物理选修§4-5电磁感应现象的两类情况

1、4-5电磁感应现象的两类情况,选修3-2,导体切割磁感线,电键闭合，改变滑动片的位置,AB相当于电源,线圈B相当于电源,磁场变化引起的电动势,回顾电荷在外电路和内电路中的运动。,电源电动势的作用是某种 非静电力对自由电荷的作用。,化学作用就是我们所说的非静电力,一、理论探究感生电动势的产生,电流是怎样产生的？,自由电荷为什么会运动？,使电荷运动的力难道是变化 的磁场对其施加的力吗？,猜想：使电荷运动的力可能是 洛伦兹力、静电力、或者是其它力,英麦克斯韦认为，,磁场变化时会在周围空间激发一种电场-感生电场,闭合导体中的自由电荷在这种电场下做定向运动,产生感应电流（感生电动势）,感生电动势的非静电力是感生电场对电荷的作用力。,感生电场的方向类似感应电流方向的判定-安培定则,静止的电荷激发的电场叫静电场，变化的磁场会在周围空间激发一种电场叫做感应电场。 静电场的电场线是由 发出，到 终止，电场线 闭合，而感应电场是一种涡旋电场，电场线是 的。,正电荷,负电荷,不,实际应用,电子感应加速器,穿过真空室内磁场的方向,由图知电子沿什么方向运动,要使电子沿此方向加速，感生电场的方向如何,由感生电场引

2、起的磁场方向如何,竖直向上,逆时针,顺时针,向下,原磁场在增强，即电流在增大。,二、理论探究动生电动势的产生,思考与讨论,1、动生电动势是怎样产生的？,2、什么力充当非静电力？,提 示,导体中的自由电荷受到什么力的作用？,导体棒的哪端电势比较高？,非静电力与洛伦兹力有关吗？,文本呈现：,当导体棒在匀强磁场B中以速度v运动时，导体棒内部的自由电子要受到洛伦兹力作用，在洛仑兹力作用下电子沿导线向D 端定向运动，使D端和C端出现了等量异种电荷，D为负极（低电势），C为正极（高电势）则导体CD相当一个电源。,动生电动势的非静电力与洛伦兹力有关。,探讨：,洛伦兹力不做功，不提供能量，只是起传递能量的作用。即外力克服洛伦兹力的一个分量F2所做的功，通过另一个分量F1转化为感应电流的能量,洛伦兹力做功吗？,能量是怎样转化的呢？,1、一个闭合电路静止于磁场中，由于磁场强弱的变化，而使电路中产生了感应电动势，下列说法中正确的是（ ） A、磁场变化时，会在在空间中激发一种电场 B、使电荷定向移动形成电流的力是磁场力 C、使电荷定向移动形成电流的力是电场力 D、以上说法都不对,AC,课堂练习,2、如图所示，

3、导体AB在做切割磁感线运动时，将产生一个电动势，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仑兹力有关 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,例题：光滑导轨上架一个直导体棒MN，设MN向右匀速运动的速度为V，MN长为L,不计其他电阻求： （1）导体MN做匀速运动时受到的安培力大小和方向？ （2）导体MN受到的外力的大小和方向？ （3）MN向右运动S位移，外力克服安培力做功的表达式是什么？ （4）在此过程中感应电流做功是多少？,结论：在纯电阻电路中，外力克服安培力做了多少功将有多少热量产生。,实际应用,动生电动势和感生电动势,1、感生电场:由变化的磁场激发的电场. 2、感生电动势:由感生电场产生的感应电动势称 为感生电动势. 3、动生电动势:由于导体运动而产生的感应电动势.,感应电动势：,感生电动势,动生电动势,课堂总结,答案： 5 s,【跟踪发散】 11：如图所示，A是一面积为S0.2 m2、匝数为n100匝的圆形线圈，处在均匀磁场中，磁场方向与线圈平面垂直，磁

4、感应强度随时间变化规律为B(60.02t) T，开始时外电路开关S断开，已知R14 ，R26 ，电容器电容C30 F，线圈内阻不计，求：,(1)S闭合后，通过R2的电流大小和方向； (2)S闭合一段时间后又断开，在断开后流过R2的电荷量和电流方向,解析： 由B(60.02t) T知，圆形线圈A内的磁场先是向里均匀减小，后是向外均匀增大，由楞次定律知，感生电动势的方向始终为顺时针方向，画出等效电路图如下图所示,电容器带电量QCUC301060.24 C 7.2106 C 电容器右端带正电，断开S后，放电电流方向为QR2P 电荷量为Q7.2106 C. 答案：(1)0.04 A QR2P (2)7.2106 C QR2P,(2010重庆卷)法拉第曾提出一种利用河流发电的设想，并进行了实验研究实验装置的示意图可用图所示，两块面积均为S的矩形金属板，平行、正对、竖直地全部浸在河水中，间距为d，水流速度处处相同，大小为v，方向水平金属板与水流方向平行，地磁场磁感应强度的竖直分量为B，水的电阻率为，水面上方有一阻值为R的电阻通过绝缘导线和电键K连接到两金属板上，忽略边缘效应求：,(1)该发电装置的

