1、人教版选修3-2 第5节 电磁感应现象的两类情况 第四章 电磁感应1了解感生电场，知道感生电动势产生的原因，会判断感生电动势的方向，并会计算它的大小。2了解动生电动势的产生以及与洛伦兹力的关系。会判断动生电动势的方向，并会计算它的大小。3了解电磁感应规律的一般应用，会联系科技实例进行分析。1磁场变化时在空间激发出电场，叫做感生电场，此时磁场中的闭合导体回路中会产生感应电流，回路中感生电场对自由电荷的作用即为电源内部非静电力对自由电荷的作用。2由感生电场产生的感应电动势叫做感生电动势，感生电场的方向可根据楞次定律来判定。3导体切割磁感线时会产生动生电动势，此时导体相当于电源，电源内部的非静电力与
2、洛伦兹力有关。01课前自主学习一、电磁感应现象中的感生电场1感生电场磁场时在空间激发的一种电场。2感生电动势由产生的感应电动势。3感生电动势中的非静电力对自由电荷的作用。1 变化2 感生电场3 感生电场判一判(1)如果空间不存在闭合电路，变化的磁场周围不会产生感生电场。()提示：麦克斯韦认为，磁场的变化在空间激发一种电场，这种电场与是否存在闭合电路无关。(2)处于变化磁场中的导体，其内部自由电荷定向移动，是由于受到感生电场的作用。()提示：闭合电路此刻处于这种电场中，导体中的自由电荷将发生定向移动，产生感应电流，或者说导体中产生感应电动势，其非静电力就是这种感生电场对自由电荷的作用力。(3)感
3、生电场就是感应电动势。()提示：感应电动势是导体中产生的，感生电场是一种物质。它们不是一个物理概念。二、电磁感应现象中的洛伦兹力1成因导体棒做切割磁感线运动时，导体棒中的随导体棒一起定向运动，并因此受到洛伦兹力。2动生电动势由于而产生的感应电动势。3动生电动势中的非静电力与有关。1 自由电荷2 导体运动3 洛伦兹力想一想若导体棒垂直磁场一直运动下去，自由电荷是否也会沿着导体棒一直运动下去？为什么？提示：不会。若导体棒一直运动下去，当导体棒内部自由电荷在电场中所受电场力与洛伦兹力相等时，自由电荷将不再定向运动。02 课堂合作探究考点 感生电动势的来源分析1感生电场19 世纪 60 年代，英国物理
4、学家麦克斯韦在他的电磁场理论中指出：变化的磁场能在周围空间激发电场，我们把这种电场叫感生电场。2感生电动势如图所示，当磁场变化时，产生的感生电场的电场线是与磁场方向垂直的曲线。如果空间存在闭合导体，导体中的自由电荷就会在感生电场的作用下做定向运动，产生感应电流，或者说导体中产生了感应电动势。这种由感生电场产生的感应电动势也叫感生电动势。在这种情况下，感生电场提供了使电荷运动的非静电力。3感生电场的应用电子感应加速器是应用感生电场对电子的作用来加速电子的一种装置，主要用于核反应研究。4感生电场的方向闭合环形回路(可假定存在)的电流方向就表示感生电场的电场方向。感生电场是否存在仅取决于有无变化的磁
5、场，与是否存在导体及是否存在闭合回路无关，尽管如此，我们要判定感生电场的方向还要依据实际存在的或假定存在的回路结合楞次定律和安培定则来进行。例 1(多选)某空间出现了如图所示的一组闭合的电场线，这可能是()A沿 AB 方向磁场的迅速减弱B沿 AB 方向磁场的迅速增强C沿 BA 方向磁场的迅速增强D沿 BA 方向磁场的迅速减弱1.楞次定律的内容？2感生电场的方向，就是(假想)感应电流的方向，由此可判断出感生磁场的方向，依据楞次定律可判断原磁场的变化情况：增强，减弱。提示：楞次定律的内容是感应电流的磁场总是阻碍引起这个感应电流的磁通量的变化。解析 假设存在圆形闭合回路，回路中应产生与电场同向的感应
6、电流，由安培定则，感应电流的磁场向下，所以根据楞次定律，引起感应电流的应是方向向下的磁场迅速减弱或方向向上的磁场迅速增强，故 A、C 正确。由感生电场判断磁场变化的两种情况磁场变化产生感生电场时，若已知感生电场的方向判断磁场变化，通常有两种情况，一种情况下磁场在增强，另一种情况下，磁场在减弱，注意不要漏解。变式训练1(多选)在空间某处存在一变化的磁场，则()A在磁场中放一闭合线圈，线圈中一定会产生感应电流B在磁场中放一闭合线圈，线圈中不一定产生感应电流C在磁场中不放闭合线圈，在变化的磁场周围一定不会产生电场D在磁场中不放闭合线圈，在变化的磁场周围一定会产生电场解析 根据感应电流的产生条件，只有
