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1、4.5 电磁感应现象的两类情况第四章 电磁感应 +-+非静电力每一种每一种电动势电动势都对应有一种都对应有一种非静电力非静电力这种转化的本领用这种转化的本领用电动势电动势来描述来描述非静电力做功其它形式的能电能电动势的方向在电源内部由负极正极复习与回顾开关闭合（断开）开关闭合（断开）,或改变滑片的位置或改变滑片的位置部分导体切割磁感线部分导体切割磁感线线圈B相当于电源导体棒AB相当于电源感生电动势由磁场变化引起的电动势：由磁场变化引起的电动势：动生电动势由导体运动引起的电动势：由导体运动引起的电动势：复习与回顾哪部分相当于电源？一.电磁感应现象中的感生磁场磁场变强磁场变强电流是怎样产生的？电流
2、是怎样产生的？自由电荷为什么会运动？自由电荷为什么会运动？猜想：使电荷运动的力可能是洛猜想：使电荷运动的力可能是洛伦兹力、静电力、或者是其它力伦兹力、静电力、或者是其它力使电荷运动的力难道是变化使电荷运动的力难道是变化的磁场对其施加的力吗？的磁场对其施加的力吗？I-BE感感B感感感生电动势的非静电力：感生电场对自由电荷的作用I-BE感感B感感感生电场由变化的磁场激发；电场线呈闭合状，形同漩涡；涡漩面与磁场方向垂直；与感应磁场方向满足右手螺旋.感生电场方向的感生电场方向的判断方法：判断方法：感生电场的方向判断：楞次定律右手螺旋+一.电磁感应现象中的感生磁场如果环有个小缺口而不闭合有感生电场吗?一
3、.电磁感应现象中的感生磁场环中的自由电荷还会定向移动吗?将在哪端聚集?哪端相当于电源的正极?-+-E感感感生电动势方向的判断：感生电动势大小的计算：楞次定律+右手螺旋定则感生电场由变化的磁场激发，而非闭合环激发，故：与环闭合与否、存在与否均无关！一.电磁感应现象中的感生磁场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?由感生电场判断感应磁场方向如何?竖直向上逆时针顺时针竖直向下原磁场在增强，即电流在增大俯视图俯视图I实际应用：电子加速器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
4、向关系描述正确的是()A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B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AD(1)(1)自由电荷会随着自由电荷会随着导体棒运动导体棒运动,并因此并因此受到洛伦兹力受到洛伦兹力.导体导体中自由电荷的合运中自由电荷的合运动在空间大致沿什动在空间大致沿什么方向？么方向？为了方便，为了方便，可以认为导体中的可以认为导体中的自由电荷是自由电荷是正电荷正电荷.BVfVy+-(3)(3)导
5、体棒一直运导体棒一直运动下去，自由电动下去，自由电荷是否总会沿着荷是否总会沿着导体棒一直运动导体棒一直运动下去下去?F电电CD(2)(2)导体棒的哪端导体棒的哪端电势比较高电势比较高?(4)(4)如果用导线把如果用导线把C C、D D两端连到磁两端连到磁场外的一个用电场外的一个用电器上，导体棒中器上，导体棒中电流是沿什么方电流是沿什么方向的向的?(5)(5)如果移去如果移去C C、D D两端连接的用电两端连接的用电器，导体棒中还器，导体棒中还有电流吗有电流吗?还有电还有电动势吗动势吗?V合二.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BVfVy+FCD动生电动势的非静电力：与洛伦兹力
6、有关右手定则V合动生电动势BVfVy+-FCDf2V合F安安F外外沿杆方向的洛伦兹力做功吗?与我们在磁场学习时得到的结论：“洛伦兹力永不做功！”矛盾吗？f合导体棒接用电器后导体棒接用电器后,要继续做要继续做匀速运动时还需要外力推动吗？时还需要外力推动吗？能量是怎样转化的呢？能量是怎样转化的呢？其它形式的能F外外做正功导体棒的动能F安做负功电 能电流做功内能f做正功二.电磁感应现象中的洛伦兹力动生电动势BVfVy+-FCDf2F安安F外外能量是怎样转化的呢？能量是怎样转化的呢？其它形式的能F外外做正功导体棒的动能F安做负功电 能电流做功内能洛伦兹力不做功，不提供能量，只是起传递能量的作用.洛伦兹
