1、5.電磁感應現(xiàn)象的兩類情況,自主學習,一、電磁感應現(xiàn)象中的感生電場 1感生電場 (1)產(chǎn)生 英國物理學家麥克斯韋在他的電磁場理論中指出：變化的磁場能在周圍空間激發(fā)電場，這種電場與靜電場不同，它不是由電荷產(chǎn)生的，我們把它叫做 電場 (2)特點 感生電場線與 垂直感生電場的強弱與磁感應強度的有關(guān),感生,磁場方向,變化率,(2)感生電場的作用 感生電場對自由電荷的 就相當于電源內(nèi)部的非靜電力 (3)感生電動勢 磁場變化時，感應電動勢是由感生電場產(chǎn)生的，它也叫感生電動勢 3感生電場的方向 磁場變化時，垂直磁場的閉合環(huán)形回路(可假定存在)中感應電流的方向就表示感生電場的方向,作用,二、電磁感應現(xiàn)象中的洛

2、倫茲力 1成因：導體棒做切割磁感線運動時，導體棒中的自由電荷隨棒一起定向運動，并因此受到洛倫茲力 2動生電動勢：由于而產(chǎn)生的感應電動勢 3動生電動勢中的非靜電力：與 有關(guān).,導體運動,洛倫茲力,精講點撥,一、感生電場、感生電動勢是如何產(chǎn)生的？如何判斷其方向？ 1產(chǎn)生： 如圖所示，當磁場變化時，產(chǎn)生感生電場感生電場的電場線是與磁場垂直的曲線如果空間存在閉合導體，導體中的自由電荷就會在電場力作用下定向移動而產(chǎn)生感應電流或者說導體中產(chǎn)生了感生電動勢,2、特點： 變化的磁場周圍產(chǎn)生感生電場，與閉合電路是否存在無關(guān)如果在變化的磁場中放一個閉合電路，電路中的自由電荷在感生電場作用下，做定向移動，形成電流在

3、這種情況下所謂的非靜電力就是感生電場的作用 感應電場是電場的一種形式，是客觀存在的一種特殊物質(zhì) 感生電場可用電場線形象描述，但感生電場的電場線是閉合曲線，所以感生電場又稱為渦旋電場這一點與靜電場不同，靜電場的電場線不閉合 感生電場可以對帶電粒子做功，可使帶電粒子加速和偏轉(zhuǎn),3方向： 閉合環(huán)形回路(可假定存在)的電流方向就是感生電動勢的方向，也是感生電場的方向 ，可根據(jù)楞次定律和右手定則確定判定時可先假設(shè)有導體存在，推出的感應電流的方向，就是感生電場的方向,某空間出現(xiàn)了如圖所示的磁場，當磁感應強度B變化時，在垂直于磁場的方向上會產(chǎn)生感生電場，有關(guān)磁感應強度B的變化與感生電場的方向關(guān)系描述正確的是

4、(),A當磁感應強度均勻增大時，感生電場的電場線從上向下看應為順時針方向 B當磁感應強度均勻增大時，感生電場的電場線從上向下看應為逆時針方向 C當磁感應強度均勻減小時，感生電場的電場線從上向下看應為順時針方向 D當磁感應強度均勻減小時，感生電場的電場線從上向下看應為逆時針方向,解析：假設(shè)垂直磁場方向有如圖中a所示的閉合環(huán)形回路，,答案：AD,二、變化的磁場周圍所產(chǎn)生的電場與電荷周圍的靜電場的區(qū)別 1靜電場由電荷激發(fā)，而感生電場是由變化的磁場激發(fā) 2靜電場的電場線不閉合，總是出發(fā)于正電荷，終止于負電荷，且單位正電荷在電場中沿閉合路徑運動一周時，電場力所做的功為零而變化磁場周圍的電場中的電場線是閉