7、穿过闭合线圈的磁通量发生变化，线圈中才产生感应电流，A 错误，B 正确；变化的磁场产生感生电场，与是否存在闭合线圈无关，C 错误，D 正确。考点 动生电动势的来源分析导体切割磁感线时感应电动势的成因(1)如图甲所示，导体棒向右做切割磁感线运动时，自由电荷(假设为正电荷)随棒运动，并因此受到洛伦兹力。(2)自由电荷一方面随导体棒以 v 向右运动。另一方面因受到洛伦兹力而沿导体棒向上运动，其合运动大致沿右上方，根据左手定则，自由电荷所受洛伦兹力的方向垂直于其合运动方向指向左上方。洛伦兹力沿棒方向的分力驱动自由电荷沿棒方向定向移动。如图乙所示。(3)自由电荷沿导体棒向上运动时，导体棒上端出现过剩的正
8、电荷，下端出现过剩的负电荷，并在棒中出现由上端指向下端的静电场，使电荷受到向下的静电力，随着电荷的积累，场强增加，当作用到自由电荷上的静电力与洛伦兹力沿导体棒方向的分力互相平衡时，自由电荷停止定向移动，导体棒两端产生一个稳定的电势差，即为导体两端产生的感应电动势。这种由于导体运动而产生的感应电动势叫动生电动势。例 2 如图所示，ab 为一金属杆，它处在垂直于纸面向里的匀强磁场中，可绕 a 点在纸面内转动；s 为以 a 为圆心位于纸面内的金属圆环；在杆转动过程中，杆的 b 端与金属环保持良好接触；A 为电流表，其一端与金属环相连，一端与 a 点良好接触，当杆沿顺时针方向转动时，某时刻 ab 杆的
9、位置如图，则此时刻()A有电流通过电流表，方向由 cd；作用于 ab 杆的安培力向右B有电流通过电流表，方向由 cd；作用于 ab 杆的安培力向左C有电流通过电流表，方向由 dc；作用于 ab 杆的安培力向右D无电流通过电流表，作用于 ab 杆的安培力为零1.怎样判断感应电流的方向？2怎样判断安培力的方向？提示：用楞次定律或右手定则判断。提示：用左手定则判断。解析 ab 杆切割磁感线，回路中产生感应电流，由右手定则可判知，ab 杆中感应电流方向 ab，所以电流表中感应电流的方向由 cd。再根据左手定则，ab 杆所受安培力向右，A 项正确。动生电动势相关问题的要点(1)明确切割磁感线的导体相当于
10、电源，明确公式 EBlv 中 B、l、v 三者应互相垂直，明确回路中的内、外电路。(2)用右手定则确定动生电动势的方向。在电源(导体)内部，电流由负极(低电势)流向正极(高电势)，在外部由正极流向负极。(3)画出等效电路图。4运用闭合电路欧姆定律，串、并联电路的规律等有关知识解决相关问题。变式训练2 如图所示，两个端面半径同为 R 的圆柱形铁芯同轴水平放置，相对的端面之间有一缝隙，铁芯上绕导线并与电源连接，在缝隙中形成一匀强磁场。一铜质细直棒 ab 水平置于缝隙中，且与圆柱轴线等高、垂直。让铜棒从静止开始自由下落，铜棒下落距离为 0.2R 时铜棒中电动势大小为 E1，下落距离为 0.8R 时电
11、动势大小为 E2，忽略涡流损耗和边缘效应。关于 E1、E2 的大小和铜棒离开磁场前两端的极性，下列判断正确的是()AE1E2，a 端为正极BE1E2，b 端为正极CE1E2，a 端为正极DE1v2。双杆反向：EBl(v1v2)。例 如图所示，两根足够长的光滑平行金属导轨 MN、PQ 间距为 l0.5 m，其电阻不计，两导轨及其构成的平面均与水平面成 30角。完全相同的两金属棒 ab、cd 分别垂直导轨放置，每棒两端都与导轨始终有良好接触。已知两棒质量均为 m0.02 kg，电阻均为 R0.1，整个装置处在垂直于导轨平面向上的匀强磁场中，磁感应强度 B0.2 T，棒 ab 在平行于导轨向上的力
12、F 作用下，沿导轨向上匀速运动，而棒 cd 恰好能够保持静止。取 g10 m/s2，求：(1)通过棒 cd 的电流 I 是多少，方向如何？(2)棒 ab 受到的力 F 多大？(3)棒 cd 每产生 Q0.1 J 的热量，力 F 做的功 W 是多少？答案(1)1 A，棒 cd 中的电流方向由 d 至 c(2)0.2 N(3)0.4 J解析(1)棒 cd 受到的安培力为FcdBIl棒 cd 在共点力作用下平衡，则Fcdmgsin30由式代入数值得：I1 A根据楞次定律可知，棒 cd 中电流方向由 d 至 c。(2)棒 ab 与棒 cd 受到的安培力大小相等，FabFcd对棒 ab，由共点力平衡条件得：Fmgsin30BIl代入数据解得：F0.2 N。(3)设在时间 t 内棒 cd 产生 Q0.1 J 的热量，由焦耳定律知QI2Rt设棒 ab 匀速运动的速度大小为 v，其产生的感应电动势 EBlv由闭合电路欧姆定律可知 I E2R根据运动学公式可知，在时间 t 内，棒 ab 沿导轨的位移xvt则力 F 做的功 WFx联立式，代入数值解得：W0.4 J。分析双杆问题要注意双杆之间的制约关系，即“动杆”和“被动杆”之间的关系，两杆最终的状态的确定是分析该类问题的关键，还应注意与动量结合问题。03课后课时精练