1、第四章 电磁感应 5 电磁感应现象的两类情况 学习目标 1.知道感生电动势、动生电动势的概念及产生原因 2.会用楞次定律判断感生电场的方向，用左手定则判断洛伦兹力的方向(重点)3.知道电磁感应现象遵守能量守恒定律 4.与力学、电路相结合的电磁感应综合问题(难点)自 主 预 习 探 新 知 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4感生电场的方向：与所产生的感应电流的方向相同，可根据和判断变化右手螺旋定则楞次定律感生电场感生电场二、电磁感应现象中的洛伦兹力 1动生电动势：由于导体做运动而产生的感
2、应电动势2动生电动势中的“非静电力”：自由电荷因随导体棒运动而受到，非静电力与有关3动生电动势中的功能关系：闭合回路中，导体棒做切割磁感线运动时，克服力做功，其他形式的能转化为切割磁感线电能安培洛伦兹力洛伦兹力1思考判断(正确的打“”，错误的打“”)(1)磁场可以对电荷做功 ()(2)感生电场可以对电荷做功()(3)磁场越强，磁场变化时产生的感生电场越强()(4)动生电动势产生的原因是导体内部的自由电荷受到洛伦兹力的作用 ()(5)产生动生电动势时，洛伦兹力对自由电荷做了功()2在如图所示的四种磁场变化情况中能产生恒定的感生电场的是()A B C DC 变化的磁场产生电场，均匀变化的磁场产生恒
3、定的电场，故选C.3(多选)如图所示，导体AB在做切割磁感线运动时，将产生一个感应电动势，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伦兹力有关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 根据动生电动势的定义，A项正确；动生电动势中的非静电力与洛伦兹力有关，感生电动势中的非静电力与感生电场有关，B项正确，C、D项错误合 作 探 究 攻 重 难 1.感生电场是一种涡旋电场，电场线是闭合的2感生电场的方向可由楞次定律判断如图所示，当磁场增强时，产生的感生电场是与磁场方向垂直且阻碍磁场增强的电场对感
4、生电场和感生电动势的理解3感生电场的存在与是否存在闭合电路无关4电路中电源电动势是非静电力对自由电荷的作用在电池中，这种力表现为化学作用5感生电场对电荷产生的力，相当于电源内部的所谓的非静电力感生电动势在电路中的作用就是电源【例1】某空间出现了如图所示的一组闭合电场线，方向从上向下看是顺时针的，这可能是()A沿AB方向磁场在迅速减弱B沿AB方向磁场在迅速增强C沿BA方向磁场恒定不变D沿BA方向磁场在迅速减弱A 感生电场的方向从上向下看是顺时针的，假设在平行感生电场的方向上有闭合回路，则回路中的感应电流方向从上向下看也是顺时针的，由右手螺旋定则可知，感应电流的磁场方向向下，根据楞次定律可知，原磁
5、场有两种可能：原磁场方向向下且沿AB方向减弱，或原磁场方向向上，且沿BA方向增强，所以A有可能【例2】如图甲所示，匝数n50的圆形线圈M，它的两端点a、b与内阻很大的电压表相连，线圈中磁通量的变化规律如图乙所示，则a、b两点的电势高低与电压表的读数为()Aab,20 V Bab,10 VCab,20 V Dab,10 VB 圆形线圈产生电动势，相当于电源内电路磁通量均匀增大，由楞次定律知，线圈中感应电流为逆时针方向，又线圈相当于内电路，故ab；Ent 5080.0140.1 V10 V，电压表测量的是电源的电动势，即感应电动势，因而电压表的读数为10 V故B正确1.如图所示，一个带正电的粒子在
6、垂直于匀强磁场的平面内做圆周运动，当磁感应强度均匀增大时，此粒子的动能将()A不变B增加C减少D以上情况都可能B 当磁场增强时，将产生逆时针方向的电场，带正电的粒子将受到这个电场对它的电场力作用，动能增大故B正确对动生电动势的理解和计算感生电动势与动生电动势的对比感生电动势动生电动势 产生原因磁场的变化导体做切割磁感线运动 移动电荷的非静电力感生电场对自由电荷的电场力导体中自由电荷所受洛伦兹力沿导体方向的分力 回路中相当于电源的部分处于变化磁场中的线圈部分做切割磁感线运动的导体 方向判断方法由楞次定律判断通常由右手定则判断，也可由楞次定律判断大小计算方法由Ent 计算通常由EBlvsin 计算
7、，也可由Ent 计算【例3】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，金属杆以恒定的加速度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解析 t0.6 s时，回路中动生电动势E1Blv 又Bkt，vat 代入数据解得E11.44103 V
8、感生电动势E2t Bt lx 又x12at2 代入数据解得E20.72103 V 又由右手定则及楞次定律知E1、E2同向，故此时回路中总电动势为 EE1E22.16103 V 回路中电阻R2xr03.6102 回路中电流IER6102 A 则金属杆受的安培力FBIlktIl1.44104 N，由左手定则知方向向右 答案 1.44104 N，方向向右1EBlvsin 是由E nt 在一定条件下推导出来的，若B不变，则EBlvsin 和Ent 是等效替代关系.2若导体切割磁感线的同时，磁感应强度B是变化的，则EBlvsin 和Ent 是同时存在的.2.如图所示，半径为R的圆形导轨处在垂直于圆平面的