5、电动势； (2)通过电阻R的电流强度； (3)电阻R消耗的电功率,【跟踪发散】 21：一航天飞机下有一细金属杆，杆指向地心若仅考虑地磁场的影响，则当航天飞机位于赤道上空( ) A由东向西水平飞行时，金属杆中感应电动势的方向一定由上向下 B由西向东水平飞行时，金属杆中感应电动势的方向一定由上向下 C沿经过地磁极的那条经线由南向北水平飞行时，金属杆中感应电动势的方向一定由下向上 D沿经过地磁极的那条经线由北向南水平飞行时，金属杆中一定没有感应电动势,感生电动势和动生电动势方向关系的判定 如果同一电路中同时存在感生电动势和动生电动势，应考虑两者的方向，弄清连接方式，是串联还是并联，如果串联，方向相同则电动势相加，相反则电动势相减,如图所示，两根平行金属导轨固定在水平桌面上，每根导轨的单位长度电阻为r00.10 /m，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有随时间变化的匀强磁场垂直于桌面，已知磁感应强度B与时间t的关系为Bkt，比例系数k0.02 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，金属杆紧靠在P、Q端，在外力

6、作用下，杆以恒定的加速度从静止开始向导轨的另一端滑动，求在t6.0 s时金属杆所受的安培力,1在空间某处存在一变化的磁场，则下列说法中正确的是( ) 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： 由感应电流产生的条件可知，只有闭合线圈中磁通量发生改变，才能产生感应电流，如果闭合线圈平面与磁场方向平行，则线圈中无感应电流产生，故A错误，B正确；由麦克斯韦电磁场理论可知，感生电场的产生与变化的磁场周围有无闭合线圈无关，故C错误，D正确故正确答案为B、D. 答案： BD,2在如图所示的四种磁场情况中能产生恒定的感生电场的是( )解析： 均匀变化的磁场会产生恒定的感生电场，由Bt图象可以看出只有C中的磁场是均匀变化的 答案： C,3.如图所示，导体AB在做切割磁感线运动时，将产生一个电动势，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

7、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,解析： 如右图所示，当导体向右运动时，其内部的自由电子因受向下的洛伦兹力作用向下运动，于是在棒的B端出现负电荷，而在棒的A端出现正电荷，所以A端电势比B端高棒AB就相当于一个电源，正极在A端答案： AB,4.某空间出现了如右图所示的一组闭合的电场线，这可能是( ) A沿AB方向的磁场在迅速减弱 B沿AB方向的磁场在迅速增强 C沿BA方向的磁场在迅速增强 D沿BA方向的磁场在迅速减弱,解析： 根据电磁感应原理，闭合回路中的磁通量变化时，会使闭合回路中产生感应电流，该电流的方向可用楞次定律判断根据麦克斯韦电磁理论，闭合回路中产生感应电流，是因为闭合回路中的自由电荷受到了电场力的作用，而变化的磁场产生电场，与是否存在闭合回路没有关系，故空间磁场变化产生的电场方向，仍然可用楞次定律判断，四指环绕方向即为感应电场的方向，由此可知A、C正确,5如右图所示，内壁光滑的塑料管弯成的圆环平放在水平桌面上，环内有一带负电的小球，整个装置处于竖直向下的磁场中，当磁场突然增大时，小球将( ) A沿顺时针方向运动 B沿逆时针方向运动 C在原位置附近往复运动 D仍然保持静止状态,解析： 当磁场增大时，由楞次定律和右手螺旋定则知，感应电场沿逆时针方向，带负电小球在电场力作用下沿顺时针方向运动,6一个面积S4102 m2、匝数n100匝的线圈放在匀强磁场中，磁场方向垂直于线圈平面，磁感应强度B随时间t变化的规律如图所示，则下列判断正确的是( ),A在开始的2 s内穿过线圈的磁通量变化率等于0.08 Wb/s B在开始的2 s内穿过线圈的磁通量的变化量等于零 C在开始的2 s内线圈中产生的感应电动势等于8 V D在第3 s末线圈中的感应电动势等于零,答案： AC,

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