高中物理选修32课件模式219份第4章5节

第5节 电磁感应现象的两类情况1．感生电场19世纪60年代，英国物理学家麦克斯韦在他的电磁场理论中指出：变化的磁场能在周围空间激发电场，我们把这种电场叫感生电场．教材要点解读对应学生用书P162．感生电动势如图所示，当磁场变化时，产生的感生电场的电场线是与磁场方向垂直的曲线．如果空间存在闭合导体，导体中的自由电荷就会在感生电场的作用下做定向运动，产生感应电流，或者说导体中产生了感应电动势．这种由感生电场产生的感应电动势也叫感生电动势．在这种情况下，感生电场提供了使电荷运动的非静电力．感生电场的应用电子感应加速器是应用感生电场对电子的作用来加速电子的一种装置，主要用于核反应研究．感生电场的方向闭合环形回路(可假定存在)的感生电流方向就表示感生电场的电场方向，可用楞次定律判断．静电场的电场线不闭合，感生电场由于是一种涡旋场，所以电场线闭合．感生电场是否存在仅取决于有无变化的磁场，与是否存在导体及是否存在闭合回路无关．产生：导体在不变的磁场中做切割运动时，自由电荷会受到洛伦兹力，这种情况下产生的电动势称为动生电动势．大小：E＝Blv(B的方向与v的方向垂直)．作用：动生电动势相当于电源，切割磁感线的部分相当于内电路．4．能量关系：产生动生电动势的过程中机械能向电能转化，并满足能量守恒定律．(1)动生电动势的产生与电路是否闭合无关．(2)当电路不闭合时，切割磁感线的导体两端积聚电荷，则在导体内产生附加电场，电荷在受洛伦兹力的同时也受电场力作用．如图所示，当导体AB

以恒定速度v1

向右运动切割磁感线时，负电荷受洛伦兹力方向向下，则B

端聚集负电荷，同时A

端剩余等量正电荷，在导体内产生向下的电场，使负电荷受洛伦兹力的同时，也受电场力，但电场力方向向上，故当洛伦兹力qvB＝qUab时，电荷不再定l向移动，此时AB

间电压最大，即电源电动势E＝Uab.5．感生电动势与动生电动势的区别物理量比较内容感生电动势动生电动势产生原因磁场的变化导体做切割磁感线运动移动电荷的非静电力感生电场对自由电荷的电场力导体中自由电荷所受洛伦兹力沿导体方向的分力回路中相当于电源的部分处于变化磁场中的线圈部分做切割磁感线运动的导体判断方向的方法由楞次定律和安培定则判断通常由右手定则判断，也可由楞次定律判断计算方法E＝

ΔΦn

ΔtE＝Blvsinθ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.解题方法指导对应学生用书P17某空间出现了如图所示的磁场，当磁感应强度变化时，在垂直于磁场的方向上会产生感生电场，有关磁感应强度的变化与感生电场的方向关系描述正确的是()当磁感应强度均匀增大时，感生电场的电场线从上向下看应为顺时针方向当磁感应强度均匀增大时，感生电场的电场线从上向下看应为逆时针方向C．当磁感应强度均匀减小时，感生电场的电场线从上向下看应为顺时针方向D．当磁感应强度均匀减小时，感生电场的电场线从上向下看应为逆时针方向【解析】感生电场中电场线的方向用楞次定律来判定：原磁场向上且磁感应强度在增大，在周围有闭合导线的情况下，感应电流的磁场方向应与原磁场方向相反，即感应电流的磁场方向向下，再由右手螺旋定则得到感应电流的方向是：从上向下看应为顺时针方向，则感生电场的方向从上向下看也为顺时针方向；同理可知，原磁场方向向上且磁感应强度减小时，感生电场的方向从上向下看应为逆时针方向．所以A、D对．【答案】

AD【方法总结】变化的磁场产生感生电场．感生电场或感生电动势的方向可根据楞次定律运用右手定则判断与判断感应电流方向的方法相同，其思路如下：磁通量的变化情况楞次定律楞次定律感应电流磁场的方向右手螺旋定则感应电场方向(即感应电动势方向)．右手螺旋定则n

Δt(3)感生电动势的大小E＝

ΔΦ.如图所示的是一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，有一变化的磁场竖直向下穿过玻璃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增大，设小球在运动过程中所带电荷量不变，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加

C．洛伦兹力对小球做了功

D．小球受到的洛伦兹力大小与时间成正比解析：本题的关键是判断感生电场的方向，然后判断感生电场对小球的做功情况．题中磁感应强度向下且随时间成正比增大，由楞次定律可判定感生电场方向与小球初速度

v0

同向，小球带正电，感生电场的电场力对小球做正功，小v2球动能增大，其速率变大，根据向心力公式F

向＝m

R

可知，F

向变大，故选项A

错误，B

正确；带电小球受到的洛伦兹力f

洛＝qvB，可见f

洛增大，但其方向始终与v

垂直，洛伦兹力对小球不做功，选项C

错误；由于v

增大，同时磁感应强度B∝t，故f

洛与时间t

不成正比，所以选项D

错误．答案：B如图所示，固定于水平桌面上的金属框架cdef处在竖直向下的匀强磁场中，金属棒ab搁在框架上，可无摩擦滑动．此时abed构成一个边长为l的正方形，棒的电阻为R，其余部分电阻不计．开始时磁感应强度为B0.若从t＝0时刻起，磁感应强度均匀增加，每秒增量为k，同时加上外力使棒保持静止，求棒中的感应电流，并在图上标出感应电流的方向．在上述(1)情况中，始终保持棒静止，当t＝t1时需加垂直于棒的水平拉力为多大？若从t＝0时刻起，磁感应强度逐渐减小，当棒以恒定速度v向右做匀速运动时，可使棒中不产生感应电流，则磁感应强度应怎样随时间变化？(写出B与t的关系式)＝

