第7课时：电磁感应现象的两类情况(习题课)

1、第1页 第1页 共 70 页 第1页 第1页 共 70 页 电磁感应现象的两种情形电磁感应现象的两种情形 感生电动势与动生电动势感生电动势与动生电动势第2页 第2页 共 70 页 法拉第电磁感应定律指出，当穿过闭合回路的磁通法拉第电磁感应定律指出，当穿过闭合回路的磁通量发生变化时，回路中就要产生感应电动势。量发生变化时，回路中就要产生感应电动势。穿过闭合回路的磁通量，其变化方式有三种情形：穿过闭合回路的磁通量，其变化方式有三种情形：1、闭合回路面积不变，磁场随时间变（无运动）、闭合回路面积不变，磁场随时间变（无运动）2、磁场不变，闭合回路面积随时间变（有运动）、磁场不变，闭合回路面积随时间变（

2、有运动） 与之相对应的电动势也有两类与之相对应的电动势也有两类3、回路磁感应强度随时间变同时回路的面积也随时、回路磁感应强度随时间变同时回路的面积也随时间变间变以上三种变化情形有两类电动势与之相对应：以上三种变化情形有两类电动势与之相对应： （1）感生电动势）感生电动势 （2）动生电动势）动生电动势两者合称：两者合称：感应电动势感应电动势第3页 第3页 共 70 页 1、感应电场：变化的磁场在其周围空间激发的电场称为感应、感应电场：变化的磁场在其周围空间激发的电场称为感应 电场电场 特征：由于磁场的强弱变化，在周围空间形成了感应电场，特征：由于磁场的强弱变化，在周围空间形成了感应电场，感应电场

3、对闭合电路中的自由电子产生电场力的作用。自感应电场对闭合电路中的自由电子产生电场力的作用。自由电荷在电场力的作用下，形成定向移动。即形成了感应由电荷在电场力的作用下，形成定向移动。即形成了感应电流。这种因磁场变化而激发起的电场，其电场线是封闭电流。这种因磁场变化而激发起的电场，其电场线是封闭的。这种电场又称为：涡旋电场。的。这种电场又称为：涡旋电场。 注：静止的电荷激发的电场叫静电场，静电场电场线是由正注：静止的电荷激发的电场叫静电场，静电场电场线是由正电荷出发，终于负电荷，电场线是不闭合的，而感应电场电荷出发，终于负电荷，电场线是不闭合的，而感应电场 是一种涡旋电场，电场线是闭合的。是一种涡

4、旋电场，电场线是闭合的。第4页 第4页 共 70 页 磁场变强磁场变强英国物理学家麦克斯英国物理学家麦克斯韦认为，磁场变化时会韦认为，磁场变化时会在空间激发一种电场，在空间激发一种电场，称为感生电场，也叫涡称为感生电场，也叫涡旋电场。旋电场。感生电场的电场线是感生电场的电场线是闭合的，闭合的，感生电场的方感生电场的方向可以根据楞次定律用向可以根据楞次定律用右手螺旋定则来判断右手螺旋定则来判断。第5页 第5页 共 70 页 静电场静电场 E E0 0感生电场感生电场 E Ek起源起源由静止电荷激发由静止电荷激发由变化的磁场激发由变化的磁场激发电电场场线线形形状状电场线为非闭合曲线电场线为非闭合曲

5、线电场线为闭合曲线电场线为闭合曲线E Ek静电场为有源场静电场为有源场感生电场为无源场感生电场为无源场第6页 第6页 共 70 页 静电场静电场E E0 0感生电场感生电场E Ek电电场场的的性性质质为保守场为保守场, 可引入势可引入势(能能) 为非保守场为非保守场, 不可引入势不可引入势(能能)静电场为有源场静电场为有源场感生电场为无源场感生电场为无源场他们间也有共性：具有场物质形式的所有共性；均对电他们间也有共性：具有场物质形式的所有共性；均对电荷有力的作用，且场强定义相同；在导体中，感生电场可引荷有力的作用，且场强定义相同；在导体中，感生电场可引起电荷的积累从而建立静电场。起电荷的积累从

6、而建立静电场。第7页 第7页 共 70 页 铁铁芯芯线圈线圈电电束束子子B磁场磁场电子感应加速器是利用电子感应加速器是利用感生电场感生电场使电子加速的设备。使电子加速的设备。第8页 第8页 共 70 页 它的柱形电磁铁在两极间产生磁场。在磁场中它的柱形电磁铁在两极间产生磁场。在磁场中安置一个环形真空管道作为电子运行的轨道。当磁安置一个环形真空管道作为电子运行的轨道。当磁场发生变化时，就会沿管道方向产生感应电场。射场发生变化时，就会沿管道方向产生感应电场。射入其中的电子就受到这感应电场的持续作用而被不入其中的电子就受到这感应电场的持续作用而被不断加速。断加速。第9页 第9页 共 70 页 二二.

