高中物理选修3-2第四章5电磁感应现象两类情况

1、第四章 5电磁感应现象的两类情况2013年11月7日1. 1.什么是电源？什么是电源？2.2.什么是电动势？什么是电动势？复习复习电源是通过非静电力做功把其他形式能转化为电电源是通过非静电力做功把其他形式能转化为电能的装置。能的装置。 如果电源移送电荷如果电源移送电荷q时非静电力所做的功为时非静电力所做的功为W，那么那么W与与q的比值，叫做电源的电动势。的比值，叫做电源的电动势。 3.3.干电池中的非静电力是什么？干电池中的非静电力是什么？化学作用。化学作用。说明：电路中电动势的作用实际上是某种非静电力说明：电路中电动势的作用实际上是某种非静电力对自由电荷的作用。对自由电荷的作用。思考： 在电

2、磁感应现象中，在电磁感应现象中，哪一种作哪一种作用扮演了非静电力的角色用扮演了非静电力的角色 ？1、感生电场：磁场变化时在其周围空间激发的、感生电场：磁场变化时在其周围空间激发的电场称为感生电场。电场称为感生电场。 注：静止的电荷激发的电场叫静电场，静电场电场线是注：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，而由正电荷出发，终于负电荷，电场线是不闭合的，而感生电场是一种涡旋电场，电场线是闭合的。感生电场是一种涡旋电场，电场线是闭合的。磁场变强磁场变强思考：如何确定感生电场思考：如何确定感生电场的方向？的方向？感生电场的方向与感应电流的方向相同感生电

3、场的方向与感应电流的方向相同用用楞次定律判定楞次定律判定2、感生电动势：由感生电场使导体产生的电、感生电动势：由感生电场使导体产生的电动势叫感生电动势（导线不动，磁场随时动势叫感生电动势（导线不动，磁场随时间变化时在导线产生的感应电动势）间变化时在导线产生的感应电动势）感生电动势的非静电力是感生电场感生电动势的非静电力是感生电场对电荷的作用。对电荷的作用。磁场变强磁场变强分析与解答：分析与解答：电子带负电，它在电场中受力的电子带负电，它在电场中受力的方向与电场的方向相反。本题中电子沿逆时针方向与电场的方向相反。本题中电子沿逆时针方向运动，所以为使电子加速，产生的电场应方向运动，所以为使电子加速

4、，产生的电场应沿顺时针方向。沿顺时针方向。 图中，磁场方向由下向上。根据楞次定律，为图中，磁场方向由下向上。根据楞次定律，为使真空室中产生顺时针方向的感生电场，磁场使真空室中产生顺时针方向的感生电场，磁场应该由弱变强。也就是说，为使电子加速，电应该由弱变强。也就是说，为使电子加速，电磁铁中的电流应该由小变大。磁铁中的电流应该由小变大。思考与讨论-UF洛F2F1讨论结果：1导体中自由电荷（正导体中自由电荷（正电荷）具有水平方向的电荷）具有水平方向的速度，由左手定则可判速度，由左手定则可判断受到沿棒向上的洛伦断受到沿棒向上的洛伦兹力作用，其合运动是兹力作用，其合运动是斜向上的。斜向上的。2自由电荷

5、不会一直运自由电荷不会一直运动下去。因为动下去。因为C、D两端两端聚集电荷越来越多，在聚集电荷越来越多，在CD棒间产生的电场越来棒间产生的电场越来越强，当电场力等于洛越强，当电场力等于洛伦兹力时，自由电荷不伦兹力时，自由电荷不再定向运动。再定向运动。3C端电势高。端电势高。4导体棒中电流是由导体棒中电流是由D指向指向C的。的。二、电磁感应现象中的洛伦兹力二、电磁感应现象中的洛伦兹力1.动生电动势：动生电动势： 由于导体运动而产生的电动势。由于导体运动而产生的电动势。动生电动势的非静电力与洛伦兹力有关。-UF洛F2F12.动生电动势的大小：动生电动势的大小：则动生电动势为：则动生电动势为：E=B

6、Lv感生电动势感生电动势动生电动势动生电动势产生原因产生原因磁场的变化磁场的变化导体做切割磁感线运动导体做切割磁感线运动移动电荷移动电荷的非静电力的非静电力感生电场对自由感生电场对自由电荷的电场力电荷的电场力导体中自由电荷所受洛导体中自由电荷所受洛伦兹力沿导体方向的分伦兹力沿导体方向的分力力回路中相回路中相当于电源的当于电源的部分部分处于变化磁场中处于变化磁场中的线圈部分的线圈部分做切割磁感线运动的导做切割磁感线运动的导体体感生电动势与动生电动势的比较感生电动势与动生电动势的比较如图所示，内壁光滑、水平放置的玻璃圆环内，如图所示，内壁光滑、水平放置的玻璃圆环内，有一直径略小于圆环直径的带有一直

