3-2第4章 第5节电磁感应现象的两类情况

1 感生电场麦克斯韦认为 磁场变化时会在空间激发一种电场 它与静电场不同 不是由 产生的 我们叫它感生电场 2 感生电动势由感生电场产生的感应电动势 自读教材 抓基础 第5节电磁感应现象的两类情况 感生电场与感生电动势 电荷 3 感生电动势中的非静电力就是 对 的作用 4 感生电场的方向判断由磁场的方向和强弱变化 根据楞次定律用安培定则判断 感生电场 自由电荷 特别提醒 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4 5 1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 图4 5 1 感生电动势磁场变化时会在空间激发感生电场 处在感生电场中的闭合导体中的自由电荷在电场力的作用下定向运动 产生感应电流 或者说 导体中产生了感应电动势 由感生电场产生的电动势叫作感生电动势 1 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 2 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 跟随名师 解疑难 在如图4 5 2所示的四种磁场情况中能产生恒定的感生电场的是 解析 选C据麦克斯韦电磁理论 要产生恒定的感生电场 必须由均匀变化的磁场产生 C对 学后自检 小试身手 图4 5 2 1 动生电动势由于导体 运动而产生的感应电动势 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 自读教材 抓基础 电磁感应现象中的洛伦兹力 切割磁感线 洛伦兹力 洛伦兹力 安培 电能 感生电动势与动生电动势的对比 跟随名师 解疑难 特别提醒 有些情况下 动生电动势和感生电动势具有相对性 例如 将条形磁铁插入线圈中 如果在相对磁铁静止的参考系内观察 线圈运动 产生的是动生电动势 如果在相对线圈静止的参考系中观察 线圈中磁场变化 产生感生电动势 如图4 5 3所示的是一个水平放置的玻璃圆环形小槽 槽内光滑 槽宽度和深度处处相同 现将一直径略小于槽宽的带正电小球放在槽中 让它获得一初速度v0 与此同时 有一变化的磁场垂直穿过玻璃圆环形小槽外径所对应的圆面积 磁感应强度的大小跟时间成正比例增大 方向竖直向下 设小球在运动过程中电荷量不变 则 A 小球受到的向心力大小不变B 小球受到的向心力大小不断增大C 磁场力对小球做了功D 小球受到的磁场力大小与时间成正比 学后自检 小试身手 图4 5 3 解析 选B本题考查了洛伦兹力和楞次定律 解题关键是由楞次定律判断出感生电场的方向 当磁感应强度随时间均匀增大时 将产生一恒定的感生电场 由楞次定律知 电场方向和小球初速度方向相同 因小球带正电 安培力对小球做正功 小球速度逐渐增大 向心力也随着增大 故A错B对 洛伦兹力对运动电荷不做功 故C错 带电小球所受洛伦兹力F qBv 随着速率的增大而增大 同时B t 则F和t不成正比 故D错 1 某空间出现了如图4 5 4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 感生电场的理解 典题例析 图4 5 4 解析 选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应该是顺时针的 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BA方向增强 所以A有可能 如图4 5 5所示 甲图中的圆环为闭合金属圆环 乙图中的圆环为闭合塑料圆环 不带电 它们所在处的磁场向下且逐渐变大 试比较两个圆环中产生感生电场和感应电流的情况 跟踪演练 图4 5 5 解析 变化的磁场产生感生电场 故两个圆环中均产生感生电场 甲环中有自由电荷 在电场力作用下定向运动 形成电流 乙环中无自由电荷 不形成感应电流 答案 见解析 2 如图4 5 6甲所示 n 50匝的圆形线圈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 典题例析 感生电动势的计算 图4 5 6 A a b 20VB a b 10VC a b 20VD a b 10V 如图4 5 7所示 金属棒ab置于水平放置的光滑框架cdef上 棒与框架接触良好 匀强磁场垂直于ab棒斜向下 从某时刻开始磁感应强度均匀减小 同时施加一个水平方向上的外力F使金属棒ab保持静止 则F 跟踪演练 图4 5 7 A 方向向右 且为恒力B 方向向右 且为变力C 方向向左 且为变力D 方向向左 且为恒力 3 如图4 5 8所示 三角形金属框架MON平面与匀强磁场B垂直 导体ab能紧贴金属框架运动 且始终与导轨ON垂直 当导体ab从O点开始匀速向右平动时 速度为v0 试求bOc回路中某时刻的感应电动势随时间变化的函数关系式 动生电动势的计算 典题例析 图4 5 8 如图4 5 9所示 水平放置的平行金属导轨 相距L 0 50m 左端接一电阻R 0 20 处于磁感应强度B 0 40T 方向垂直于导轨平面的匀强磁场中 导体棒ab垂直放在导轨上 并能无摩擦地沿导轨滑动 导轨和导体棒的电阻均可忽略不计 当ab以v 4 0m s的速度水平向右匀速滑动时 求 结果保留两位有效数字 跟踪演练 图4 5 9 1 ab棒中感应电动势的大小 并指出a b哪端电势高 2 回路中感应电流的大小 3 维持ab棒做匀速运动的水平外力F的大小 解析 把产生感应电动势的部分当作电源 电源正极就是电势较高的点 ab棒受力平衡是因为外力与安培力等大反向 可用二力平衡知识求出外力 1 根据法拉第电磁感应定律 ab棒中的感应电动势为E BLv 0 40 0 50 4 0V 0 80V 根据右手定则可判定感应电流的方向为由b a 所以a端电势高 答案 1 0 80Va端电势高 2 4 0A 3 0 80N 1 电磁感应现象中的能量转化 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 电磁感应现象中的能量转化与守恒 典题例析 2 求解电磁感应现象中能量守恒问题的一般思路 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 如 3 根据能量守恒列方程求解 3 电能的三种求解思路 1 利用克服安培力做功求解 电磁感应中产生的电能等于克服安培力所做的功 2 利用能量守恒求解 相应的其他能量的减少量等于产生的电能 3 利用电路特征求解 通过电路中所消耗的电能来计算 4 在图4 5 10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 典题例析 图4 5 10 在倾角 30 的斜面上 沿下滑方向铺两条平行的光滑导轨 导轨足够长 导轨的间距为L 0 1m