7、电磁感应中的洛伦兹力和动生电动势电磁感应中的洛伦兹力和动生电动势导体切割磁感线也会产生感应电动势导体切割磁感线也会产生感应电动势,该电动该电动势产生的机理是什么势产生的机理是什么?导体切割磁感线产生导体切割磁感线产生的感应电动势的大小与哪些因素有关的感应电动势的大小与哪些因素有关?第10页 第10页 共 70 页 理论分析：理论分析：v_fff第11页 第11页 共 70 页 v_+导体两端产生电势导体两端产生电势差差动生电动势动生电动势动生电动势动生电动势是是导体中的自由导体中的自由电荷在磁场中电荷在磁场中受到受到洛仑兹力洛仑兹力作用的结果。作用的结果。f第12页 第12页 共 70 页 导

8、体导体CD在匀强磁场在匀强磁场B中以速度中以速度V向右运动向右运动,并且导线并且导线CD与与B、V的方向相垂直的方向相垂直,由于导体中的自由电子随导由于导体中的自由电子随导体一起运动体一起运动.因此每个电子受到的洛伦兹力为因此每个电子受到的洛伦兹力为F洛洛=eVB,F洛洛方向向下在力的作用下，自由电子沿导方向向下在力的作用下，自由电子沿导体向下运动，使导体下端出现过剩的负电荷体向下运动，使导体下端出现过剩的负电荷, 导体上导体上端出现过剩的正电荷结果使导体上端端出现过剩的正电荷结果使导体上端C的电势高于的电势高于下端下端D的电势的电势,出现由出现由C指向指向D的静电场的静电场,此时电场对自此时

9、电场对自由电子的作用力是向上由电子的作用力是向上,与洛伦兹力方向相反与洛伦兹力方向相反,当二力当二力互相平衡时，两端便产生一个稳定的电势差。互相平衡时，两端便产生一个稳定的电势差。 LDCX X XX X XX X XX X XX X XVF电电F洛洛第13页 第13页 共 70 页 问题问题2：导体棒一直运动下去，自由电荷是否会沿着导体：导体棒一直运动下去，自由电荷是否会沿着导体棒一直运动下去吗？为什么？棒一直运动下去吗？为什么？不会，因为正电荷向不会，因为正电荷向D运动，运动，C端将出现过剩负电荷，端将出现过剩负电荷，D端出现过剩正电荷，结果导体上端电势低于下端电势，端出现过剩正电荷，结果

10、导体上端电势低于下端电势，形成由下端形成由下端D指向上端指向上端C的静电场，正电荷的力向上，的静电场，正电荷的力向上，与洛仑兹力方向相反，当与洛仑兹力方向相反，当F洛洛=F静电静电时，自由电荷不再运时，自由电荷不再运动动 问题问题3：导体棒的哪端电势比较高？：导体棒的哪端电势比较高？ D端电势高端电势高 问题问题4：如果用导线把：如果用导线把C、D两端连到磁场外的一个用电器两端连到磁场外的一个用电器上，导体棒中电流是沿什么方向？上，导体棒中电流是沿什么方向？CD相当于电源，电源内部，电流由低电势流向高电势，相当于电源，电源内部，电流由低电势流向高电势，电流方向是电流方向是C到到D 第14页 第

11、14页 共 70 页 动生电动势的表达式：动生电动势的表达式：作用在单位正电荷的洛伦兹力为作用在单位正电荷的洛伦兹力为 F=F 洛洛/e=vB 则动生电动势为：则动生电动势为：E=FL=BLv第15页 第15页 共 70 页 1.1.下列说法中正确的是下列说法中正确的是( )( )A.A.感生电场是由变化的磁场产生的感生电场是由变化的磁场产生的B.B.恒定磁场也能在周围空间产生感应电场恒定磁场也能在周围空间产生感应电场C.C.感生电场的方向也同样可以用楞次定律和感生电场的方向也同样可以用楞次定律和右手螺旋定则来判定右手螺旋定则来判定D.D.感生电场的电场线是闭合曲线感生电场的电场线是闭合曲线A

12、CD第16页 第16页 共 70 页 2.2.如图所示如图所示, ,导体导体ABAB做切割磁感线运动时做切割磁感线运动时, ,将产生将产生感应电动势感应电动势, ,因而在电路中有电流通过因而在电路中有电流通过, ,下列说法下列说法中正确的是中正确的是( )( )A.A.因导体运动而产生的感应因导体运动而产生的感应电动势称为动生电动势电动势称为动生电动势B.B.动生电动势的产生与洛伦动生电动势的产生与洛伦兹力有关兹力有关C.C.动生电动势与电场力有关动生电动势与电场力有关D.D.动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势产生的原因是一样的产生的原因是一样的AB第17页 第17页 共 70 页

