線、導(dǎo)線的速度v兩兩垂直時(shí),設(shè)軌道的寬度為L,在Δt時(shí)間內(nèi)導(dǎo)線的位移為Δtv,根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律E=,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為

平動(dòng)的速度

L是有效長度

(2)如圖所示,導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)方向與導(dǎo)線本身垂直,但與磁場(chǎng)方向有一夾角α?xí)r,將速度分解為垂直于和平行于磁場(chǎng)方向的兩個(gè)分量,平行分量不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),垂直分量為v2=vsinα,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為E=

。

BLvsinα情境鏈接如圖所示,一金屬彎桿處在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,已知ab=bc=L,當(dāng)它以速度v向右平動(dòng)時(shí),產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)多大?提示

公式E=Blv中的l為導(dǎo)體切割磁感線的有效長度,也就是與磁感應(yīng)強(qiáng)度B和速度v垂直的長度,因此該金屬彎桿的有效長度為Lsin

θ,故感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為BLvsin

θ。易錯(cuò)辨析(1)公式E=BLv中的L是導(dǎo)體棒的總長度。(

)(2)磁場(chǎng)相對(duì)導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng),導(dǎo)體棒中也可能產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。(

)(3)導(dǎo)體棒在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)速度越大,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一定越大。(

)×√×重難探究·能力素養(yǎng)全提升探究點(diǎn)一導(dǎo)線平動(dòng)切割磁感線時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)導(dǎo)學(xué)探究如圖所示,把一矩形線框放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,線框平面跟磁感線垂直。導(dǎo)體棒MN與線框接觸良好,以大小為v的速度垂直于線框運(yùn)動(dòng)。試計(jì)算導(dǎo)體棒MN切割磁感線時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。提示

在Δt時(shí)間內(nèi)穿過閉合電路磁通量的變化量ΔΦ=BΔS=BLvΔt,根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,得知識(shí)歸納公式E=BLv中,L指有效切割長度。

甲

乙丙(1)圖甲中的有效切割長度為:L=Lcdsinθ。(2)圖乙中的有效切割長度為:L=LMN。(3)圖丙中的有效切割長度為:沿v1的方向運(yùn)動(dòng)時(shí),L=R;沿v2的方向運(yùn)動(dòng)時(shí),L=R。應(yīng)用體驗(yàn)【例1】

(多選)(2023天津新華中學(xué)高二期末)如圖所示,abcd為水平放置的平行U形光滑金屬導(dǎo)軌,間距為l,導(dǎo)軌間有垂直于導(dǎo)軌平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,導(dǎo)軌電阻不計(jì)。已知金屬桿MN傾斜放置,與導(dǎo)軌成θ角,單位長度的電阻為r,保持金屬桿以速度v沿平行于cd的方向滑動(dòng),金屬桿與導(dǎo)軌接觸良好。下列說法正確的是(

)A.電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為B.電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為BlvC.金屬桿所受安培力的大小為D.電路中感應(yīng)電流的大小為BD對(duì)點(diǎn)演練1(多選)(2023山西忻州高二期末)如圖所示,將一導(dǎo)線彎成半徑為a的半圓形閉合回路。虛線MN右側(cè)有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng),方向垂直于回路所在的平面?；芈芬运俣葀向右勻速進(jìn)入磁場(chǎng),直徑CD始終與MN垂直。從D點(diǎn)到達(dá)邊界開始到C點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng)為止,下列結(jié)論正確的是(

)A.感應(yīng)電流方向不變B.直徑CD始終不受安培力C.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值E=BavD.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)平均值

=πBavAC解析

閉合回路進(jìn)入磁場(chǎng)的過程中,磁通量一直在變大,由楞次定律可知,感應(yīng)電流的方向不變,A正確;從D點(diǎn)到達(dá)邊界開始到C點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng)為止,閉合回路的磁通量一直在變大,故回路中始終存在感應(yīng)電流,CD段與磁場(chǎng)方向垂直,所以直徑CD始終受安培力,B錯(cuò)誤;從D點(diǎn)到達(dá)邊界開始到C點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng)的過程可以理解為部分電路切割磁感線的運(yùn)動(dòng),在切割的過程中,切割的有效長度先增大后減小,最大有效長度等于半圓的半徑,即最大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為Em=Bav,C正確;根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的平均值為探究點(diǎn)二導(dǎo)線轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁感線時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)導(dǎo)學(xué)探究某直升機(jī)在我國某地上空懸停,長度為L的螺旋槳葉片在水平面內(nèi)順時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)(俯視),轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為ω。該處地磁場(chǎng)的水平分量為Bx,豎直分量為By。葉片的近軸端為a,遠(yuǎn)軸端為b。忽略轉(zhuǎn)軸的尺寸,比較a、b兩端電勢(shì)的高低,并計(jì)算葉片中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為多少?提示