7、径略小于圆环直径的带正正电的小球，以速率电的小球，以速率v0沿逆时针方向匀速转动，若在此空间突然加上方向竖沿逆时针方向匀速转动，若在此空间突然加上方向竖直向上、磁感应强度直向上、磁感应强度B随时间成正比例增加的变化磁随时间成正比例增加的变化磁场设运动过程中小球带电荷量不变，那么场设运动过程中小球带电荷量不变，那么()A A小球对玻璃圆环的压力一定不断增大小球对玻璃圆环的压力一定不断增大B B小球所受的磁场力一定不断增大小球所受的磁场力一定不断增大C C小球先沿逆时针方向减速运动，小球先沿逆时针方向减速运动，之后沿顺时针方向加速运动之后沿顺时针方向加速运动D D磁场力对小球一直不做功磁场力对小球

8、一直不做功 例例1【思路点拨思路点拨】解答本题时可按以下思路分析：解答本题时可按以下思路分析：【精讲精析精讲精析】变化的磁场将产生感生电场，这变化的磁场将产生感生电场，这种感生电场由于其电场线是闭合的，也称为涡旋种感生电场由于其电场线是闭合的，也称为涡旋电场，其场强方向可借助电磁感应现象中感应电电场，其场强方向可借助电磁感应现象中感应电流方向的判定方法，使用楞次定律判断流方向的判定方法，使用楞次定律判断当磁场增强时，会产生顺时针方向的涡旋电当磁场增强时，会产生顺时针方向的涡旋电场，电场力先对小球做负功使其速度减为零场，电场力先对小球做负功使其速度减为零,后对小球做正功使其沿顺时针方向做加速运后

9、对小球做正功使其沿顺时针方向做加速运动，所以动，所以C正确；磁场力始终与小球运动方向正确；磁场力始终与小球运动方向垂直，因此始终对小球不做功，垂直，因此始终对小球不做功，D正确；小球正确；小球在水平面内沿半径方向受两个力作用：环的在水平面内沿半径方向受两个力作用：环的压力压力FN和磁场的洛伦兹力和磁场的洛伦兹力F，这两个力的合力，这两个力的合力充当小球做圆周运动的向心力，其中充当小球做圆周运动的向心力，其中FBqv,磁场在增强，小球的速度先减小，后增大，磁场在增强，小球的速度先减小，后增大，所以洛伦兹力不一定总在增大；所以洛伦兹力不一定总在增大；【答案答案】CD【规律总结规律总结】本题的关键是

10、判断出感生电场本题的关键是判断出感生电场的方向，感生电场对小球做功，使带电小球的的方向，感生电场对小球做功，使带电小球的动能发生变化动能发生变化电磁感应中的能量守恒电磁感应中的能量守恒1.分析回路，分清电源和外电路。在电磁感应分析回路，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能量发生了转化3.根据

11、功能关系列式求解根据功能关系列式求解 与与动生电动势动生电动势有关的电磁感应现象中，有关的电磁感应现象中，通过通过克服安培力做功克服安培力做功，把机械能或其他形，把机械能或其他形式的能转化为电能式的能转化为电能克服安培力做多少功，克服安培力做多少功，就产生多少电能就产生多少电能若电路是若电路是纯电阻电路纯电阻电路，转化过来的转化过来的电能将全部转化为电阻的内电能将全部转化为电阻的内能能 在倾角为在倾角为的两平行的两平行光滑光滑长直金属导轨的下端接有长直金属导轨的下端接有一电阻一电阻R，导轨自身的电阻可忽略不计，有一匀强磁场，导轨自身的电阻可忽略不计，有一匀强磁场与两金属导轨平面垂直，方向垂直于

12、导轨面向上质量与两金属导轨平面垂直，方向垂直于导轨面向上质量为为m，电阻可不计的金属棒，电阻可不计的金属棒ab，在沿着导轨面且与棒垂，在沿着导轨面且与棒垂直的直的恒力恒力F作用下沿导轨作用下沿导轨匀速上滑匀速上滑，上升高度为上升高度为h，如图，如图所示则在此过程中所示则在此过程中()A恒力恒力F在数值上等于在数值上等于mgsinB恒力恒力F对金属棒对金属棒ab所做的功等于所做的功等于mghC恒力恒力F与重力的合力对金属棒与重力的合力对金属棒ab所做所做的功等于电阻的功等于电阻R上释放的焦耳热上释放的焦耳热D恒力恒力F与重力的合力对金属棒与重力的合力对金属棒ab所做的功等于零所做的功等于零例例2

13、解析：选解析：选C.金属棒金属棒ab沿导轨匀速上滑，合外力沿导轨匀速上滑，合外力为零，恒力为零，恒力F在数值上等于重力沿导轨方向的在数值上等于重力沿导轨方向的分力与安培力之和，故分力与安培力之和，故A错；动能不变，拉力错；动能不变，拉力做功等于克服重力和安培力做功，克服重力做功等于克服重力和安培力做功，克服重力做的功等于重力势能的增加，克服安培力做做的功等于重力势能的增加，克服安培力做的功最终转化为电阻的功最终转化为电阻R上释放的焦耳热，故上释放的焦耳热，故B错；恒力与重力的合力对金属棒做的功等于错；恒力与重力的合力对金属棒做的功等于克服安培力做的功，大小等于电阻克服安培力做的功，大小等于电阻

