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1、5电磁感应现象的两类情况学习目标1.物理观念知道感生电动势、动生电动势的概念及产生原 因.2科学思维会用楞次定律判断感生电场的方向，用左手定则判断洛伦兹力 的方向.（重点）3科学思维知道电磁感应现象遵守能量守恒定律.44科学思 维与力学、电路相结合的电磁感应综合问题.（难点）一、电磁感应现象中的感生电场1 .感生电场：磁场变化时在空间激发的一种电场.2 .感生电动势：由感生电场产生的感应电动势.3 .感生电动势中的非静电力：感生电场对自由电荷的作用.4 .感生电场的方向：与所产生的感应电流的方向相同，可根据楞次定律和右 手螺旋定则判断.二、电磁感应现象中的洛伦兹力1 .动生电动势：由于导体做切
2、割磁感线运动而产生的感应电动势.2 .动生电动势中的“非静电力”：自由电荷因随导体棒运动而受到洛伦兹力, 非静电力与洛伦兹力有关.3 .动生电动势中的功能关系：闭合回路中，导体棒做切割磁感线运动时，克 服安培力做功,其他形式的能转化为电能.1.思考判断（正确的打“，错误的打“X”）（1）磁场可以对电荷做功.（X）（2）感生电场可以对电荷做功.（J）（3）磁场越强，磁场变化时产生的感生电场越强.（X）（4）动生电动势产生的原因是导体内部的自由电荷受到洛伦兹力的作用.（ J）（5）产生动生电动势时，洛伦兹力对自由电荷做了功.（X）2 .在如图所示的四种磁场变化情况中能产生恒定的感生电场的是（）A
3、BCDC 变化的磁场产生电场，均匀变化的磁场产生恒定的电场，故选C.3 .（多选）如图所示，导体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AB 根据动生电动势的定义，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.2点1 .感生电场是二种涡旋电场电场线是闭合的.2 .感生电场的方向可由楞次定律判断.如图所示，当磁场增强时，产生的感
4、 生电场是与磁场方向垂直且阻碍磁场增强的电场.3 .感生电场的存在与是否存在闭合电路无关.4 .电路中电源电动势是非静电力对自由电荷的作用.在电池中，这种力表现 为化学作用.5 .感生电场对电荷产生的力，相当于电源内部的所谓的非静电力.感生电动 势在电路中的作用就是电源.【例1】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.沿方向磁场在迅速减弱B.沿方向磁场在迅速增强C,沿氏1方向磁场恒定不变D.沿5A方向磁场在迅速减弱A 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是顺时针的，由右手螺旋定
5、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 磁场方向向下且沿方向减弱，或原磁场方向向上，且沿方向增强，所以A 有可能.【例2】 如图甲所示，匝数=50的圆形线圈M,它的两端点、力与内阻 很大的电压表相连，线圈中磁通量的变化规律如图乙所示，则。、。两点的电势高 低与电压表的读数为（）A.仰0瓦20 VB.（pa（pb、ia VC.（!）a（pb20 VD.（pa（pb,10YB 圆形线圈产生电动势，相当于电源内电路.磁通量均匀增大，由楞次定 律知，线圈中感应电流为逆时针方向，又线图相当于内电路，故外；七=彦8X0 01=50XV=10V,电压表测量的是电源的电动势，即
6、感应电动势，因而电压表的读数为10 V.故B正确.跟进训练1.如图所示，在一水平光滑绝缘塑料板上有一环形凹槽，有一质量为机、电 荷量为q的带正电小球，在槽内沿顺时针方向做匀速圆周运动，现加一竖直向上 的磁感应强度均匀减小的磁场，则（）A .小球速度变大B.小球速度变小C.小球速度不变D.小球速度可能变大也可能变小B磁场的变化使空间内产生感生电场，由楞次定律知感生电场的方向为逆时 针，带正电小球受到的电场力与运动方向相反，故小球速度减小，选B.2点1得动生电动势的理解和计算感生电动势与动生电动势的对比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
