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2022年高中物理《電磁感應現(xiàn)象的兩類情況》學案 新人教版選修3-2

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1、2022年高中物理《電磁感應現(xiàn)象的兩類情況》學案 新人教版選修3-2 自主體驗 一、電磁感應現(xiàn)象中的感生電場 1.電磁場理論與感生電場:(1)電磁場理論:變化的電場周圍產(chǎn)生磁場,變化的磁場周圍產(chǎn)生電場.由19世紀60年代的__________提出. (2)感生電場:變化的磁場周圍所產(chǎn)生的電場. 2.感應電動勢:(1)感應電動勢:感生電場中的導體正是在___________的作用下,自由電荷發(fā)生定向移動,形成_____或___________. (2)非靜電力就是_________對自由電荷的作用. 二、電磁感應現(xiàn)象中的洛倫茲力 1.動生電動勢:導

2、體在磁場中___________運動時產(chǎn)生的電動勢. 2.產(chǎn)生原因:由于導體中的自由電子受到_________作用引起的,使自由電荷做定向移動的非靜電力是_________. 3.切割導體的特點:運動的導體是_____,所在的電路是___電路. 知識探究 一、感生電動勢 1.產(chǎn)生機理:如圖所示,當磁場變化時,產(chǎn)生的感生電場的電場線是與磁場方向垂直的曲線.如果空間存在閉合導體,導體中的自由電荷就會在電場力的作用下定向移動,而產(chǎn)生感應電流,或者說導體中產(chǎn)生了感應電動勢. 2.特點:(1)感生電場是一種渦旋電場,電場線是閉合的. (2)感生電場的產(chǎn)生跟空間中是否存在閉合電路無關

3、. 3.方向判定:感生電場的方向根據(jù)閉合電路(或假想的閉合電路)中感應電流的方向確定,即利用楞次定律判斷. 二、動生電動勢 1.產(chǎn)生機理:一段導體在做切割磁感線運動時,導體內(nèi)自由電荷隨導體在磁場中運動,則必受洛倫茲力,自由電荷在洛倫茲力作用下產(chǎn)生定向移動,這樣自由電荷在導體兩端聚集,從而使導體兩端產(chǎn)生電勢差,這就是動生電動勢,此時若電路閉合,則電路中產(chǎn)生感應電流. 說明:(1)當電路不閉合時,切割磁感線的導體兩端積聚電荷,則在導體內(nèi)產(chǎn)生附加電場,電荷在受洛倫茲力的同時也受電場力作用. (2)電動勢的產(chǎn)生與電路是否閉合無關. 2.方向判定:動生電動勢的方向用右手定則來判定,即“四指”

4、指電動勢的方向. 3.對動生電動勢中電荷所受洛倫茲力的理解:(1)運動導體中的自由電子, 不僅隨導體以速度v運動,而且還沿導體以速度u做定向移動,如圖所示.因此, 導體中的電子的合速度v合等于v和u的矢量和,所以電子受到的洛倫茲力為 F合=ev合B,F(xiàn)合與合速度v合 垂直. (2)從做功角度分析,由于F合與v合垂直,它對電子不做功,更具體地說, F合的一個分量是F1=evB,這個分力做功,產(chǎn)生動生電動勢.F合的另一個分 量是F2=euB,阻礙導體運動做負功.可以證明兩個分力F1和F2所做的功的 代數(shù)和為零.結果仍然是洛倫茲力并不提供能量,而只是起傳遞能量的作用,即 外力克服洛

5、倫茲力的一個分力F2所做的功通過另一個分力F1轉化為能量. .4-5-1. 典例剖析 題型一:感應電場方向的判斷 【例1】如圖1所示,內(nèi)壁光滑、水平放置的玻璃圓環(huán)內(nèi),有一直徑略小于圓環(huán)直徑的帶正電的小球,以速率v0沿逆時針方向勻速轉動,若在此空間突然加上方向豎直向上、磁感應強度B隨時間成正比例增加的變化磁場.設運動 總結反思 過程中小球帶電荷量不變,那么(  ) A.小球對玻璃圓環(huán)的壓力一定不斷增大 B.小球所受的磁場力一定不斷增大 圖1 C.小球先沿逆時針方向減速運動,之后沿順時針方向加速運動 D

6、.磁場力對小球一直不做功 題型二:感生電動勢的計算 【例2】如圖2所示,L1=0.5 m,L2=0.8 m,回路總電阻為R=0.2 Ω,M=0.04 kg,導軌光滑,開始時磁場B0=1 T.現(xiàn)使磁感應強度以ΔB/Δt=0.2 T/s的變化率均勻地增大,試求:當t為多少時,M剛離開地面?(g取10 m/s2) 圖2 A變式訓練1:如圖3所示的勻強磁場中,有兩根相距20 cm固定的平行金屬光滑導軌MN和PQ.磁場方向垂直于MN、P

7、Q所在平面.導軌上放置著ab、cd兩根平行的可動金屬細棒.在兩棒中點OO′之間拴一根40 cm長的細繩,繩長保持不變.設磁感應強度B以1.0 T/s的變化率均勻減小,abdc回路的電阻為0.50 Ω.求:當B減小到10 T時,兩可動邊所受磁場力和abdc回路消耗的功率. 圖3 題型三:動生電動勢的計算 【例3】如圖所示,三角形金屬框架MON平面與勻強磁場B垂直, 導體ab能緊貼金屬框架運動,且始終與導軌ON垂直.當導體ab從O點開始勻速

