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1、 4.5 電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1知道感生電場(chǎng)2知道感生電動(dòng)勢(shì)和動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的區(qū)別與聯(lián)系3會(huì)利用公式進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算【要點(diǎn)導(dǎo)學(xué)】1.什么是電源?什么是電動(dòng)勢(shì)?2.如果電源移送電荷q時(shí)非靜電力所做的功為W,那么電源的電動(dòng)勢(shì)E=_。3.在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中,要產(chǎn)生電流,必須有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。這種情況下,哪一種作用扮演了非靜電力的角色呢? 一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的感生電動(dòng)勢(shì) 穿過(guò)閉合回路的磁場(chǎng)增強(qiáng),在回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流。是什么力充當(dāng)非靜電力使得自由電荷發(fā)生定向運(yùn)動(dòng)呢? 英國(guó)物理學(xué)家麥克斯韋認(rèn)為,磁場(chǎng)變化時(shí)在空間激發(fā)出一種電場(chǎng),這種電場(chǎng)對(duì)自由電荷產(chǎn)生了力的作用,使自由電荷運(yùn)動(dòng)起來(lái),形成了電流,或者說(shuō)產(chǎn)生了
2、電動(dòng)勢(shì)。感生電場(chǎng)_感生電動(dòng)勢(shì)_例題:現(xiàn)代科學(xué)研究中常要用到高速電子,電子感應(yīng)加速器就是利用感生電場(chǎng)使電子加速的設(shè)備。它的基本原理如圖4-5-2所示,上、下為電磁鐵的兩個(gè)磁極,磁極之間有一個(gè)環(huán)形真空室,電子在真空室中做圓周運(yùn)動(dòng)。電磁鐵線圈電流的大小、方向可以變化,產(chǎn)生的感生電場(chǎng)使電子加速。上圖為側(cè)視圖,下圖為真空室的俯視圖,如果從上向下看,電子沿逆時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)動(dòng),那么當(dāng)電磁鐵線圈電流的方向與圖示方向一致時(shí),電流的大小應(yīng)該怎樣變化才能使電子加速?如果電流的方向與圖示方向相反,為使電子加速,電流又應(yīng)怎樣變化? 分析: 二、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的洛倫茲力 如圖4-5-3,導(dǎo)體棒CD在均勻磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)。1、自由電
3、荷會(huì)隨著導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng),并因此受到洛倫茲力。導(dǎo)體中自由電荷的合運(yùn)動(dòng)在空間大致沿什么方向?(為了方便,可以認(rèn)為導(dǎo)體中的自由電荷是正電荷)2、導(dǎo)體棒一直運(yùn)動(dòng)下去,自由電荷是否也會(huì)沿著導(dǎo)體棒一直運(yùn)動(dòng)下去?為什么?3、導(dǎo)體棒的哪端電勢(shì)比較高?4、如果用導(dǎo)線把C、D兩端連到磁場(chǎng)外的一個(gè)用電器上,導(dǎo)體棒中電流是沿什么方向的?分析:動(dòng)生電動(dòng)勢(shì):_如圖4-5- 4所示,導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生感應(yīng)電流,試分析電路中的能量轉(zhuǎn)化情況?!镜湫屠}】【例1】 如圖4-5-5所示,一個(gè)閉合電路靜止于磁場(chǎng)中,由于磁場(chǎng)強(qiáng)弱的變化,而使電路中產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),下列說(shuō)法中正確的是( )A磁場(chǎng)變化時(shí),會(huì)在在空間中激發(fā)一種電場(chǎng)B使電荷定向
4、移動(dòng)形成電流的力是磁場(chǎng)力C使電荷定向移動(dòng)形成電流的力是電場(chǎng)力D以上說(shuō)法都不對(duì)【例2】如圖4-5-6所示,導(dǎo)體AB在做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí),將產(chǎn)生一個(gè)電動(dòng)勢(shì),因而在電路中有電流通過(guò),下列說(shuō)法中正確的是( )A因?qū)w運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)稱為動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)B動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生與洛侖茲力有關(guān)C動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生與電場(chǎng)力有關(guān)D動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的原因是一樣的lRBab【例3】如圖所示,豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)在初始時(shí)刻的磁感應(yīng)強(qiáng)度B0=0.5T,并且以=1T/s在增加,水平導(dǎo)軌的電阻和摩擦阻力均不計(jì),導(dǎo)軌寬為0.5m,左端所接電阻R= 0.4。在導(dǎo)軌上l=1.0m處的右端擱一金屬棒ab,其電阻R0=0.1,并用