9、匀强磁场中，磁感应强度为B，方向垂直于纸面向里，一根长度略大于导轨直径的导体棒MN以速率v在圆导轨上从左端滑到右端，电路中的定值电阻为r，其余电阻不计，导体棒与圆形导轨接触良好求：(1)在滑动过程中通过电阻r的电流的平均值；(2)MN从左端到右端的整个过程中，通过r的电荷量；(3)MN通过圆导轨中心时通过r的电流解析(1)整个过程磁通量的变化为 BSBR2，所用的时间t2Rv，代入得Et BR22R vBRv2 通过r的平均电流 IErBRv2r.(2)通过r的电荷量 qItBRv2r 2Rv BR2r.(3)MN经过圆轨中心O时，感应电动势 EBlv2BRv 通过r的电流IEr2RBvr.答
10、案(1)BRv2r (2)BR2r(3)2RBvr电磁感应现象中的能量转化与守恒1与感生电动势有关的电磁感应现象中，磁场能转化为电能，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2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，转化过来的电能也将全部转化为电阻的内能【例4】在图中，设运动导线ab长为L，速度为v，匀强磁场的磁感应强度为B，闭合电路总电阻为R.探究为了保持导线做匀速运动，外力所做的功W外和感应电流的电功W电的关系思路点拨：解析 运动导体产生的电动势EBLv 电路中的感应电流IE
11、RBLvR 磁场对这个电流的作用力 F安ILBB2L2vR 保持匀速运动所需外力 F外F安B2L2vR 在t时间内，外力所做的功 W外F外vtB2L2v2Rt 而此时间内，感应电流的电功是 W电I2RtB2L2v2Rt 可见W外W电 答案 见解析求解电磁感应现象中能量守恒问题的一般步骤(1)分析回路，分清电源和外电路 在电磁感应现象中，切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势，该导体或回路就相当于电源，其余部分相当于外电路(2)分析清楚有哪些力做功，明确有哪些形式的能量发生了转化3.(多选)如图所示，匀强磁场方向垂直于线圈平面向里，先后两次将线圈从同一位置匀速地拉出有界磁场，第一
12、次拉出时速度为v1v0，第二次拉出时速度为v22v0，前后两次拉出线圈的过程中，下列说法错误的是()A线圈中感应电流之比是12B线圈中产生的热量之比是21C沿运动方向作用在线框上的外力的功率之比为12D流过任一横截面感应电荷量之比为11BC 线框在拉出磁场的过程中，导体做切割磁感线运动，产生感应电动势EBlv，线框中的感应电流IERBlvR，所以I1I2v1v212；线框中产生的电热QI2RtBlvR2R lv B2l2lvR，所以Q1Q2v1v212；由于匀速运动，施加的外力与安培力相等，故外力的功率PFvBIlvB2l2v2R，所以P1P2v21v2214；流过线圈任一横截面的电荷量为qI
13、tBlvR lv BllR，所以q1q211.课 堂 小 结1.磁场变化时在空间激发的电场，叫作感生电场，由感生电场产生的感应电动势叫作感生电动势2导体切割磁感线时会产生动生电动势，导体相当于电源，电源内部的非静电力与洛伦兹力有关3闭合回路中，导体棒做切割磁感线运动时，克服安培力做功，其他形式的能转化为电能.知 识 脉 络当 堂 达 标 固 双 基 1(多选)下列说法中正确的是()A感生电场由变化的磁场产生B恒定的磁场能在周围空间产生感生电场C感生电场的方向可以用楞次定律和安培定则来判定D感生电场的电场线是闭合曲线，其方向一定是沿逆时针方向AC 磁场变化时在空间激发感生电场，其方向与所产生的感
14、应电流方向相同，可由楞次定律和安培定则判断，故 A、C 项正确，B、D 项错误2(多选)如图甲所示，水平放置的平行金属导轨连接一个平行板电容器 C 和电阻 R，导体棒 MN 放在导轨上且接触良好，整个装置放在垂直导轨平面的磁场中，磁感应强度 B 的变化情况如图乙所示(图示磁感应强度方向为正方向)，MN 始终保持静止，则 0t2 时间内()甲 乙A电容器 C 的电荷量大小始终没变B电容器 C 的 a 板先带正电后带负电CMN 所受安培力的大小始终没变DMN 所受安培力的方向先向右后向左AD 磁感应强度均匀变化，产生恒定电动势，电容器 C 的电荷量大小始终没变，选项 A 正确，B 错误；由于磁感应
15、强度变化，MN所受安培力的大小变化，MN 所受安培力的方向先向右后向左，选项C 错误，D 正确3如图所示，线框三条竖直边长度和电阻均相同，横边电阻不计它以速度 v 匀速向右平动，当 ab 边刚进入虚线内匀强磁场时，a、b 间的电势差为 U，当 cd 边刚进入磁场时，c、d 间的电势差为()AU B2U C.12U D.32UB 当 ab 边进入磁场时，若感应电动势为 E，由于 ab 相当于电源，cd 与 ef 并联相当于外电路，所以 U13E；当 cd 边进入磁场时，感应电动势不变，ab 与 cd 并联相当于电源，ef 相当于外电路，此时c、d 间电势差 U23E2U，选项 B 正确4如图所示
16、，水平导轨间距 L10.5 m，ab杆与导轨左端的距离 L20.8 m，由导轨与 ab杆所构成的回路的总电阻 R0.2，方向竖直向下的匀强磁场的磁感应强度 B01 T，重物 A的质量 M0.04 kg，用细绳通过定滑轮与 ab 杆的中点相连，各处的摩擦均可忽略不计现使磁感应强度以Bt 0.2 T/s的变化率均匀地增大，当 t 为多少时，A 刚好离开地面？(g取 10 m/s2)解析 根据法拉第电磁感应定律，感生电动势 Et Bt L1L2，回路中的感应电流为 IER，ab 杆所受的安培力 F 安BL1IB0Bt t L1I，重物刚好离开地面时 F 安Mg，联立解得 t5 s.答案 5 s课 时 分 层 作 业 点击右图进入 Thank you for watching!