7、力的沿杆分力f：扮演了扮演了非静电力，其做了多少正功，就转化出了多少电能其做了多少正功，就转化出了多少电能.洛伦兹力的垂直杆分力f2：宏观表现为宏观表现为安培力,通过计算克服安培力做了多少功，也通过计算克服安培力做了多少功，也可知道产生了多少电能可知道产生了多少电能.二.电磁感应现象中的洛伦兹力动生电动势f做正功动生电动势动生电动势感生电动势感生电动势特特点点磁场不变磁场不变，闭合电路的整，闭合电路的整体或局部在磁场中体或局部在磁场中运动运动导导致回路中磁通量变化致回路中磁通量变化闭合回路的任何部分都不闭合回路的任何部分都不动，空间动，空间磁场变化磁场变化导致回导致回路中磁通量变化路中磁通量变
8、化原原因因由于由于S变化变化引起引起回路中回路中 变化变化由于由于B变化变化引起引起回路中回路中 变化变化非静电力是洛仑兹力非静电力是洛仑兹力的的分力分力,由洛仑兹力对运动由洛仑兹力对运动电荷作用而产生电动势电荷作用而产生电动势变化磁场在它周围空间激发变化磁场在它周围空间激发感生电场，感生电场，非静电力是感生非静电力是感生电场力电场力，由感生电场力对电，由感生电场力对电荷做功而产生电动势荷做功而产生电动势方向方向的的来来源源非非静静电电力力楞次定律楞次定律+右手螺旋定则右手螺旋定则楞次定律楞次定律(或右手定则或右手定则)对对 比比下列说法中正确的是下列说法中正确的是()A 动生电动势是洛伦兹力
9、的一个分力对导体中自动生电动势是洛伦兹力的一个分力对导体中自 由电荷做功而引起的由电荷做功而引起的 B因为洛伦兹力对运动电荷始终不做功，所以动因为洛伦兹力对运动电荷始终不做功，所以动 生电动势不是由洛伦兹力而产生的生电动势不是由洛伦兹力而产生的 C动生电动势的方向可以由右手定则来判定动生电动势的方向可以由右手定则来判定 D导体棒切割磁感线产生感应电流，受到的安培导体棒切割磁感线产生感应电流，受到的安培 力一定与受到的外力大小相等、方向相反力一定与受到的外力大小相等、方向相反AC如图所示，一金属半圆环置于匀强磁场中，当磁如图所示，一金属半圆环置于匀强磁场中，当磁场突然减弱时，则两端点的电势场突然
10、减弱时，则两端点的电势()AN点电势高点电势高 BM点电势高点电势高 C若磁场不变，将半圆环绕若磁场不变，将半圆环绕MN轴轴 旋转旋转180的过程中，的过程中，N点电势高点电势高 D若磁场不变，将半圆环绕若磁场不变，将半圆环绕MN轴轴 旋转旋转180的过程中，的过程中，M点电势高点电势高BD如图所示如图所示,L10.5 m,L20.8 m,回路总电阻为回路总电阻为R0.2,M0.04 kg,导轨光滑导轨光滑,开始时磁场开始时磁场B01 T.现使磁感应强现使磁感应强度以度以B/t0.2 T/s的变化率均匀地增大的变化率均匀地增大,试求试求:当当t为多少为多少时，时，M刚离开地面？刚离开地面？(g
11、取取10 m/s2)类型二：感生电动势的计算感生电动势的计算如图所示，金属杆如图所示，金属杆ab以恒定的速率以恒定的速率v 在光滑平行导轨上在光滑平行导轨上向右滑行，设整个电路中总电阻为向右滑行，设整个电路中总电阻为R(恒定不变恒定不变)，整个，整个装置置于垂直纸面向里的匀强磁场中，下列叙述正确装置置于垂直纸面向里的匀强磁场中，下列叙述正确的是的是()Aab杆中的电流与速率杆中的电流与速率v 成正比成正比B磁场作用于磁场作用于ab杆的安培力与速率杆的安培力与速率v 成正比成正比C电阻电阻R上产生的电热功率与速率上产生的电热功率与速率v 的平方成正比的平方成正比D外力对外力对ab杆做功的功率与速
12、率杆做功的功率与速率v 的平方成正比的平方成正比类型三：动生电动势的计算动生电动势的计算ABCD类型四：电磁感应的图像问题电磁感应的图像问题如如图图甲甲所所示示，矩矩形形导导线线框框abcd固固定定在在匀匀强强磁磁场场中中，磁磁感感线线的的方方向向与与导导线线框框所所在在平平面面垂垂直直规规定定磁磁场场的的正正方方向向垂垂直直纸纸面面向向里里，磁磁感感应应强强度度B随随时时间间变变化化的的规规律律如如图图乙乙所所示示，若若规规定定顺顺时时针针方方向向为为感感应应电电流流i的的正正方方向向，下下列列选选项项中中的的it图中正确的是图中正确的是()D变变式式：如如图图所所示示，等等腰腰三三角角形形
13、内内分分布布有有垂垂直直于于纸纸面面向向外外的的匀匀强强磁磁场场，它它的的底底边边在在x轴轴上上且且长长为为2L，高高为为L，纸纸面面内内一一边边长长为为L的的正正方方形形导导线线框框沿沿x轴轴正正方方向向做做匀匀速速直直线线运运动动穿穿过匀强磁场区域，在过匀强磁场区域，在t0时刻恰好位于图所示时刻恰好位于图所示的位置，以顺时针方向为导线框中的位置，以顺时针方向为导线框中电流的正方向，在图中，能够正确电流的正方向，在图中，能够正确表示导线框的表示导线框的Ix关系的是关系的是()类型四：电磁感应的图像问题电磁感应的图像问题A电磁感应现象中的能量转化与守恒如图所示，足够长的U形导体框架的宽度L=0
