电磁感应现象的两类情况

第五节

《电磁感应定律的应用》知识回顾:感应电动势的有无取决于:感应电动势的大小取决于:磁通量是否变化磁通量的变化率的大小法拉第电磁感应定律:n为线圈的匝数E求解重要的推论:（θ为v与B夹角）通常计算平均感应电动势多用于计算瞬时感应电动势导体切割磁感线动生电动势电键闭合，改变滑动片的位置感生电动势AB相当于电源线圈B相当于电源磁场变化引起的电动势△回顾电荷在外电路和内电路中的运动。△电源电动势的作用是某种非静电力对自由电荷的作用。abcd化学作用就是我们所说的非静电力一、感应电场与感生电动势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电场特征：由于磁场的强弱变化，闭合电路中产生了感应电流，电路中的自由电荷是在感应电场作用下定向移动的，即由于感应电场的变化，在电路中形成了感应磁场，感应电场为涡旋电场。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。当磁场增强时，产生的感应电场是与磁场方向垂直的曲线，如果此空间存在闭合导线，导体中的自由电荷就会在电场力作用下定向移动，而产生感应电流2、感应电动势：由感生电场使导体产生的电动势叫感生电动势（导线不动，磁场随时间变化时在导线产生的感应电动势）1）作用：在电路的作用就是电源，其电路就是内电路，当它与外电路连接后就会对外电路供电2）产生原因：涡旋电场产生的电场力作为一种非静电力在导体中产生感生电动势实际应用电子感应加速器穿过真空室内磁场的方向由图知电子沿什么方向运动要使电子沿此方向加速，感生电场的方向如何由感生电场引起的磁场方向如何竖直向上逆时针顺时针向下原磁场在增强，即电流在增大。二、洛仑兹力与动生电动势1、动生电动势：磁场不变，由导体运动引起磁通量的变化而产生的感应电动势2、产生机理：问题1：自由电荷会随着导线棒运动，并因此受到洛伦兹力，导体中自由电荷的合运动在空间大致沿什么方向运动？（为正电荷）由左手定则可知，自由电荷将受到由C到D的力，所以自由电荷沿导线向下运动问题2：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？不会，因为正电荷向D运动，C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，形成由下端D指向上端C的静电场，正电荷的力向上，与洛仑兹力方向相反，当F洛=F静电时，自由电荷不再运动问题3：导体的棒的哪端电势比较高？D端电势高问题4：如果用导线把C、D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？CD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C到D动生电动势的表达式：作用在单位正电荷的洛伦兹力为F=F洛/e=vB则动生电动势为：E=FL=BLv结论：与法拉第电磁感应定律得到的结果一致探讨：-洛伦兹力不做功，不提供能量，只是起传递能量的作用。即外力克服洛伦兹力的一个分量F2所做的功，通过另一个分量F1转化为感应电流的能量※洛伦兹力做功吗？※能量是怎样转化的呢？UωF洛F2F1VLMN×××××××××××××××××××××××××R例题：光滑导轨上架一个直导体棒MN，设MN向右匀速运动的速度为V，MN长为L,不计其他电阻求：（1）导体MN做匀速运动时受到的安培力大小和方向？（2）导体MN受到的外力的大小和方向？（3）MN向右运动S位移，外力克服安培力做功的表达式是什么？（4）在此过程中感应电流做功是多少？结论：在纯电阻电路中，外力克服安培力做了多少功将有多少热量产生。实际应用例1、如图，两个相连的金属圆环，粗金属圆环的电阻为细金属圆环电阻的一半。磁场垂直穿过粗金属环所在的区域，当磁感应随时间均匀变化时，在粗环里产生的感应电动势为E，则ab两点间的电势差为（）A．E/2B．E/3C．2E/3D．E例2、如图，内壁光滑的塑料管弯成的圆环平放在水平桌面上，环内有一带负电小球，整个装置处于竖直向下的磁场中，当磁场突然增大时，小球将（）A、沿顺时针方向运动B、沿逆时针方向运动C、在原位置附近往复运动D、仍然保持静止状态例3、有一面积为S=100cm2的金属环，电阻为R=01Ω如图所示，环中磁场变化规律如图所示，且方向垂直环向里，在t1和t2时间内，环中感应电流的方向如何？通过金属环的电荷量为多少？例4：如图所示，竖直向上的匀强磁场，磁感应强度B=，并且以△B/△t=在变化水平轨道电阻不计，且不计摩擦阻力，0=01Ω的导体棒，并用水平线通过定滑轮吊着质量为M=的重物，轨道左端连接的电阻R=04Ω，图中的L=，求至少经过多长时间才能吊起重物。动