《电磁感应现象的两类情况》课件.ppt

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1、第四章：电磁感应,第5节：电磁感应现象的两类情况,全球震撼首见：中国车载电磁炮 2011年5月28日,复习电动势相关知识,每一个电动势都对应有一种非静电力正是由于非静电力做功把其它形式的能转化为电能,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.我们称之为感生电动势。,磁场变弱,一.电磁感应现象中的感生电场,感生电动势：?非静电力,（一）理论探究感生电动势的产生,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力吗？,猜想：使电荷运动的力可能是洛伦兹力、静电力、或者是其它力,（二）英麦克斯韦认为：,磁场变化时会在周围空间激发一种电

2、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）,(1)定义:变化的磁场在周围空间激发的电场叫感生电场(涡旋电场).,(3)电场线:是闭合的曲线.,1、感生电场,(2)方向:就是感生电流的方向.,（三）感生电场与感生电动势,思考1：,产生感生电动势的非静电力是什么提供的？,感生电动势是感生电场产生的电场力提供的。,没有导体，有感生电场吗？导体有何作用？,有感生电场，导体提供了自由电荷。,感生电场与静电场的区别,静电场 E0,感生电场 Ek,起源,由静止电荷激发,由变化的磁场激发,电场线形状,电场线为非闭合曲线,电场线为闭合曲线,Ek,静电场为有源场,感生

3、电场为无源场,3、应用实例-电子感应加速器,电子感应加速器是用感生电场来加速电子的一种设备。它的基本原理如图示，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。电磁铁线圈电流的大小、方向可以变化，产生的感生电场使电子加速。上图为真空室的俯视图，如果从上向下看，电子沿逆时针方向运动。当电磁铁线圈电流的方向与图示方向一致时，电流的大小应该怎样变化才能使电子加速？,二.电磁感应现象中的洛伦兹力,导体切割磁感线时也会产生感应电动势动生电动势,该电动势产生的机理是什么?非静电力又与什么有关呢？,（一）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

4、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？,理论分析：,v,f,f,f,v,导体两端产生电势差动生电动势,动生电动势是导体中的自由电荷在磁场中受到洛仑兹力作用的结果。,f,（二）动生电动势的非静电力与洛伦兹力有关,C,D,X X XX X XX X XX X XX X X,导体CD在匀强磁场B中以速度V向右运动,并且导线CD与B、V的方向相垂直,由于导体中的自由电子随导体一起运动.因此每个电子受到的洛伦兹力为F洛=eVB,F洛方向向下在力的作用下，自由电子沿导体向下运动，使导体下端出现过剩的负电荷,导体上端出现过剩的正电

5、荷结果使导体上端C的电势高于下端D的电势,出现由C指向D的静电场,此时电场对自由电子的作用力是向上,与洛伦兹力方向相反,当二力互相平衡时，两端便产生一个稳定的电势差。,L,D,C,推导动生电动势大小的表达式,V,F电,F洛,可见,运动的导体CD就是一个电源,C为正极,自由电子受到洛伦兹力的作用,从端搬到端；也可以看作是正电荷受洛伦兹力的作用从端搬运到端这里洛伦兹力就相当于电源中的非静电力,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,于是动生电动势就是,与法拉第电磁感应定律得到的结果一致.,1.导体棒中自由电荷受到的洛伦兹力沿

6、什么方向？,2.导体棒一直运动下去，自由电荷是否也会沿着导体棒一直运动下去？洛伦兹力做功吗？,-,自由电荷不会一直运动下去。当电场力等于洛伦兹力f1时，自由电荷不再定向运动。同时f2消失,电动势稳定。,3.导体棒的哪端电势比较高？,-,导体棒就是电源，如果外接用电器，则电流将从C端外流出，即C端电势高。,4.如果外接用电器，导体棒中电流即电源内部电流(即电动势的方向）是沿什么方向的？,由D指向C的。,5.导体棒接用电器后，要继续做匀速运动时还需要外力推动吗？,受向左的安培力作用，需要外力。,洛伦兹力不做功，不提供能量，只是起传递能量的作用。f1扮演了非静电力，做了多少功，就转化出了多少电能。,