Δt【解析】

(1)感应电动势

E

ΔΦ＝kl2，E

kl2感应电流I＝R＝

R

，由楞次定律可判定感应电流方向为逆时针．kl3(2)t＝t1

时，B＝B0＋kt1，F＝BIl，所以F＝(B0＋kt1)R

.(3)使棒中不产生感应电流，则应保持总磁通量不变，即02Bl(l＋vt)＝B

l

，所以B＝0B

ll＋vt.【答案】kl2(1)R

，感应电流方向为逆时针(2)F＝(B0kl3＋kt1)

RB0l(3)B＝l＋vt【方法总结】(1)感生电动势的大小E＝nΔΦ，动生电动势大小E＝ΔtBlv，其中B、l、v

三量相互垂直．(2)在闭合电路中同时产生动生电动势和感生电动势时应分析两个电源是相互加强，还是相互减弱．如图所示，两根平行金属导轨固定在水平桌面上，每根导轨每米的电阻为

r0＝0.10Ω，导轨的端点P、Q用电阻可忽略的导线相连，两导轨间的距离l＝0.20

m．有随时间变化的磁场垂直于桌面向下，已知磁感应强度B与时间t的关系为B＝kt，比例系数k＝0.020T/s.一电阻不计的金属杆可在导轨上无摩擦地滑动，在滑动过程中保持与导轨垂直，在t＝0时刻，金属杆紧靠P、Q端，在外力作用下，杆以恒定的加速度a＝1m/s2从静止开始向导轨的另一端滑动，求在t＝0.6s时金属杆所受的安培力．解析：t＝0.6

s

时，回路中：动生电动势E1＝Blv1代入数据解得E

＝1.44×10—又B＝ktv＝at3V感生电动势E2＝

ΔtΔΦ＝ΔBΔt

lx1又x＝2at2代入数据解得

E2＝0.72×10－3

V又由右手定则及楞次定律知E1、E2

同向，故回路中此时总电动势为：E＝E1＋E2＝2.16×10－3

V回路中电阻R＝2xr0＝3.6×10－2

Ω回路中电流IE－2＝R＝6×10

A则金属杆受的安培力F＝BIl＝ktIl＝1.44×10－4

N由左手定则知方向向右答案：1.44×10－4

N，方向向右如图所示，在匀强磁场中放有两平行铜导轨，它与大线圈M相连接，要使小线圈N获得顺时针方向的感应电流，则放在导轨上的裸金属棒ab的运动情况是(两线圈共面放置)(A．向右匀速运动

B．向左加速运动

C．向右减速运动

D．向右加速运动)【解析】欲使N中产生顺时针方向的感应电流，感应电流磁场垂直纸面向里，由楞次定律可知有两种情况：一是M中有顺时针方向逐渐减小的电流，使其在N中的磁场方向向里，且磁通量在减小；二是M中有逆时针方向逐渐增大的电流，使其在N中的磁场方向向外，且磁通量在增大．因此根据右手定则可知ab的运动方向，从而可得到原线圈M中的电流方向．故对于前者应使ab向右减速运动，对于后者，应使ab向左加速运动，故应选B、C项．【答案】

BC【方法总结】关于切割类的二次感应问题，导体切割磁感线的运动方向，决定可能产生二次感应的磁通量的方向，导体切割速度的变化，决定着产生二次感应的磁通量的变化，只有切割速度变化时，才可能产生二次感应．如图所示，水平放置的两条光滑轨道上有可自由移动的金属棒PQ、MN，当PQ在外力作用下运动时，MN在磁场力作用下向右运动，则PQ所做的运动可能是(A．向右加速运动B．向左加速运动

C．向右减速运动

D．向左减速运动)解析：答案：BC默读联想记忆对应学生用书P18课堂巩固训练对应学生用书P181.下列说法中正确的是(

)

A．感生电场由变化的磁场产生

B．恒定的磁场也能在周围空间产生感生电场

C．感生电场的方向也同样可以用楞次定律来判定D．感生电场的电场线是闭合曲线，其方向一定是沿逆时针方向解析：磁场变化时在空间激发感生电场，其方向与所产生的感应电流方向相同，可由楞次定律判断，A、C项正确．答案：AC2．如图所示，导体AB在做切割磁感线运动时，将产生一个感应电动势，因而在电路中有电流通过，下列说法中正确的是()A．因导体运动而产生的感应电动势称为动生电动势

B．动生电动势的产生与洛伦兹力有关

C．动生电动势的产生与电场力有关

D．动生电动势和感生电动势产生的原因是一样的

解析：根据动生电动势的定义可知A项正确．动生电动势中的非静电力与洛伦兹力有关，感生电动势中的非静电力与感生电场有关，B项正确，C、D项错误．答案：AB3．某空间出现了如图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方向磁场在迅速增强

D．沿BA方向磁场在迅速减弱解析：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、C有可能．答案：AC4．研究表明，地球磁场对鸽子识别方向起着重要作用．鸽子体内的电阻大约为103Ω，当它在地球磁场中展翅飞行时，