5、水平細(xì)繩通過(guò)定滑輪吊著質(zhì)量為M = 2kg 的重物,欲將重物吊起,問(wèn):(1)感應(yīng)電流的方向(請(qǐng)將電流方向標(biāo)在本題圖上)以及感應(yīng)電流的大??;(2)經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間能吊起重物。 檢測(cè)題1.關(guān)于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小的下列說(shuō)法中,正確的是( )A線圈中磁通量變化越大,線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一定越大B線圈中磁通量越大,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一定越大C線圈放在磁感強(qiáng)度越強(qiáng)的地方,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一定越大D線圈中磁通量變化越快,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大2.一個(gè)帶正電的粒子在垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng),當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻增大時(shí),此粒子的動(dòng)能將( )A不變 B增加 C減少 D以上情況都可能 3.穿過(guò)一個(gè)電阻為l 的單匝閉合線圈
6、的磁通量始終是每秒鐘均勻地減少2 Wb,( )A線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一定是每秒減少2 V B線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一定是2 VC線圈中的感應(yīng)電流一定是每秒減少2 AD線圈中的感應(yīng)電流一定是2 A4.如圖4-5-8所示,A、B為大小、形狀均相同且內(nèi)壁光滑,但用不同材料制成的圓管,豎直固定在相同高度兩個(gè)相同的磁性小球,同時(shí)從A、B管上端的管口無(wú)初速釋放,穿過(guò)A管的小球比穿過(guò)B管的小球先落到地面下面對(duì)于兩管的描述中可能正確的是( )AA管是用塑料制成的,B管是用銅制成的BA管是用鋁制成的,B管是用膠木制成的CA管是用膠木制成的,B管是用塑料制成的DA管是用膠木制成的,B管是用鋁制成的5.在垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的
7、平面內(nèi),固定著同種導(dǎo)線制成的同心金屬圓環(huán)A、B,環(huán)半徑為RB=2RA。當(dāng)磁場(chǎng)隨時(shí)間均勻變化時(shí),兩環(huán)中感應(yīng)電流IA:IB為( )A.1:2 B.2:1 C.1:4 D.4:16.在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一接有電容器的回路,已知C=30F,L1=5cm,L2=8cm,磁場(chǎng)以5×10-2T/s的速率增強(qiáng),則電容器上板帶( )A、正電,帶電量為2×10-9CB、正電,帶電量為6×10-9CC、負(fù)電,帶電量為4×10-9CD、負(fù)電,帶電量為6×10-9C7如圖4-5-10所示,相距為L(zhǎng),在足夠長(zhǎng)度的兩條光滑平行導(dǎo)軌上,平行放置著質(zhì)量和電阻均相同的兩根滑桿ab和cd
8、,導(dǎo)軌的電阻不計(jì),磁感強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的方向垂直于導(dǎo)軌平面豎直向下,開始時(shí),ab和cd都處于靜止?fàn)顟B(tài),現(xiàn)ab桿上作用一個(gè)水平方向的恒力F,下列說(shuō)法中正確的是( ) Acd向左運(yùn)動(dòng) Bcd向右運(yùn)動(dòng)Cab和cd均先做變加速運(yùn)動(dòng),后作勻速運(yùn)動(dòng)Dab和cd均先做變加速運(yùn)動(dòng),后作勻加速運(yùn)動(dòng)8如圖4-5-11所示,在物理實(shí)驗(yàn)中,常用“沖擊式電流計(jì)”來(lái)測(cè)定通過(guò)某閉合電路的電荷量探測(cè)器線圈和沖擊電流計(jì)串聯(lián)后,又能測(cè)定磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度已知線圈匝數(shù)為n,面積為S,線圈與沖擊電流計(jì)組成的回路電阻為R,把線圈放在被測(cè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,開始時(shí)線圈與磁場(chǎng)方向垂直,現(xiàn)將線圈翻轉(zhuǎn)180°,沖擊式電流計(jì)測(cè)出通過(guò)線圈的電荷
9、量為q,由此可知,被測(cè)磁場(chǎng)的磁磁感應(yīng)強(qiáng)度B=_9如圖4-5-12,所示,面積為0.2 m2的100匝線圈處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)方向垂直于線圈平面,已知磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化的規(guī)律為B=(2+0.2t)T,定值電阻R1=6,線圈電阻R2=4,求:(1)磁通量變化率,回路的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì);(2)a、b兩點(diǎn)間電壓Uab10.在寬為0.5m的平行導(dǎo)軌上垂直導(dǎo)軌放置一個(gè)有效電阻為r=0.6的直導(dǎo)體,在導(dǎo)軌的兩端分別連接兩個(gè)電阻R1=4、R2=6,其它電阻不計(jì)。整個(gè)裝置處在垂直導(dǎo)軌向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,如圖4-5-13所示,磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.1T。當(dāng)直導(dǎo)體在導(dǎo)軌上以v=6m/s的速度向右運(yùn)動(dòng)時(shí), 求:直導(dǎo)體棒兩端的電壓和流過(guò)電阻R1和R2的電流大小。 R1× × × ×× × × ×× × × R2V圖4-5-1311.如圖4-5-14所示,長(zhǎng)L1寬L2的矩形線圈電阻為R,處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)邊緣,線圈與磁感線垂直求:將線圈以向右的速度v勻速拉出磁場(chǎng)的過(guò)程中,拉力F的大小拉力的功率P拉力做的功W線圈中產(chǎn)生的電熱Q通過(guò)線圈某一截面的電荷量q【思考題】(選做)12. 如圖所示,光滑導(dǎo)軌寬0.4 m,ab金屬棒長(zhǎng)0.5m,均
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