8、向右平動時,速度為v0,試求bOc回路中某時刻的感應電動勢隨時間變化的函數(shù)關系式. 變式訓練2: 如圖所示,金屬桿ab以恒定的速率v在光滑平行導軌上向右滑行,設整個電路中總電阻為R(恒定不變),整個裝置置于垂直紙面向里的勻強磁場中,下列敘述正確的是(  ) A.a(chǎn)b桿中的電流與速率v成正比 B.磁場作用于ab桿的安培力與速率v成正比 C.電阻R上產(chǎn)生的電熱功率與速率v的平方成正比 D.外力對ab桿做功的功率與速率v的平方成正比 題型四:電磁感應的圖象問題 A【例4】如圖右甲所示,矩形導線框abcd固定在勻強磁場中,磁 感線的方向與導線框所在平面垂直.規(guī)定磁場的正方向

9、垂直紙面向里, 磁應強度B隨時間變化的規(guī)律如圖乙所示,若規(guī)定順時針方向為感應 電流i的正方向,下列i-t圖中正確的是(  ) .4-5-2. 變式訓練3:如圖所示,等腰三角形內(nèi)分布有垂直于紙面向外的勻強磁場,它的底邊在x軸上且長為2L,高為L,紙面內(nèi)一邊長為L的正方形導線框沿x軸正方向做勻速直線運動穿過勻強磁場區(qū)域,在t=0時刻恰好位于圖4-5-12所示的位置,以順時針方向為導線框中電流的正方向,在圖4-5-13中,能夠正確表示導線框的電流—位移(I-x)關系的是(  ) 課堂練習 1

10、.下列說法中正確的是(  ) A.感生電場是由變化的磁場產(chǎn)生 B.恒定的磁場也能在周圍空間產(chǎn)生感生電場 C.感生電場的方向也同樣可以用楞次定律和右手螺旋定則來判定 D.感生電場的電場線是閉合曲線,其方向一定是沿逆時針方向 2.如圖所示,在豎直向下的勻強磁場中,將一水平放置的金屬棒ab以水平速度v拋出,且棒與磁場垂直,設棒在落下的過程中方向不變且不計空氣阻力,則金屬棒在運動的過程中產(chǎn)生的感應電動勢大小變化情況是(  ) A.越來越大 B.越來越小 C.保持不變 D.無法判斷 課后練習 1.某空間出現(xiàn)了如圖1所示的一組閉合電 場線,方向從上向下看是順時針的,這

11、可能 是(  ) A.沿AB方向磁場在迅速減弱 B.沿AB方向磁場在迅速增強 C.沿BA方向磁場在迅速增強 D.沿BA方向磁場在迅速減弱 圖1 圖2 2.如圖2所示,一金屬半圓環(huán)置于勻強磁場中,當磁場突然減弱時,則兩端點的電勢(  ) A.N點電勢高 B.M點電勢高 C.若磁場不變,將半圓環(huán)繞MN軸旋轉180°的過程中,N點電勢高 D.若磁場不變,將半圓環(huán)繞MN軸旋轉180°的過程中,M點電勢高 A3.在豎直向上的勻強磁場中,水平放置一個不變形的單匝金屬圓

12、線圈,規(guī)定線圈中感應電流的正方向如圖3甲所示,當磁場的磁感應強度B隨時間t發(fā)生如圖乙所示變化時,下圖中正確表示線圈中感應電動勢E變化的是(  ) 圖3 .4-5-3. 總結反思 4.如圖4所示,導體AB在做切割磁感線運動時,將產(chǎn)生一個感應電動勢,因而在電路中有電流通過,下列說法中正確的是(  ) A.因導體運動而產(chǎn)生的感應電動勢稱為動生電動勢 B.動生電動勢的產(chǎn)生與洛倫茲力有關 C.動生電動勢的產(chǎn)生與電場力有關 D.動生電動勢和感生電動勢

13、產(chǎn)生的原因是一樣的 A5.光滑曲面與豎直平面的交線是拋物線,如圖5所示,拋物線的方程 圖4 為y=x2,其下半部處在一個水平方向的勻強磁場中,磁場的上邊界是y=a 的直線(圖中的虛線所示),一個質量為m的小金屬塊從拋物線y=b(b>a)處 以速度v沿拋物線下滑,假設拋物線足夠長,則金屬塊在曲面上滑動的過程 中產(chǎn)生的焦耳熱總量是(  ) A.mgb B.mv2 C.mg(b-a) D.mg(b-a)+mv2

14、 圖5 6.如圖6所示,將勻強磁場中的線圈(正方形,邊長為L)以不同的速 度v1和v2勻速拉出磁場,線圈電阻為R,那么兩次拉出過程中,外力做功 之比W1∶W2=________.外力做功功率之比P1∶P2=________. 7.如圖所示,長為L=0.2 m、電阻為r=0.3 Ω、質量為m=0.1 kg的金屬棒CD垂直放在位于水平面上的兩條平行光滑金屬導軌上,兩導軌間距也為L,棒與導軌接觸良好,導軌電阻不計,導軌左端接有R=0.5 Ω的電阻,量程為0~3.0 A的電流表串聯(lián)在一條導軌上,量程為0~1.0 V的電壓表接在電阻R的兩端,垂直導軌平面的勻強磁場向下穿過平面.現(xiàn)以向右恒定的外力F使金屬棒右移,當金屬棒以v=2 m/s的速度在導軌平面上勻速滑動時,觀察到電路中的一個電表正好滿偏,而另一電表未滿偏.問: (1)此時滿偏的電表是什么表?說明理由. (2)拉動金屬棒的外力F有多大? (3)導軌處的磁感應強度多大?

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