7、 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方向判断方法由楞次定律判断通常由右手定则判断，也可由楞次定 律判断大小计算方法.A如 1 z由=工计算通常由E=5Msin计算，也可由EA/ 算【例3】 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 电阻为八)=0.10。，导轨的端点P、。用电阻可忽略的导线相连，两导轨间的距离 /=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，的 关系为B=kt,比例系数%=0.020 17s.一电阻不计的金属杆可在导轨上无摩擦地滑 动，在滑动过
8、程中保持与导轨垂直，在f=0时刻，金属杆紧靠P、。端，在外力 作用下，金属杆以恒定的加速度=lm/s2从静止开始向导轨的另一端滑动，求在 f=0.6s时金属杆所受的安培力.解析N=0.6s时，回路中动生电动势= B加又 B=kt, v=at代入数据解得Ei = 1.44X IO、v感生电动势及=等=等立又 x=at2代入数据解得2=0.72X 10-3 V又由右手定则及楞次定律知百、及同向，故此时回路中总电动势为 E=Ei+E2=2.16X 10-3 V回路中电阻R=2xm=3.6X 10-2。E回路中电流/=6X 10-2 A则金属杆受的安培力F=BIl=ktIl=1. 44X10-4N,由
9、左手定则知方向向右.答案L44X104N,方向向右(1)E=B历sin 0是由E=笔在一定条件下推导出来的，若B不变，则E= (bBlvsin 0和是等效替代关系.(2)若导体切割磁感线的同时，磁感应强度B是变化的，则E=B勿sin，和E=詈是同时存在的.跟进训练2 .如图所示，半径为R的圆形导轨处在垂直于圆平面的匀强磁场中，磁感应 强度为B,方向垂直于纸面向里，一根长度略大于导轨直径的导体棒MN以速率。 在圆导轨上从左端滑到右端，电路中的定值电阻为r,其余电阻不计，导体棒与圆 形导轨接触良好.求：(1)在滑动过程中通过电阻r的电流的平均值；(2)MN从左端到右端的整个过程中，通过的电荷量；(
10、3)MN通过圆导轨中心时通过r的电流.解析(1)整个过程磁通量的变化为AG=BS=BtiR2,21?所用的时间Ar=,d 入过 17BllR2 BltRV代人得通过，的平均电流7=驾马 r /r(2)通过/的电荷量 BnRv 2R BnR2q= I=,“2r v r(3)MN经过圆轨中心。时，感应电动势E=Blv=2BRv.sE 2RBv通过r的电流/=._ . BnRv BttR2 2RBv答案(1)7- (2) (3) 丁一电磁感应现象中的能量转化与守恒3 .与感生电动势有关的电磁感应现象中,磁场能转化为电能，若电路是纯电阻 电路，转化过来的电能将全部转化为电阻的内能.4 .与动生电动势有
11、关的电磁感应现象中，通过克服安培力做功，把机械能或 其他形式的能转化为电能.克服安培力做多少功，就产生多少电能.若电路是纯 电阻电路，转化过来的电能也将全部转化为电阻的内能.【例4】 在图中，设运动导线岫长为L,速度为匀强磁场的磁感应强 度为8,闭合电路总电阻为R探究为了保持导线做匀速运动，外力所做的功W外 和感应电流的电功W电的关系.思路点拨：解析运动导体产生的电动势E=BLv电路中的感应电流/=3=竿磁场对这个电流的作用力B2L2v保持匀速运动所需外力尸外=尸尸外=尸B2L2v*=R-在AE时间内，外力所做的功B2Iv2W%=尸分-s-A/K而此时间内，感应电流的电功是c B2Iv2W 电