7、6.能量是怎样转化的呢？,注：f2宏观表现为安培力，克服安培力做了多少功，就知道产生了多少电能。,与动生电动势有关的电磁感应现象中，通过克服安培力做功，把机械能或其他形式的能转化为电能克服安培力做多少功，就产生多少电能若电路是纯电阻电路，转化过来的电能将全部转化为电阻的内能,动生电动势,感生电动势,特点,磁场不变，闭合电路的整体或局部在磁场中运动导致回路中磁通量变化,闭合回路的任何部分都不动，空间磁场变化导致回路中磁通量变化,原因,由于S变化引起回路中变化,非静电力是洛仑兹力的分力，由洛仑兹力对运动电荷作用而产生电动势,变化磁场在它周围空间激发感生电场，非静电力是感生电场力，由感生电场力对电荷

8、做功而产生电动势,方向,的来源非静电力,楞次定律,楞次定律或右手定则,课堂总结,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,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,（1）a 1.5V,（2

9、）0.1N,（3）0.1J 0.1J,例1：如图，水平面上有两根相距0.5m的足够长的平行金属导轨MN和PQ，它们的电阻可忽略不计，在M和 P之间接有阻值为R 3.0的定值电阻，导体棒ab长L=0.5m，其电阻为r 1.0，与导轨接触良好.整个装置处于方向竖直向上的匀强磁场中，B0.4T。现使ab以v10ms的速度向右做匀速运动。（1）a b哪点电势高?a b两点间的电压多大？（2）维持a b做匀速运动的外力多大？（3）a b向右运动1m的过程中，外力做的功是多少？电路中产生的热量是多少？,例2：如图所示，竖直向上的匀强磁场，磁感应强度B=0.5T，并且以B/t=0.1T/S在变化.水平轨道电

10、阻不计，且不计摩擦阻力，宽d=0.5m的导轨上放一电阻R0=0.1的导体棒，并用水平线通过定滑轮吊着质量为M=0.2kg的重物，轨道左端连接的电阻R=0.4，图中的L=0.8m，求至少经过多长时间才能吊起重物。,495S,例1、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,例2、光滑金属导轨L=0.4 m,电阻不计,均匀变化的磁场穿过整个导轨平面,如图甲.磁场的磁感应强度随时间变化的情况如图乙.金属棒ab的电阻为1,自t=0时刻

11、开始从导轨最左端以v=1 m/s的速度向右匀速运动,则()A.1 s末回路中电动势为0.8 VB.1 s末回路中电动势为1.6 V C.1 s末ab棒所受磁场力为0.64 N D.1 s末ab棒所受磁场力为1.28 N,甲,乙,例3、棒L=0.4 m,金属棒ab的电阻为1，B随t变化关系如图乙,自t=0开始从导轨最左以v=1 m/s右匀速运动,A.1 s末回路中电动势为0.8 V B.1 s末回路中电动势为1.6 V C.1 s末ab棒所受磁场力为0.64 N D.1 s末ab棒所受磁场力为1.28 N,甲,乙,（1）本题感应电动势是动生还是感生？,（2）动生电动势的大小如何求解？,（3）感生

12、电动势的大小如何求解？,（4）两种电动势在这里是相互加强还是消弱？,E1BLV,E=E1+E2,如图所示的是一水平放置的玻璃圆环形小槽，槽内光滑，槽宽度和深度处处相同，现将一直径略小于槽宽的带正电小球放在槽中，让它获得一初速度v0，与此同时，有一变化的磁场竖直向下穿过玻璃环形小槽外径所对应的圆面积，磁感应强度的大小跟时间成正比增大，设小球在运动过程中所带电荷量不变，则()A小球受到的向心力大小不变B小球受到的向心力大小不断增加C洛伦兹力对小球做了功D小球受到的洛伦兹力大小与时间成正比,如图所示，两根平行金属导轨固定在水平桌面上，每根导轨每米的电阻为r00.10，导轨的端点P、Q用电阻可忽略的导

13、线相连，两导轨间的距离l0.20 m有随时间变化的磁场垂直于桌面向下，已知磁感应强度B与时间t的关系为Bkt，比例系数k0.020 T/s.一电阻不计的金属杆可在导轨上无摩擦地滑动，在滑动过程中保持与导轨垂直，在t0时刻，金属杆紧靠P、Q端，在外力作用下，杆以恒定的加速度a1 m/s2从静止开始向导轨的另一端滑动，求在t0.6 s时金属杆所受的安培力,FBIlktIl1.44104 N由左手定则知方向向右答案：1.44104 N，方向向右,如图所示，水平放置的两条光滑轨道上有可自由移动的金属棒PQ、MN，当PQ在外力作用下运动时，MN在磁场力作用下向右运动，则PQ所做的运动可能是()A向右加速运动B向左加速运动C向右减速运动D向左减速运动,解析：答案：BC,