14、R上释放的上释放的焦耳热，焦耳热，C对对D错错电磁感应中的图象问题电磁感应中的图象问题电磁感应中常涉及磁感应强度电磁感应中常涉及磁感应强度B、磁通量、磁通量、感应电动势感应电动势E、感应电流、感应电流I、安培力、安培力F安安或外力或外力F外外随时间随时间t变化的图象，即变化的图象，即Bt图、图、t图、图、Et图、图、It图、图、Ft图对于切割磁感线产图对于切割磁感线产生感应电动势和感应电流的情况，还常涉及生感应电动势和感应电流的情况，还常涉及感应电动势感应电动势E和感应电流和感应电流I随位移随位移x变化的图象，变化的图象，即即Ex图、图、Ix图等这些图象问题大体上可图等这些图象问题大体上可分为

15、两类：分为两类：1.由给定的电磁感应过程选出或画出正确图象由给定的电磁感应过程选出或画出正确图象2.由给定的有关图象分析电磁感应过程，求解相由给定的有关图象分析电磁感应过程，求解相应的物理量应的物理量处理图象问题首先要分清阶段，然后对每个阶处理图象问题首先要分清阶段，然后对每个阶段段的导体切割情况或回路磁通量变化情况进行详的导体切割情况或回路磁通量变化情况进行详细细分析，并进一步确定感应电动势、感应电流等分析，并进一步确定感应电动势、感应电流等的的大小和方向的变化特点，最后把握整个过程的大小和方向的变化特点，最后把握整个过程的变变化规律化规律如图甲所示，光滑导轨水平放置在与水平方向夹如图甲所示

16、，光滑导轨水平放置在与水平方向夹角角60斜向下斜向下的匀强磁场中，匀强磁场的磁感应强度的匀强磁场中，匀强磁场的磁感应强度B随时间的变化规律如图乙所示随时间的变化规律如图乙所示(规定规定斜向下为正方向斜向下为正方向)，导体棒导体棒ab垂直导轨放置，除电阻垂直导轨放置，除电阻R的阻值外，其余电的阻值外，其余电阻不计，导体棒阻不计，导体棒ab在水平外力作用下在水平外力作用下始终始终处于处于静止静止状状态规定态规定ab的方向为电流的正方向，水平向右的方向的方向为电流的正方向，水平向右的方向为外力的正方向为外力的正方向，则在则在0t时间内，能正确反映流过导时间内，能正确反映流过导体棒体棒ab的电流的电流

17、I和导体棒和导体棒ab所受水平外力所受水平外力F随时间随时间t变化的变化的图象是图象是()例例3【精讲精析精讲精析】由楞次定律可判定回路中的电流始终为由楞次定律可判定回路中的电流始终为ba方向，由法拉第电磁感应定律可判定回路电流大小方向，由法拉第电磁感应定律可判定回路电流大小恒定，故恒定，故A、B错；由错；由F安安BIL可得可得F安安随随B的变化而变化，的变化而变化，在在0t0时间内，时间内，F安安方向向右，故外力方向向右，故外力F与与F安安等值反向，等值反向，方向向左为负值；在方向向左为负值；在t0t时间内，时间内，F安安方向改变，故外力方向改变，故外力F方向也改变为正值，综上所述，方向也改

18、变为正值，综上所述，D项正确项正确【答案答案】D【规律总结规律总结】解决这类问题时，一般采取排除法根解决这类问题时，一般采取排除法根据物理量的方向据物理量的方向(正、负正、负)判断较为简单判断较为简单导体棒在磁场中运动的动态分析导体棒在磁场中运动的动态分析通过导体的感应电流在磁场中将受到安培力作用，从而引起导体速通过导体的感应电流在磁场中将受到安培力作用，从而引起导体速度、加速度的变化度、加速度的变化1.基本方法基本方法(1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律求出感应电流的方用法拉第电磁感应定律和楞次定律求出感应电流的方向和感应电动势的大小向和感应电动势的大小(2)求出回路中电流的大小求出回路中电流的大小(3)分析研究导分析研究导体受力情况体受力情况(包括安培力，用左手定则确定其方向包括安培力，用左手定则确定其方向)(4)列出动力学方列出动力学方程或者平衡方程求解程或者平衡方程求解2.基本思路基本思路：电磁感应力学问题中，要抓好受力情况、运动情况的电磁感应力学问题中，要抓好受力情况、运动情况的动态：分析导体受力运动产生感应电动势动态：分析导体受力运动产生感应电动势感应电流感应电流通电导体受通电导体受到安培力到安培力合外力变化合外