12、=/RAf=刀 Af可见W外=W也答案1见解析求解电磁感应现象中能量守恒问题的一般步骤(1)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.(2)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.跟进训练5 .(多选)如图所示，匀强磁场方向垂直于线圈平面向里，先后两次将线圈从同 一位置匀速地拉出有界磁场，第一次拉出时速度为s=oo,第二次拉出时速度为 P2=2po,前后两次拉出线圈的过程中，下列说法错误的是(A.线圈中感应电流之比是1 ： 2B.线圈中产生的热量之比是2： 1C.沿运动方
13、向作用在线框上的外力的功率之比为1 ： 2D.流过任一横截面感应电荷量之比为1 ： 1BC 线框在拉出磁场的过程中，导体做切割磁感线运动，产生感应电 动蛰E=Bh）,线框中的感应电流/=。=萼，所以力：/2=s ： ”=1 ： 2;线框中K KaC伊丫 I，八2同，v产生的电热R=无一,所以Qi ： Q2=vi ： v2=l ： 2；由于匀速运动，施加的外力与安培力相等，故外力的功率P=Fv=BIlv=不一,所以P:尸2=忧：W=1: 4；流过线圈任一横截面的电荷量为q=粤:=怨一， K V K所以 01 ： 0=1 : 1.1 .物理观念I感生电场、感生电动势、动生电动势.2 .科学思维通过
14、探究感生电动势和动生电动势产生的原因，形成对知识的 逻辑推理能力.3 .科学思维比较感生电动势和动生电动势，并熟练掌握其大小的计算方法.1 .（多选）下列说法中正确的是（）A.感生电场由变化的磁场产生B.恒定的磁场能在周围空间产生感生电场C.感生电场的方向可以用楞次定律和安培定则来判定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AC 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，可由楞次定律和安培定则判断，故A、C项正确，B、D项错误.2 .（多选）如图甲所示，在虚线所示的区域有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感 应强度随时间的变化规律如图乙所示，虚线区域内有一面积为
15、S、与纸面平行的 单匝金属线框，线框与电阻R相连，若金属线框的电阻为*下列说法正确的是 （ ）甲乙A.流过电阻R的感应电流由。到8 .线框cd边受到的安培力方向向上C.感应电动势大小为等D.间电压大小为噌AD穿过线框的磁通量在增大，根据楞次定律可得感应电流为逆时针方向，故 流过电阻K的感应电流的方向为由到儿A正确；感应电流是从c到d,根据左 手定则，可得线框cd边受到的安培力方向向下，B错误；根据法拉第电磁感应定 律可得后=等=华，根据闭合电路欧姆定律可得间电压大小为u=-e= 9故C错误，D正确,3.如图所示，导体棒A8的长为2R,绕。点以角速度”匀速转动，08长 为R,且。、B、A三点在一
16、条直线上，有一磁感应强度为B的匀强磁场充满转动 平面且与转动平面垂直，那么AS两端的电势差大小为（）B（oR2B. IBcoR2C. 4B（oR2D. 6B（dR2CA点线速度以=ftr3R, B点、线速度vb=sR, A棒切割磁感线的平均速度 Vv =;-=2a）R,由切得，48两端的电势差大小为E=B-2R- v =4BcoR2f C正确.4.如图所示，水平导轨间距Li = 0.5 m, 力杆与导轨左端的距离匕=0.8 m, 由导轨与ab杆所构成的回路的总电阻K=0.2方向竖直向下的匀强磁场的磁感 应强度B）=1T,重物A的质量M=0.04kg,用细绳通过定滑轮与曲杆的中点相 连，各处的摩擦均可忽略不计.现使磁感应强度以笑=0.2T/s的变化率均匀地增 大,当，为多少时，A刚好离开地面？（g取10 m/s?）解析根据法拉第电磁感应定律，感生电动势A0 AB回路中的感应电流为1=号力杆所受的安培力F =BLI=B+-tjLiZ, 重物刚好离开地面时产安=Mg,联立解得，=5 s. 答案5 s