遼寧省大連市高中物理 第4章 電磁感應 4.5 電磁感應規(guī)律的應用課件 新人教版選修3-2.ppt

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1、導 入 新 課,法拉第電機,法拉第制作的第一臺發(fā)電機,法拉第發(fā)明的感應發(fā)電機的模型,在電磁感應現(xiàn)象中，由于引起磁通量的變化的原因不同感應電動勢產生的機理也不同，本節(jié)課我們就一起來學習感應電動勢產生的機理。,第五節(jié) 電磁感應規(guī)律的應用,1.知識與技能 了解感生電動勢和動生電動勢的概念及不同。 了解感生電動勢和動生電動勢產生的原因。 能用動生電動勢和感生電動勢的公式進行分析和計算。,教 學 目 標,通過探究感生電動勢和動生電動勢產生的原因, 培養(yǎng)學生對知識的理解和邏輯推理能力。 用實驗的方法引入新課，激發(fā)學生的求知欲。 通過用舊知識分析新問題弄清渦流的產生。,,2.過程與方法,3.情感態(tài)度與價值觀

2、 體驗實驗的樂趣，引發(fā)學生去分析問題、解決問題。 培養(yǎng)學生對不同事物進行分析，找出共性與個性的辯證唯物主義思想。,教學重、難點,教學重點 感生電動勢和動生電動勢。 教學難點 感生電動勢和動生電動勢產生的原因。,1.電磁感應現(xiàn)象中的感生電場 2.電磁感應現(xiàn)象中的洛倫茲力,本 節(jié) 導 航,1.電磁感應現(xiàn)象中的感生電場,,,,,,,小復習,答:感應電動勢的大小與磁通量的變化率成正比, 即E=,●導體在磁場中切割磁感線產生的電動勢與什么因素有關,表達式是什么,它成立的條件又是什么？,答:導體在磁場中切割磁感線產生的電動勢的大小與導體棒的有效長度、磁場強弱、導體棒的運動速度有關,表達式是E= BLvsi

3、nθ，該表達式只能適用于勻強磁場中。,●法拉第電磁感應定律的內容是什么？數(shù)學表達式是什么？,由于引起磁通量的變化的原因不同感應電動勢產生的機理也不同,一般分為兩種：一種是磁場不變,導體運動引起的磁通量的變化而產生的感應電動勢,這種電動勢稱作動生電動勢,另外一種是導體不動,由于磁場變化引起磁通量的變化而產生的電動勢稱作感生電動勢。,電路中電動勢的作用是某種非靜電力對自由電荷的作用。 每一個電動勢都對應有一種非靜電力 ——正是由于非靜電力做功把其它形式的能轉化為電能。,問題:感應電動勢對應的非靜電力是一種什么樣的作用?,感應電場,麥克斯韋:,磁場變強,感應電場----- 充當了 “非靜電力”的

4、作用,,,,,●產生感生電動勢------電源 產生感應電動勢的電路-----內電路 它與外電路連接----閉合電路 ●感應電場是產生感應電流或感應電動勢的原因. 感應電場的方向----由楞次定律判斷. 內電路中的電流方-----就是感應電場的方向,感生電動勢,（1）產生：磁場變化時會在空間激發(fā)電場，閉合導體中的自由電子在電場力的作用下定向運動，產生感應電流，即產生了感應電動勢。 （2）定義：由感生電場產生的感應電動勢成為感生電動勢。 （3）感生電場方向判斷：右手螺旋定則。,,在空間出現(xiàn)如圖所示的閉合電場，電場線為一簇閉合曲線，這可能是（ ） A 沿AB方向磁場在迅速減弱 B 沿AB方向磁場在

5、迅速增強 C 沿BA方向磁場在迅速減弱 D 沿BA方向磁場在迅速增強,例題,分析：根據(jù)電磁感應，閉合回路中的磁通量變化時，使閉合回路中產生感應電流，該電流可用楞次定律來判斷，根據(jù)麥克斯韋電磁理論，閉合回路中產生感應電流，使因為閉合回路中受到了電場力的作用，而變化的磁場產生電場，與是否存在閉合回路沒有關系，故空間磁場變化產生的電場方向，仍可用楞次定律來判斷，四指環(huán)繞方向即感應電場的方向，由此可知AC正確。,點評：已知感應電場方向求原磁通量的變化情況的基本思路是：,感應電場的方向 感應磁場的方向 磁通量的變化情況,感生電動勢的產生,2.電磁感應現(xiàn)象中的洛倫茲力,●導體切割