5、合曲線(如圖所示)，沒有終點與起點，這種情況與磁場中的磁感線類似，所以，單位正電荷在此電場中沿閉合路徑運動一周時，電場力所做的功不為零,三、電磁現(xiàn)象中的洛倫茲力,(1)一段導體在做切割磁感線的運動時相當于一個電源，這時的非靜電力與洛倫茲力有關(guān) (2)產(chǎn)生感應電動勢原因分析 導體在磁場中做切割磁感線運動時，產(chǎn)生感應電動勢(它也叫做“動生電動勢”)，它是由于導體中自由電子受洛倫茲力作用而引起的 感應電動勢的產(chǎn)生實質(zhì)是洛倫茲力(非靜電力)對自由電荷做了功； 導體棒在磁場中運動過程中要受到安培力作用，要維持導體棒運動，外力必須克服安培力做功，因此產(chǎn)生電流的過程是其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的過程,四、感生電

6、動勢與動生電動勢的區(qū)別,如圖所示，固定于水平桌面上的金屬框架cdef，處在豎直向下的勻強磁場中，金屬棒ab擱在框架上，可無摩擦滑動此時adeb構(gòu)成一個邊長為l的正方形棒的電阻為r，其余部分電阻不計開始時磁感應強度為B0.,(1)若從t0時刻起，磁感應強度均勻增加，每秒增加k，同時保持棒靜止，求棒中的感應電流大小和方向 (2)在上述(1)情況中，始終保持棒靜止，當tt1秒末時需加的垂直于棒的水平拉力為多大？,答案：(1)kl2/r，棒中電流方向由b到a(2)(B0kt1)kl3/r,討論： 洛倫茲力總是與電荷的運動方向垂直，因此，洛倫茲力對電荷不做功，但是感生電動勢又等于洛倫茲力搬運單位正電荷所

7、做的功，這就是說兩者有矛盾，你怎樣理解這一問題？,答案：其實并不矛盾，運動導體中的自由電子，不僅隨導體以速度v運動，而且還沿導體以速度u做定向移動，正是這個定向移動才產(chǎn)生感應電流，如下圖所示因此，導體中的電子的合速度v合等于v和u的矢量和，所以電子受到的洛倫茲力為Fv合ev合B，F(xiàn)v合與合速度v合垂直，它對電子不做功，F(xiàn)v合的一個分量是F1evB，這個分力做功，產(chǎn)生感應電動勢Fv合的另一個分量是F2euB，阻礙導體運動，做負功可以證明兩個分力F1和F2所做功的代數(shù)和為零結(jié)果仍然是洛倫茲力并不提供能量，而只是起傳遞能量的作用，即外力克服洛倫茲力的一個分力F2所做的功通過另一個分力F1轉(zhuǎn)化為感應電

8、流的能量.,四、產(chǎn)生動生電動勢時，洛倫茲力對導體棒中的自由電荷是否做功？ 不做功當導體棒處于閉合回路中做切割磁感線運動時，導體棒中產(chǎn)生感應電流，根據(jù)前面的討論，我們知道，自由電荷既隨導體棒一起運動，又沿導體棒運動，其合運動與導體棒成一定夾角，所以洛倫茲力與合運動方向垂直，如圖所示，此時洛倫茲力沿棒方向的分力就是非靜電力，對自由電荷做正功，但洛倫茲力的另一個分力垂直于導體棒且與切割運動的方向相反，對自由電荷做負功，這兩個分力的總功恰好為零,感生電動勢和動生電動勢方向關(guān)系的判定 如果同一電路中同時存在感生電動勢和動生電動勢，應考慮兩者的方向，弄清連接方式，是串聯(lián)還是并聯(lián)，如果串聯(lián)，方向相同則電動勢

9、相加，相反則電動勢相減,如圖所示，兩根平行金屬導軌固定在水平桌面上，每根導軌的單位長度電阻為r00.10 /m，導軌的端點P、Q用電阻可忽略的導線相連，兩導軌間的距離l0.20 m有隨時間變化的勻強磁場垂直于桌面，已知磁感應強度B與時間t的關(guān)系為Bkt，比例系數(shù)k0.02 T/s.一電阻不計的金屬桿可在導軌上無摩擦地滑動，在滑動過程中保持與導軌垂直，在t0時刻，金屬桿緊靠在P、Q端，在外力作用下，桿以恒定的加速度從靜止開始向?qū)к壍牧硪欢嘶瑒?，求在t6.0 s時金屬桿所受的安培力,答案：1.44103 N, 教材資料分析 思考與討論教材P20 如圖所示，導體棒CD在均勻磁場中運動,(1)自由電荷