14、.5m，电阻忽略不计，其所在平面与水平面成=37角，磁感应强度B=0.8T的匀强磁场方向垂直于导体框平面，一根质量m=0.2kg，有效电阻R=2的导体棒MN垂直跨放在U形框架上，导体棒与框架间的动摩擦因数为=0.5，导体棒由静止开始沿框架下滑到刚开始匀速运动，通过导体棒截面的电量共为Q=2C，取g=10m/s 2求：(1)导体棒匀速运动的速度；(2)导体棒从开始下滑到刚 开始匀速运动这一过程中,导体棒的电阻消耗的电功电磁感应现象中的能量转化与守恒如图所示，AB、CD是两根足够长的固定平行金属导轨，两导轨间距离为L，导轨平面与水平面的夹角为。在整个导轨平面内都有垂直于导轨平面斜向上方的匀强磁场，
15、磁感应强度为B。在导轨的A、C端连接一个阻值为R的电阻。一根垂直于导轨放置的金属棒ab，电阻为r质量为m，从静止开始沿导轨下滑。下滑高度为H时达到最大速度，不计摩擦，求在此过程中：(1)ab棒的最大速度；(2)通过电阻R的热量；(3)通过电阻R的电量.FF安F安BILE=BLVmIE/(R+r)例：如图所示，处在磁感应强度B=0.5T的光滑且水平的导轨上连接一R=4的电阻,长L=0.4m，r=1的ab开始静止，当受到一个F=0.08N的向右恒力的作用，则：问1：ab将如何运动？ab的最大速度是多少？（一）导体切割磁感线类FRab先做加速度减小的加速运动，后匀速运动F安例：如图所示，处在磁感应强
16、度B=0.5T的光滑且水平的导轨上连接一R=4的电阻,长L=0.4m，r=1的ab开始静止，当受到一个F=0.08N的向右恒力的作用，则：（一）导体切割磁感线类FRabF安P电=P克服安=P外0.8W其它形式能量电能W克服安热能W电流问2：ab速度为10m/s时,总电功率为多少？克服安培力的功率为多少？外力的功率为多少？能量是如何转化的？例：如图所示，处在磁感应强度B=0.5T的光滑且水平的导轨上连接一R=4的电阻,长L=0.4m，r=1的ab开始静止，当受到一个F=0.08N的向右恒力的作用，则：（一）导体切割磁感线类FRabF安问3:ab速度为5m/s时,总电功率为多少？克服安培力的功率为
17、多少？外力的功率为多少？能量是如何转化的？P电=P克服安=0.2W P外0.4W电能W电流动能其它形式能量热能W克服安WF-W克服安例：如图所示，处在磁感应强度B=0.5T的光滑且水平的导轨上连接一R=4的电阻,长L=0.4m，r=1的ab开始静止，当受到一个F=0.08N的向右恒力的作用，则：（一）导体切割磁感线类FRabF安P电=P克服安=0.2W P外0.4WP电=P克服安=P外0.8Wv=10m/s时：v=5m/s时：在导体切割磁感线产生电磁感应现象，我们用外力克服安培力做功来量度有多少其它形式的能量转化为电能。W克服安=E电 ；表达式：P克服安=P电做功能量变化重力做功重力势能变化弹
18、力做功弹性势能变化合外力做功动能变化除弹力和重力之外其他力做功机械能的变化一对滑动摩擦力对系统做功系统内能的变化电场力做功电势能变化功是能量转化的量度克服安培力做功电能变化例题2：如图所示，光滑水平放置的足够长平行导轨MN、PQ的间距为L，导轨MN、PQ电阻不计。电源的电动势E，内阻r，金属杆EF其有效电阻为R，整个装置处于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度B，现在闭合开关。E，rRF安问1：金属杆EF将如何运动？最终速度多大？LE反先做加速度减小的加速运动，后匀速运动。E=E反E反BLVm思考：在导体切割磁感线情况下，安培力如果做正功，能量又是怎样转化的？如何用做功来量度？例题2：如图所示，光
19、滑水平放置的足够长平行导轨MN、PQ的间距为L，导轨MN、PQ电阻不计。电源的电动势E，内阻r，金属杆EF其有效电阻为R，整个装置处于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度B，现在闭合开关。E，rRF安LE反问2：当EF速度为v时，其机械功率P机？电路产生的热功率P热？电源消耗的电功率P电？P机、P热、P电三者的关系？P机F安VF安BILP电P机+P热能量守恒例题2：如图所示，光滑水平放置的足够长平行导轨MN、PQ的间距为L，导轨MN、PQ电阻不计。电源的电动势E，内阻r，金属杆EF其有效电阻为R，整个装置处于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度B，现在闭合开关。E，rRF安LE反问3：能量是如何转化的？如何用做功量度能量的变化？动能热能W安W电流-W安电能导体切割磁感线产生电磁感应的过程，同时伴随着能量的转化和遵守能量守恒定律。当外力克服安培力做功时，就有其它形式的能转化为电能。W克服安 E电当安培力做正功时，就有电能转化为其它形式的能量。W安 EKRFabF安F安vv