6、磁感線時也會產生感應電動勢,該電動勢產生的機理是什么? ●導體切割磁感線產生的感應電動勢的大小與哪些因素有關? ●它是如何將其它形式的能轉化為電能的?,思考與討論,如圖，導體棒CD在勻強磁場中運動。 （1）自由電荷會隨著導體棒運動,并 因此受到洛倫茲力。導體中自由電荷的 合運動在空間大致沿什么方向？為了方 便，可以認為導體中的電荷是正電荷。 （2）導體棒一直運動下去，自由電荷 是否也會沿著導體棒一直運動下去？為什么？ （3）導體棒的那端電勢比較高？ （4）如果用導線把CD兩端練到磁場外的一個用電器上，導體棒中電流是沿什么方向的？,,,,,,,（1）自由電荷會隨著導體棒運動,并因此受

7、到洛倫茲力。導體中自由電荷的合運動在空間大致沿什么方向？為了方便，可以認為導體中的自由電荷是正電荷。,分析與解答: （1）導體中自由電荷(正電荷)具有水平方向的速度，由左手定則可判斷受到沿棒向上的洛倫茲力作用，其合運動是斜向上的。,（2）導體棒一直運動下去，自由電荷是否也會沿著導體棒一直運動下去?為什么?,分析與解答: （2）自由電荷不會一直運動下去.因為C、D兩端聚集電荷越來越多，在CD棒間產生的電場越來越強,當電場力等于洛倫茲力時,自由電荷不再定向運動.,（4）如果用導線把C、D兩端連到磁場外的一個用電器上，導體棒中電流是沿什么方向的? 分析與解答: 導體棒中電流是由D指向C的。此時

8、導體棒可以看作是一個電源，導體棒切割磁感線產生了動生電動勢。 從能的角度定量了解動生電動勢,（3）導體棒的哪端電勢比較高?,分析與解答： C端電勢高.,動生電動勢,（1）產生：導體切割磁感線運動產生動生電動勢 （2）大?。篍=BLv（B的方向與v的方向垂直） （3）動生電動勢大小的推導： 如圖所示， ab棒處于勻強磁場中，磁感應強度為B，垂直紙面向里，棒沿光滑導軌以速度v勻速向右滑動，已知導軌寬度為L，經過時間t由M運動導N.,由法拉第電磁感應定律可得：E=,故動生電動勢大小為E=BLv。,（5）動生電動勢所對應的非靜電力是洛倫茲力的分力.,（4）由于導體的運動(切割磁感線)而產生的感

9、應電動勢叫動生電動勢.,注意：動生電動勢與洛倫茲力有關，但洛倫茲力始終不做功,動生電動勢原因分析,導體在磁場中切割磁感線時，產生動生電動勢，它是由于導體中的自由電子受到洛倫茲力的作用而引起的。 如圖所示，一條直導線CD在勻強磁場B中以速度v向右運動，并且導線CD與B、v的方向垂直，由于導體中的自由電子隨導體一起以速度v運動，因此每個電子受到的洛倫茲力為： F洛=Bev,F的方向豎直向下，在力F的作用下，自由電子沿導體向下運動，使導體下端出現(xiàn)過剩的負電荷，導體上端出現(xiàn)過剩的正電荷，結果使導體上端D的電勢高于下端C的電勢，出現(xiàn)由D指向C的靜電場，此電場對電子的靜電力F’的方向向上

10、，與洛倫茲力F方向相反，隨著導體兩端正負電荷的積累，電場不斷增強，,當作用在自由電子上的靜電力與電子受到的洛倫茲力相平衡時，DC兩端產生一個穩(wěn)定的電勢差如果用另外的導線把CD兩端連接起來，由于D段的電勢比C段的電勢高，自由電子在靜電力的作用下將在導線框中沿順時針流動，形成逆時針方向的電流，如圖乙所示，電荷的流動使CD兩端積累的電荷不斷減少，洛倫茲力又不斷使自由電子從D端運動到C端從而在CD兩端維持一個穩(wěn)定的電動勢。,可見運動的導體CD就是一個電源，D端是電源的正極，C端是電源的負極，自由電子受洛倫茲力的用，從D端搬運到C端，也可以看做是正電荷受洛倫茲力作用從C端搬運到D端，這里洛倫茲力就相當于