10、會隨著導體棒運動，并因此受到洛倫茲力導體中自由電荷的合運動在空間大致沿什么方向？為了方便，可以認為導體中的自由電荷是正電荷 (2)導體棒一直運動下去，自由電荷是否也會沿著導體棒一直運動下去？為什么？ (3)導體棒的哪端電勢比較高？ (4)如果用導線把C，D兩端連到磁場外的一個用電器上，導體棒中電流是沿什么方向的？,【點撥】(1)若導體棒中的自由電荷是正電荷，它在隨棒運動中將受洛倫茲力，由左手定則可判斷，自由電荷將受到DC方向的力，所以自由電荷一方面向右運動，一方面沿導體棒向上運動，其合運動大致沿右上方 (2)不會，因為正電荷向C運動，D端將出現(xiàn)過剩負電荷，C端出現(xiàn)過剩正電荷，結(jié)果導體棒下端的電

11、勢低于上端的電勢，形成由上端C指向下端D的靜電場靜電場對正電荷的力向下，當作用到自由電荷上的靜電力與洛倫茲力沿導體棒方向的分力互相平衡時，自由電荷不再沿導體棒定向移動,(3)C端電勢高 (4)若用導線把C、D兩端連到用電器上，CD相當于電源，電源內(nèi)部，電流由低電勢流向高電勢，所以電流方向是DC.,答案：5 s,【反思總結(jié)】(1)本題中應分清恒量和變量，導體不動，磁場發(fā)生變化，產(chǎn)生感生電動勢，由于變化率是定值，則E、I均為恒量，ab受的安培力隨磁場的增大而增大 (2)在審題中應加強對某些隱含條件的理解，如本題中的“剛好”兩字，就說明了地面此時對物體無支持力,【跟蹤發(fā)散】 在一水平光滑絕緣塑料板上

12、有一環(huán)形凹槽，有一帶電小球質(zhì)量為m，電荷量為q，在槽內(nèi)沿順時針作勻速圓周運動，現(xiàn)加一豎直向上的均勻變化的勻強磁場，且B逐漸增加，則 (),A小球速度變大B小球速度變小 C小球速度不變 D以上三種情況都有可能 解析：在此空間中，沒有閉合導體，但磁場的變化，使空間產(chǎn)生感生電場據(jù)楞次定律得出圖示感生電場，又因小球帶正電荷，電場力與小球速度同向，電場力對小球做正功，小球速度變大A選項正確,答案：A 點評：此題因部分同學受洛倫茲力不做功的影響，而誤選C.,(2010重慶卷)法拉第曾提出一種利用河流發(fā)電的設(shè)想，并進行了實驗研究實驗裝置的示意圖可用圖所示，兩塊面積均為S的矩形金屬板，平行、正對、豎直地全部浸

13、在河水中，間距為d，水流速度處處相同，大小為v，方向水平金屬板與水流方向平行，地磁場磁感應強度的豎直分量為B，水的電阻率為，水面上方有一阻值為R的電阻通過絕緣導線和電鍵K連接到兩金屬板上，忽略邊緣效應求：,(1)該發(fā)電裝置的電動勢； (2)通過電阻R的電流強度； (3)電阻R消耗的電功率,【跟蹤發(fā)散】21：一航天飛機下有一細金屬桿，桿指向地心若僅考慮地磁場的影響，則當航天飛機位于赤道上空() A由東向西水平飛行時，金屬桿中感應電動勢的方向一定由上向下 B由西向東水平飛行時，金屬桿中感應電動勢的方向一定由上向下 C沿經(jīng)過地磁極的那條經(jīng)線由南向北水平飛行時，金屬桿中感應電動勢的方向一定由下向上 D