13、3.3.如右图所示如右图所示, ,一个闭合电路静止于磁场中一个闭合电路静止于磁场中, ,由于由于磁场强弱的变化磁场强弱的变化, ,而使电路中产生了感应电动势而使电路中产生了感应电动势, ,下列说法中正确的是下列说法中正确的是( )( )A.A.磁场变化时磁场变化时, ,会在这空间中会在这空间中激发一种电场激发一种电场B.B.使电荷定向移动形成电流使电荷定向移动形成电流的力是磁场力的力是磁场力C.C.使电荷定向移动形成电流使电荷定向移动形成电流的力是电场力的力是电场力D.D.以上说法都不对以上说法都不对AC第18页 第18页 共 70 页 4:4:如右图所示如右图所示, ,内壁光滑的塑料管弯成的

14、圆环平内壁光滑的塑料管弯成的圆环平放在水平桌面上放在水平桌面上, ,环内有一带负电的小球处于静环内有一带负电的小球处于静止状态止状态, ,整个装置处于竖直向下的磁场中整个装置处于竖直向下的磁场中, ,当磁场当磁场突然增大时突然增大时, ,小球将小球将( )( )AA.A.沿顺时针方向运动沿顺时针方向运动B.B.沿逆时针方向运动沿逆时针方向运动C.C.在原位置附近往复运动在原位置附近往复运动D.D.仍然保持静止状态仍然保持静止状态E感感-第19页 第19页 共 70 页 5.5.如右图所示如右图所示, ,一个带正电的粒子在垂直于匀强磁一个带正电的粒子在垂直于匀强磁场的平面内做圆周运动场的平面内做

15、圆周运动, ,当磁感应强度均匀增大时当磁感应强度均匀增大时, ,此粒子的动能将此粒子的动能将( )( )A.A.不变不变B.B.增加增加C.C.减少减少D.D.以上情况都可能以上情况都可能B第20页 第20页 共 70 页 6.6.穿过一个单匝线圈的磁通量始终保持每秒钟均穿过一个单匝线圈的磁通量始终保持每秒钟均匀地减少匀地减少2 Wb,2 Wb,则则( )( )A.A.线圈中感生电动势每秒钟增加线圈中感生电动势每秒钟增加2 V2 VB.B.线圈中感生电动势每秒钟减少线圈中感生电动势每秒钟减少2 V2 VC.C.线圈中无感生电动势线圈中无感生电动势D.D.线圈中感生电动势保持不变线圈中感生电动势

16、保持不变D第21页 第21页 共 70 页 第22页 第22页 共 70 页 7.7.如图所示如图所示, ,固定于水平桌面上的金属框架固定于水平桌面上的金属框架edcf,edcf,处于竖直处于竖直向下的匀强磁场中向下的匀强磁场中, ,金属棒金属棒abab搁在框架上可无摩擦滑动搁在框架上可无摩擦滑动, ,此时此时abcdabcd构成一个边长为构成一个边长为L L的正方形的正方形, ,棒的电阻为棒的电阻为r,r,其余其余部分电阻不计部分电阻不计, ,开始时磁感应强度为开始时磁感应强度为B B0 0. .(1)(1)若从若从t=0t=0时刻起时刻起, ,磁感应强度均匀增加磁感应强度均匀增加, ,每秒

17、每秒钟增量为钟增量为k,k,同时保持棒静止同时保持棒静止, ,求棒中的感应求棒中的感应电流电流. .在图上标出感应电流方向在图上标出感应电流方向. .(2)(2)在上述在上述(1)(1)情况中情况中, ,始终保持棒静止始终保持棒静止, ,当当t=tt=t1 1秒时秒时, ,需加在垂直于棒的水平拉力为多大需加在垂直于棒的水平拉力为多大? ?(3)(3)若从若从t=0t=0时刻起时刻起, ,磁感应强度逐渐减小磁感应强度逐渐减小, ,当棒当棒以恒定速度以恒定速度v v向右做匀速运动时向右做匀速运动时, ,可使棒中可使棒中不产生感应电流不产生感应电流. .则磁感应强度怎样随时间则磁感应强度怎样随时间变化变化( (写出写出B B与与t t的关系式的关系式)?)?第23页 第23页 共 70 页 解析解析:(1)电流方向电流方向 adcba方向方向;感应电动势感应电动势 E= =kS=kL2感应电流感应电流 (2)t=t1时时,磁感应强度磁感应强度B1=B0+kt,外力大小外力大小F=FB=(B0+kt1)kL3/r.(3)要使棒不产生感应电流要使棒不产生感应电流,即要回路即要回路abcd中磁通量不变中磁通量不变.即即BL(L+vt)=B0L2,BS