人教版(2019)新教材高中物理必修3 13.3 电磁感应现象及应用(1)课件(共18张PPT)

(共18张PPT)
感生现象分析
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一、前知回顾
电键闭合或断开瞬间、滑动滑动变阻器过程中，线圈A中电流产生的磁场发生变化
线圈B的磁通量变化，进而在线圈B中产生感应电动势
在线圈B与电流表连接成的电路中，形成感应电流
方向→楞次定律 大小→法拉第电磁感应定律
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【例1】在空间存在着竖直向上的各处均匀的磁场，将一个不变形的单匝金属圆线圈放入磁场中，规定线圈中感应电流方向如图甲所示的方向为正。当磁场的磁感应强度 B随时间t的变化规律如图乙所示时，图丙中能正确表示线圈中感应电流随时间变化的图线是
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C D
第2s内，B不变，无电流
第1s内，磁感应强度变化率是最后两秒内的2倍，电流也是2倍
斜率
磁感应强度变化率
× ×
在第1s内，向上的磁场变强，
依据楞次定律，感生磁场要阻碍原磁场变化，感生磁场方向向下
据右手螺旋定则，电流方向与题目规定正方向相同，故电流为正
×
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【例2】如图（a），圆形线圈P静止在水平桌面上，其正上方悬挂一相同的线圈Q，P和Q共轴。Q中通有变化的电流，电流随时间变化的规律如图（b）所示。P受重力为G，桌面对P的支持力为N，则（ ）
A．t1时刻N>G B．t2时刻N>G C．t3时刻N5
分析：
t2、t4两个时刻，线圈Q中
电流恒定，产生恒定磁场，在线圈P中不产生感应电流，线圈P受到重力和支持力平衡
B选项错，D选项正确
t1时刻，Q中电流均匀变大，在P中将产生恒定的感应电流，但是方向无法确定
方法一：线圈Q中电流变大，磁场变强，线圈P中产生反向电流，二者排斥
方法二：线圈P磁通量变大，如果向下运动，将可以阻碍磁通量变大，故线圈P有向下运动趋势，桌面支持力大于重力。A选项正确
t3时刻，Q中电流在均匀变化过程中，P中的磁感应强度变化率不是零，P中仍然会产生感应电流。但是此时线圈Q中无电流，不产生磁场，线圈P也将不受到安培力，重力和支持力平衡
均匀变化的磁场
产生恒定的电流
恒定不变的磁场
不产生感应电流
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【例3】如图甲所示，一个电阻值为R，匝数为n的圆形金属线圈与阻值为2R的电阻R1连接成闭合回路，线圈的半径为r1，在线圈中半径为r2的圆形区域内存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场，磁感应强度B随时间t变化的关系图象如图乙所示，图象与横、纵轴的截距分别为t0和B0。导线的电阻不计，求：0 至t1时间内
(1)通过电阻R1上的电流大小和方向；
(2)通过电阻R1上的电荷量 q及电阻R1上产生的热量。
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甲
乙
分析：
线圈磁通量变小→感应电动势
据楞次定律→感应电流顺时针
等效电路如图→电流由b流向a
磁场面积是有效面积，不变
磁感应强度变小，Φ变小
依据闭合电路欧姆定律
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磁感应强度均匀变小
感应电动势恒定不变
电阻R1中电流恒定
依据电流定义
t1
依据焦耳定律
2R1t1
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深入思考
变化的磁场
感应电动势
非静电力？
什么特点？
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二、拨开迷雾
磁场变强→感应电动势
楞次定律→感应电流方向
感生电场对自由电荷的作用力，是产生感生电动势的非静电力。
猜想：变化的磁场周围产生电场？
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电场力作用下，形成感应电流
感应电流方向与感生电场方向一致
深入思考
变化的磁场
感应电动势
非静电力？
什么特点？
电荷受到的力是
感生电场电场力
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【例4】著名物理学家费曼曾设计过一个实验，在一块绝缘板上，中部安一个线圈，并接有电源，板的四周有许多带负电的小球，将整个装置支撑起来。线圈绕线方向、电源的正负极情况，如图所示。忽略各处的摩擦，当电源接通的瞬间，俯视圆盘，它将会逆时针转动，请你解释这个实验现象。
分析：电源接通瞬间，线圈中产生磁场，方向“·”，而且在增强。依据楞次定律，在线圈附近将产生顺时针方向的感生电场，带负电的小球将受到感生电场的电场力，其方向与感生电场方向相反。故圆盘将逆时针运动起来
俯视
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电子感应加速器是利用感生电场使电子加速的设备。它的基本原理如右图所示，图的上部分为侧视图，上、下为电磁铁的两个磁极，磁极之间有一个环形真空室，电子在真空室中做圆周运动。图的下部分为真空室的俯视图，电子从电子枪右端逸出，当电磁铁线圈电流的大小与方向变化满足相应的要求时，电子在真空室中沿虚线圆轨迹运动，不断地被加速。
三、精进一步
感生电场的应用——电子感应加速器
？
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电子感应加速器
右端逸出→逆时针加速→顺时针方向电场
据楞次定律，判断原磁场方向
如果是ⅹ，变小； 如果是·，变大
使电子沿圆周轨迹逆时针方向加速！
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方向：
洛伦兹力方向
速度方向
磁场方向
·
左手
定则
励磁电流方向
与图一致
垂直纸面向外，不断变大的磁场
电子感应加速器
疑问一：电子在加速过程中，可能是均匀地加速，那么励磁电流应该如何变化呢？
疑问二：电子被控制在圆形轨道上加速,洛伦力充当向心力，它的大小恒定吗？
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定量分析
疑问三：电子加速过程中，圆周运动半径不变，那么磁感应强度应该如何变化？
对比
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课堂小结
运用楞次定律，判断感应电流的方向
运用法拉第电磁感应定律，计算感应电动势
在变化的磁场，会产生感生电场；
恒定不变的磁场，不会产生感生电场
感生电场的应用——电子感应加速器
开动脑筋，研究疑惑
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