新课标人教版高二物理选修3-2第四章第5节电磁感应现象的两类情况优质课精品课件（共30张）

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《电磁感应现象的两类情况》
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在电磁感应现象中，引起磁通量变化的原因不同，一般分为两种：一种是磁场不变，导体运动引起磁通量变化而产生感应电动势，如下图甲所示；另一种是导体不动，由于磁场变化引起磁通量变化而产生感应电动势，如下图乙所示，请探究一下它们产生感应电动势的机理．
一个闭合电路静止于磁场中,由于磁场强弱的变化,闭合电路内产生了感应电动势.这种情况下,哪一种作用扮演了非静电力的角色?
一、感生电动势
磁场变强
电流是怎样产生的？
自由电荷为什么会运动？
使电荷运动的力难道是变化的磁场对其施加的吗？
猜想：使电荷运动的力可能是洛伦兹力、
静电力或者是其他力.
一、理论探究感生电动势的产生
〔英〕麦克斯韦认为，
磁场变化时会在周围空间激发一种电场-----感生电场
闭合导体中的自由电荷在这种电场下做定向运动
产生感应电流（感生电动势）
感生电动势的非静电力是感生电场对电荷的作用力。
感生电场的方向类似感应电流方向的判定----安培定则

一、电磁感应现象中的感生电场
1、定义：磁场变化会在其周围空间激发电场称为感生电场。
2、感生电场与静电场的区别：
（1）静电场：静止的电荷激发的电场叫静电场。
特点：电场线是不闭合的。
（2）感生电场是一种涡旋电场，电场线是闭合的。
3、如何确定感生电场的方向？楞次定律
感生电场的方向与感应电流的方向相同。
4、感生电动势：由感生电场使导体产生的电动势叫感生电动势
5、感生电动势的非静电力是感生电场对电荷的作用。
磁场变强
B
例1.如图所示，一个闭合电路静止于磁场中，由于磁场强弱的变化，而使电路中产生了感应电动势，下列说法中正确的是（ ）
A．磁场变化时，会在在空间中激发一种电场
B．使电荷定向移动形成电流的力是磁场力
C．使电荷定向移动形成电流的力是电场力
D．以上说法都不对
AC
Ｃ
例2、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，当磁感应强度随时间均匀变化时，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
实际应用
电子感应加速器
穿过真空室内磁场的方向
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
由感生电场引起的磁场方向如何
竖直向上
逆时针
顺时针
向下
原磁场在增强，即电流在增大。
模型简化、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，当磁场磁感应强度突然增大时，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
A
电子感应加速器就是利用感生电场使电子加速的设备.电子在两极间的环形真空室中,受到其他约束始终沿逆时针方向做圆周运动.上图为感应加速器的侧视图，下图是真空室的俯视图.上、下为电磁铁的两个磁极，电磁铁线圈电流的大小、方向可以变化，所产生的感应电场使电子加速.若此时电磁铁中通有图示电流.则下述说法正确的是：
A.? 若电磁铁中电流减小，
则电子被加速
B. 若电磁铁中电流增大，
则电子被加速
C. 若电磁铁中电流反向，
则之后电子一定被减速
D. 若电磁铁中电流反向，
且电流减小，则电子被加速
BD
由于导体运动而产生的电动势。
二、动生电动势
二、理论探究动生电动势的产生
思考与讨论
1、动生电动势是怎样产生的？
2、什么力充当非静电力？
提 示
※导体中的自由电荷受到
什么力的作用？
※导体棒的哪端电势比较高？
※非静电力与洛伦兹力有关吗？
文本呈现：