我國某地上空地磁場(chǎng)方向有向下的分量,大小為By,當(dāng)螺旋槳葉片在水平面內(nèi)順時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)(俯視)時(shí),根據(jù)右手定則可知,a端電勢(shì)低于b端電勢(shì);大小為知識(shí)歸納轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁感線方法一:棒上各處速率不等,故不能直接用公式E=Blv求。由v=ωr可知,棒上各點(diǎn)的線速度跟半徑成正比,故可用棒的中點(diǎn)的速度作為平均切割速度代入公式計(jì)算。應(yīng)用體驗(yàn)【例2】

長為l的金屬棒ab以a點(diǎn)為軸在垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的平面內(nèi)以角速度ω做勻速轉(zhuǎn)動(dòng),如圖所示,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,求:(1)金屬棒各點(diǎn)的平均速率。(2)a、b兩端的電勢(shì)差。(3)經(jīng)時(shí)間Δt金屬棒ab掃過的面積中磁通量為多少?此過程中平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)多大?對(duì)點(diǎn)演練2如圖所示,將一根總電阻為R的直導(dǎo)線彎成一半徑為a的金屬環(huán),放在豎直平面內(nèi),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直穿過環(huán)平面,在環(huán)的最高點(diǎn)A用鉸鏈連接長度為2a、電阻為

的導(dǎo)體棒AB,AB由水平位置緊貼環(huán)面擺下,當(dāng)擺到豎直位置時(shí),B點(diǎn)的線速度為v,則這時(shí)AB兩端的電壓大小為(

)A學(xué)以致用·隨堂檢測(cè)全達(dá)標(biāo)12341.(平動(dòng)切割磁感線)如圖所示,水平桌面上放置電阻不計(jì)、長度分別為l1和l2(l2>l1)的直金屬棒ab和bc連接而成的直角金屬框,金屬框處于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。當(dāng)金屬框以大小為v的速度沿著bc方向勻速移動(dòng)時(shí),直角金屬框兩端的電壓為(

)A.Bl1v

B.Bl2vC.B(l1+l2)v

D.B(l2-l1)vA解析

當(dāng)金屬框以速率v沿著bc方向勻速移動(dòng)時(shí),ab邊切割磁感線,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E=Bl1v,bc邊不切割磁感線,不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。由于金屬框中沒有感應(yīng)電流,所以ac兩端的電壓等于ab產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),為U=E=Bl1v,故選A。123412342.(平動(dòng)切割磁感線)飛機(jī)在北半球的上空以速度v從東向西水平飛行,飛機(jī)機(jī)身長為a,機(jī)翼兩端點(diǎn)的距離為b。該空間地磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的豎直分量為B1,水平分量為B2。設(shè)駕駛員左側(cè)機(jī)翼的端點(diǎn)為C,右側(cè)機(jī)翼的端點(diǎn)為D,C、D兩點(diǎn)間的電壓為U,則(

)A.U=B1bv,且C點(diǎn)電勢(shì)高于D點(diǎn)電勢(shì) B.U=B1bv,且C點(diǎn)電勢(shì)低于D點(diǎn)電勢(shì)C.U=B2av,且C點(diǎn)電勢(shì)高于D點(diǎn)電勢(shì) D.U=B2av,且C點(diǎn)電勢(shì)低于D點(diǎn)電勢(shì)A解析

飛機(jī)從東向西水平飛行時(shí),機(jī)翼切割磁場(chǎng)豎直分量,由導(dǎo)體棒切割磁感線公式E=BLv可知,飛機(jī)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=B1bv,C、D兩點(diǎn)間的電壓為U=B1bv,由右手定則可知,在北半球,不論沿何方向水平飛行,都是飛機(jī)的左方機(jī)翼電勢(shì)高,右方機(jī)翼電勢(shì)低,即C點(diǎn)電勢(shì)高于D點(diǎn)電勢(shì),故A正確。12343.(轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁感線)如圖所示,半徑為r的金屬圓盤在垂直于盤面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中,繞O軸以角速度ω沿逆時(shí)針方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng),金屬圓盤的電阻不計(jì),則通過電阻R的電流的方向和大小是(

)D解析

金屬圓盤在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng),可以等效為無數(shù)根長為r的導(dǎo)體棒繞O點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),其產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為E=Br2ω,由右手定則可知感應(yīng)電流方向由圓盤邊沿指向圓心,故通過電阻R的電流大小I=方向由d到c,選項(xiàng)D正確。123412344.(轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁感線)(2023山西晉中高二?？?如圖所示,直角三角形金屬框abc放置在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向平行于ab邊向上,當(dāng)金屬框繞ab邊以角速度ω逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),a、b、c三點(diǎn)的電勢(shì)分別為Ua、Ub、Uc。已知bc邊的長度為l,下列判斷正確的是(

)A.Ua>Uc,金屬框中無電流B.Ub>Uc,金屬框中電流方向沿abcaC.Ubc=Bl2ω,金屬框中電流方向沿a