14、沿經(jīng)過地磁極的那條經(jīng)線由北向南水平飛行時，金屬桿中一定沒有感應電動勢,解析：逐項分析如下： 答案：AD,例3：定值電阻R，導體棒ab電阻r，水平光滑導軌間距 l ，勻強磁場磁感應強度為B，當棒ab以速度v向右勻速運動時：,產(chǎn)生電動勢,回路電流,ab兩端電壓,電流的總功率,ab棒消耗的電功率,問題1：,例1：定值電阻R，導體棒ab電阻r，水平光滑導軌間距 l ，勻強磁場磁感應強度為B，當棒ab以速度v向右勻速運動時：,問題2：棒ab受到的安培力為多大；要使棒ab勻速運動，要施加多大的外力，方向如何？,問題3：整個回路中消耗的電能從哪里轉(zhuǎn)化來的，它們之間有什么樣的關(guān)系？,外力F對棒ab做功,1在空

15、間某處存在一變化的磁場，則下列說法中正確的是() A在磁場中放一閉合線圈，線圈中一定會產(chǎn)生感應電流 B在磁場中放一閉合線圈，線圈中不一定產(chǎn)生感應電流 C在磁場中不放閉合線圈，在變化的磁場周圍一定不會產(chǎn)生電場 D在磁場中不放閉合線圈，在變化的磁場周圍一定會產(chǎn)生電場,解析：由感應電流產(chǎn)生的條件可知，只有閉合線圈中磁通量發(fā)生改變，才能產(chǎn)生感應電流，如果閉合線圈平面與磁場方向平行，則線圈中無感應電流產(chǎn)生，故A錯誤，B正確；由麥克斯韋電磁場理論可知，感生電場的產(chǎn)生與變化的磁場周圍有無閉合線圈無關(guān)，故C錯誤，D正確故正確答案為B、D. 答案：BD,2在如圖所示的四種磁場情況中能產(chǎn)生恒定的感生電場的是()

16、解析：均勻變化的磁場會產(chǎn)生恒定的感生電場，由Bt圖象可以看出只有C中的磁場是均勻變化的 答案：C,3.如圖所示，導體AB在做切割磁感線運動時，將產(chǎn)生一個電動勢，因而在電路中有電流通過，下列說法中正確的是() A因?qū)w運動而產(chǎn)生的感應電動勢稱為動生電動勢 B動生電動勢的產(chǎn)生與洛倫茲力有關(guān) C動生電動勢的產(chǎn)生與電場力有關(guān) D動生電動勢和感生電動勢產(chǎn)生的原因是一樣的,解析：如右圖所示，當導體向右運動時，其內(nèi)部的自由電子因受向下的洛倫茲力作用向下運動，于是在棒的B端出現(xiàn)負電荷，而在棒的A端出現(xiàn)正電荷，所以A端電勢比B端高棒AB就相當于一個電源，正極在A端 答案：AB,4.某空間出現(xiàn)了如右圖所示的一組閉

17、合的電場線，這可能是() A沿AB方向的磁場在迅速減弱 B沿AB方向的磁場在迅速增強 C沿BA方向的磁場在迅速增強 D沿BA方向的磁場在迅速減弱,解析：根據(jù)電磁感應原理，閉合回路中的磁通量變化時，會使閉合回路中產(chǎn)生感應電流，該電流的方向可用楞次定律判斷根據(jù)麥克斯韋電磁理論，閉合回路中產(chǎn)生感應電流，是因為閉合回路中的自由電荷受到了電場力的作用，而變化的磁場產(chǎn)生電場，與是否存在閉合回路沒有關(guān)系，故空間磁場變化產(chǎn)生的電場方向，仍然可用楞次定律判斷，四指環(huán)繞方向即為感應電場的方向，由此可知A、C正確 答案：AC,5如右圖所示，內(nèi)壁光滑的塑料管彎成的圓環(huán)平放在水平桌面上，環(huán)內(nèi)有一帶負電的小球，整個裝置處于豎直向下的磁場中，當磁場突然增大時，小球?qū)?) A沿順時針方向運動 B沿逆時針方向運