当导体棒在匀强磁场B中以速度v运动时，导体棒内部的自由电子要受到洛伦兹力作用，在洛仑兹力作用下电子沿导线向D 端定向运动，使D端和C端出现了等量异种电荷，D为负极（低电势），C为正极（高电势）则导体CD相当一个电源。
动生电动势的非静电力与洛伦兹力有关。
1．导体中自由电荷（正电荷）具有水平方向的速度，由左手定则可判断受到沿棒向上的洛伦兹力作用，其合运动是斜向上的。
讨论结果：
2．自由电荷不会一直运动下去。因为C、D两端聚集电荷越来越多，在CD棒间产生的电场越来越强，当电场力等于洛伦兹力时，自由电荷不再定向运动。
3．C端电势高。
4．导体棒中电流是由D指向C的。
2.动生电动势的大小：
根据电动势的定义,电动势等于单位正电荷从负极通过电源内部移动到正极非静电力所做的功,作用在单位正电荷上的洛伦兹力为
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
※洛伦兹力做功吗？
※能量是怎样转化的呢？
练习2.如图所示，导体AB在做切割磁感线运动时，将产生一个电动势，因而在电路中有电流通过，下列说法中正确的是（ ）
A．因导体运动而产生的感应电动势称为动生电动势
B．动生电动势的产生与洛仑兹力有关
C．动生电动势的产生与电场力有关
D．动生电动势和感生电动势产生的原因是一样的
AB
小结
感生电动势和动生电动势
感生电场:由变化的磁场激发的电场.
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.
动生电动势:由于导体运动而产生的感应电动势.
三、感生电动势与动生电动势的区别.
ACD
如下图所示,水平放置的平行金属导轨,相距L=0.50 m,左端接一电阻R=0.20 Ω,磁感应强度B=0.40 T的匀强磁场方向垂直于导轨平面,导体棒ab垂直放在导轨上,并能无摩擦地沿导轨滑动,导轨和导体棒的电阻均可忽略不计,当ab以v=4.0 m/s的速度水平向右匀速滑动时,求:
(1)ab棒中感应电动势的大小,并指出a?b哪端电势高?
(2)回路中感应电流的大小;
(3)维持ab棒做匀速运动的水平外力F的大小.
答案:(1)0.80 V a端高 (2)4.0 A (3)0.8 N
右图中MN?GH为平行导轨,AB?CD为跨在导轨上的两根横杆,导轨和横杆均为导体.有匀强磁场垂直于导轨所在平面,方向如图.I表示回路中的电流( )
A.当AB不动而CD向右滑动时,I≠0且沿顺时针方向
B.当AB向左?CD向右滑动且速度大小相等时,I=0
C.当AB?CD都向右滑动且速度大小相等时,I=0
D.当AB?CD都向右滑动,且AB速度大于CD时,I≠0且沿逆时针方向
C
如右图所示,一个由导体做成的矩形线圈,以恒定速率v运动,从无磁场区进入匀强磁场区,磁场宽度大于矩形线圈的宽度da,然后出来,若取逆时针方向的电流为正方向,那么在下图中的哪一个图能正确地表示回路中电流对时间的函数关系( )
C
提高1．质量为m、长为L、阻值为r的导体棒ab跨过电阻不计的光滑平行金属导轨，导轨上端与一电阻R相连，导轨与水平面的夹角为θ．重力加速度为g.
⑴当导体棒沿导轨向下运动的速度为v时，求回路中的电流和棒的加速度．
⑵若导体棒从静止开始下滑，分析导体棒做何种运动．
⑶求导体棒能达到的最大速度vm．
×
G
N
F安
解：（1）感应电动势：
感应电流：
加速度：由 得
（2）做加速度逐渐减小的加速运动
（3）当加速度a=0时有最大速度

即：
如右图所示,有两根和水平方向成α角的光滑平行的金属轨道,上端接有可变电阻R,下端足够长,空间有垂直于轨道平面的匀强磁场,磁感应强度为B,一根质量为m的金属杆从轨道上由静止滑下,经过足够长的时间后,金属杆的速度会趋近于一个最大速度vm,则( )
A.如果B增大,vm将变大
B.如果α变大,vm将变大
C.如果R变大,vm将变大
D.如果m变小,vm将变大
BC
如图所示，裸金属线组成滑框，ab可滑动，其电阻为r，长为L，串接电阻R，匀强磁场为B，当ab以V向右匀速运动过程中，求：
（1）ab间感应电动势。
（2）ab间的电压。
（3）保证ab匀速运动，所加外力F。
（4）在2秒的时间内，外力功；ab生热；电阻R上生热。