4.电源的电动势和内阻闭合电路欧姆定律.docx

关于电源“电动势”专题 课前学习请阅读教材3-1第二章 第二节 电动势和3-2第四章 第四节法拉第电磁感应定律，第五节 电磁感应现象的两种情况第五章 第一节 交变电流内容完成以下问题：一、 何为“电动势”？二、 何为“感应电动势”？1. 何为“动生电动势”？ （1）平动切割： 如下图所示推导：E=BLv模型：匀速切割请分别从法拉第电磁感应定律、电动势的定义、导体棒中自由电子受力平衡、能量守恒四个角度进行推导。（2）转动切割：如图金属棒OA长度为L，在磁感应强度为B的磁场中绕点O以角速度匀速转动，求棒OA上产生的感应电动势E？如图所示，在磁感应强度为B匀强磁场中，矩形线圈逆时针绕垂直于磁场方向的中轴匀速转动，角速度为。图中标A（B）的小圆圈表示线圈AB边的横截面，标D（C）的小圆圈表示线圈CD边的横截面， AB、CD长度为L1，AD、BC长度为L2 ，设线圈平面从中性面开始转动，则经时间t，线圈中感应电动势为多大？2. 何为“感生电动势”？例题1：麦克斯韦的电磁场理论告诉我们：变化的磁场产生感生电场，该感生电场是涡旋电场；变化的电场也可以产生感生磁场，该感生磁场是涡旋磁场。（1）如图22所示，在半径为r的虚线边界内有一垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小随时间的变化关系为B=kt（k0且为常量）。将一半径也为r的细金属圆环（图中未画出）与虚线边界同心放置。求金属圆环内产生的感生电动势的大小。 变化的磁场产生的涡旋电场存在于磁场内外的广阔空间中，在与磁场垂直的平面内其电场线是一系列同心圆，如图23中的实线所示，圆心与磁场区域的中心重合。在同一圆周上，涡旋电场的电场强度大小处处相等。使得金属圆环内产生感生电动势的非静电力是涡旋电场对自由电荷的作用力，这个力称为涡旋电场力，其与电场强度的关系和静电力与电场强度的关系相同。请推导金属圆环位置的涡旋电场的场强大小E感。rE图24图22rBrB图23（2）如图24所示，在半径为r的虚线边界内有一垂直于纸面向里的匀强电场，电场强度大小随时间的变化关系为E=t（0且为常量）。我们把穿过某个面的磁感线条数称为穿过此面的磁通量，同样地，我们可以把穿过某个面的电场线条数称为穿过此面的电通量。电场强度发生变化时，对应面积内的电通量也会发生变化，该变化的电场必然会产生磁场。小明同学猜想求解该磁场的磁感应强度B感的方法可以类比（1）中求解E感的方法。若小明同学的猜想成立，请推导B感在距离电场中心为a（ar）处的表达式，并求出在距离电场中心和2r处的磁感应强度的比值B感1：B感2。 小红同学对上问通过类比得到的B感的表达式提出质疑，请你用学过的知识判断B感的表达式是否正确，并给出合理的理由。 三、 何为“反电动势”？四、 发电机与电动机例题2：直流电动机的工作原理可以简化为如图甲所示的情景。在竖直向下的磁感应强度为B的匀强磁场中，两根光滑平行金属轨道MN、PQ固定在水平面内，相距为L，电阻不计。轨道端点MP间接有直流电源（内阻不计），电阻为R的金属导体棒ab垂直于MN、PQ放在轨道上，与轨道接触良好，通过滑轮以速度v（v平行于MN）向右做匀速运动，从而提升用绳悬挂的重物。电路中的电流为I，重力加速度为g，不计空气阻力，不计绳的质量和绳与滑轮之间的摩擦。甲 乙-（1）a求重物的质量m； b求在Dt时间内，“电动机”输出的机械能。（2）设图甲中电源电动势大小为E，当金属棒ab向右运动时，由于切割磁感线产生一个感应电动势，大小为，此时这个回路的电源电动势等效为E-。 a请从能量守恒的角度推导E =+ IR； b金属棒在向右运动的过程中，棒中每个