1、5电磁感应现象的两类情况学习目标1.物理观念知道感生电动势、动生电动势的概念及产生原因2.科学思维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.科学思维知道电磁感应现象遵守能量守恒定律4.科学思维与力学、电路相结合的电磁感应综合问题(难点)一、电磁感应现象中的感生电场1感生电场：磁场变化时在空间激发的一种电场2感生电动势：由感生电场产生的感应电动势3感生电动势中的非静电力：感生电场对自由电荷的作用4感生电场的方向：与所产生的感应电流的方向相同，可根据楞次定律和右手螺旋定则判断二、电磁感应现象中的洛伦兹力1动生电动势：由于导体做切割磁感线运动而产生的感应电动势2动生电动
2、势中的“非静电力”：自由电荷因随导体棒运动而受到洛伦兹力，非静电力与洛伦兹力有关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，克服安培力做功，其他形式的能转化为电能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定的电场，故选C.3(多选)如图所
3、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项错误对感生电场和感生电动势的理解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3感生电场的存在与是否存在闭合电路无关4电
4、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
5、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 VBab,10 VCab,20 VDab,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；En50 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，在一水平光滑绝缘塑料板上有一环形凹槽，有一质量为m、电荷量为q的带正电小球，在槽内沿顺时针方向做匀速圆周运动，现加一
6、竖直向上的磁感应强度均匀减小的磁场，则()A小球速度变大B小球速度变小C小球速度不变D小球速度可能变大也可能变小B磁场的变化使空间内产生感生电场，由楞次定律知感生电场的方向为逆时针，带正电小球受到的电场力与运动方向相反，故小球速度减小，选B.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En计算通常由E
7、Blvsin 计算，也可由En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E11.441
8、03 V感生电动势E2lx又xat2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I6102 A则金属杆受的安培力FBIlktIl144104 N，由左手定则知方向向右答案1.44104 N，方向向右(1)EBlvsin 是由En在一定条件下推导出来的，若B不变，则EBlvsin 和En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En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匀强磁场中，磁感应强度为B，方向垂直
9、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t，代入得Ev通过r的平均电流 .(2)通过r的电荷量qt.(3)MN经过圆轨中心O时，感应电动势EBlv2BRv通过r的电流I.答案(1)(2)(3)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
10、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I磁场对这个电流的作用力F安ILB保持匀速运动所需外力F外F安在t时间内，外力所做的功W外F外vtt而此时间内，感应电流的电功是W电I2Rtt可见W外W电答案见解析求解电
11、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
12、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I，所以I1I2v1v212；线框中产生的电热QI2RtR，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PFvBIlv，所以P1P2vv14；流过线圈任一横截面的电荷量为qIt，所以q1q211.1物理观念感生电场、感生电动势、动生电动势2科学思维通过探究感生电动势和动生电动势产生的原因，形成对知识的逻辑推理能力. 3科学思维比较感生电动势和动生电动势，并熟练掌握其大小的计算方法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
13、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，在虚线所示的区域有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度随时间的变化规律如图乙所示，虚线区域内有一面积为S、与纸面平行的单匝金属线框，线框与电阻R相连，若金属线框的电阻为，下列说法正确的是()甲 乙A流过电阻R的感应电流由a到bB线框cd边受到的安培力方向向上C感应电动势大小为Dab间电压大小为AD穿过线框的磁通量在增大，根据楞次定律可得感应电流为逆时针方向，故流过电阻R的感
14、应电流的方向为由a到b，A正确；感应电流是从c到d，根据左手定则，可得线框cd边受到的安培力方向向下，B错误；根据法拉第电磁感应定律可得E，根据闭合电路欧姆定律可得ab间电压大小为UE，故C错误，D正确3如图所示，导体棒AB的长为2R，绕O点以角速度匀速转动，OB长为R，且O、B、A三点在一条直线上，有一磁感应强度为B的匀强磁场充满转动平面且与转动平面垂直，那么AB两端的电势差大小为()A.BR2B2BR2C4BR2D6BR2CA点线速度vA3R，B点线速度vBR，AB棒切割磁感线的平均速度2R，由EBlv得，AB两端的电势差大小为EB2R4BR2，C正确4如图所示，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EL1L2，回路中的感应电流为I，ab杆所受的安培力F安BL1IL1I，重物刚好离开地面时F安Mg，联立解得t5 s.答案5 s