11、電源中的非靜電力，根據(jù)電動勢的定義，電動勢等于單位正電荷從負極通過電源內部移動到電源的正極非靜電力所做的功，作用在單位電荷上的洛倫茲力為： F=F洛/e=Bv 于是動生電動勢就是： E=FL=BLv,動生電動勢,感生電動勢,特點,磁場不變，閉合電路的整體或局部在磁場中運動導致回路中磁通量變化,閉合回路的任何部分都不動，空間磁場變化導致回路中磁通量變化,原因,由于S變化引起回路中?變化,非靜電力是洛侖茲力的分力，由洛侖茲力對運動電荷作用而產生電動勢,變化磁場在它周圍空間激發(fā)感生電場，非靜電力是感生電場力，由感生電場力對電荷做功而產生電動勢,方向,的來源

12、非靜電力,,,,,,,楞次定律,楞次定律或右手定則,應用實例---電子感應加速器,電子感應加速器是用感生電場來加速電子的一種設備。,它的柱形電磁鐵在兩極間產生磁場。在磁場中安置一個環(huán)形真空管道作為電子運行的軌道。當磁場發(fā)生變化時，就會沿管道方向產生感生電場。射入其中的電子就受到感生電場的持續(xù)作用而不斷加速。,如何使電子維持在恒定半徑為R的圓規(guī)道上加速，這對磁場沿徑向分布有一定的要求，設電子軌道出的磁場為B，電子做圓周運動時所受的向心力為洛倫茲力，因此： eBv=mv2/R m v=Re B 也就是說，只要電子動量隨磁感應強度成正比例增加，就可以維持電子在一定的軌道上運

13、動。,動畫：動生電動勢,動畫：感生電動勢,動畫：電磁場,課 堂 小 結,1.感生電場的方向與感應電流的方向和感應電動勢的方向都相同。 2.電磁感應中因導體切割磁感線產生感應電動勢。其非靜電力是洛倫茲力。 3.靜電場是由電荷產生的電場，感生電場是由變化的磁場產生的電場。 4.由于導體的運動(切割磁感線)而產生的感應電動勢叫動生電動勢。,課 堂 練 習,1.如圖所示，圓形金屬環(huán)豎直固定穿套在光滑水平導軌上，條形磁鐵沿導軌以初速度v0向圓環(huán)運動，其軸線在圓環(huán)圓心，與環(huán)面垂直，則磁鐵在穿過環(huán)過程中，做____________運動．（選填“加速”、“勻速”或“減速”）,減速,C D,3.在閉

14、合鐵芯上繞有一組線圈，線圈與滑動變阻器、電池構成電路，假定線圈產生的磁感線全部集中在鐵芯內.a、b、c三個閉合金屬圓環(huán)，位置如圖所示.當滑動變阻器滑動觸頭左右滑動時，能產生感應電流的圓環(huán)是( ) A a、b兩環(huán) B b、c兩環(huán) C a、c兩環(huán) D a、b、c三個環(huán),A,4.在豎直向下的勻強磁場中，將一水平放置的金屬棒以水平速度沿與桿垂直的方向拋出，設棒在運動過程中不發(fā)生轉動，空氣阻力不計，則金屬棒在做平拋運動的過程中產生的感應電動勢（ ） A 越來越大 B 越來越小 C 保持不變 D 無法判斷,C,課后習題答案,1.解答：根據(jù)導線切割磁感線產生感應電動勢的公式E=BLV，該機兩翼尖間的電勢差為E=4.710-512.70.7340 V=0.142V 根據(jù)右手定則可知，從駕駛員角度來說，左側機翼電勢高。 2.解答： （1）50V （2）感應電場的方向為逆時針方向 （3）A端 3.解答：（1）等效電路圖如圖所示,（2）通過R的電流方向從上到 下,大小為1A （3）通過MN的電流方向為自N到M，通過PQ的電流方向為自Q到P。 4.解答：（1）2:1 （2）4:1 （3）2:1,