《高中物理 第4章第5節(jié)《電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況》新人教版選修32》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高中物理 第4章第5節(jié)《電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況》新人教版選修32（36頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、第第5 5節(jié)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況節(jié)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況電磁感應(yīng)磁流體發(fā)電機(jī) 磁流體發(fā)電機(jī)是一種將高溫的帶電流體(等離子體或液態(tài)金屬)以極高的速度噴射到磁場(chǎng)中去，利用磁場(chǎng)對(duì)帶電流體的作用而發(fā)電的一種裝置從能量形式看它將化學(xué)能變成熱能，再將熱能直接轉(zhuǎn)化為電能它與普通火力發(fā)電機(jī)的主要區(qū)別是：在磁流體發(fā)電機(jī)中，高溫高速的帶電流體代替了普通火力發(fā)電機(jī)中的電樞繞組和轉(zhuǎn)動(dòng)部分磁流體發(fā)電機(jī)的構(gòu)造如下圖所示，由燃燒室、發(fā)電通道及磁體三個(gè)主要部件組成，其中發(fā)電通道是磁流體發(fā)電機(jī)的核心部件磁流體發(fā)電機(jī)的主要特點(diǎn)是：發(fā)電效率高，環(huán)境污染少實(shí)際應(yīng)用時(shí)將它作為熱循環(huán)系統(tǒng)的第一級(jí)，與普通火力發(fā)電機(jī)組成聯(lián)合電站 我們知道

2、，常溫下的氣體是絕緣體，須在6000以上才能電離，這樣的高溫是難以達(dá)到的為使氣體在較低溫度下(3000左右)就能電離，可在高溫燃燒的氣體中添加一定比例(1%)的容易電離的低電離電位物質(zhì)(如鉀、銫等堿金屬化合物)磁流體發(fā)電機(jī)燃燒室產(chǎn)生的高溫等離子體經(jīng)噴管提高流速，以高溫高速進(jìn)入發(fā)電通道，切割磁感線產(chǎn)生電磁感應(yīng)，并在電極壁的兩極上形成電動(dòng)勢(shì)或者說(shuō)，離子在洛倫茲力的作用下，不斷奔向兩電極，從而形成電勢(shì)差對(duì)外供電 因?yàn)镋Blv，所以P ，由此可知，利用磁流體發(fā)電，只要加快等離子體的噴射速度，增加磁感應(yīng)強(qiáng)度，就能提高磁流體發(fā)電機(jī)的功率 磁流體發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的是直流電，須經(jīng)逆變換器變換成交流電才能并入電網(wǎng)1磁

3、場(chǎng)變化時(shí)會(huì)在空間激發(fā)一種電場(chǎng)，如果此時(shí)空間存在閉合導(dǎo)體，導(dǎo)體中的自由電荷就會(huì)在這種電場(chǎng)的作用下做定向運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生感應(yīng)電流，或者說(shuō)導(dǎo)體中產(chǎn)生了_在這種情況下，所謂的非靜電力就是這種_對(duì)自由電荷的作用2一段導(dǎo)體在做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，相當(dāng)于一個(gè)_，這時(shí)的非靜電力與_有關(guān)1感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)電場(chǎng)2電源洛倫茲力 一、感生電動(dòng)勢(shì) 1感應(yīng)電場(chǎng) 19世紀(jì)60年代，英國(guó)物理學(xué)家麥克斯韋在他的電磁場(chǎng)理論中指出：變化的磁場(chǎng)能在周圍空間激發(fā)電場(chǎng)，我們把這種電場(chǎng)叫感應(yīng)電場(chǎng) (1)產(chǎn)生 如右圖所示，當(dāng)磁場(chǎng)變化時(shí)，產(chǎn)生的感應(yīng)電場(chǎng)的電場(chǎng)線是與磁場(chǎng)方向垂直的曲線如果空間存在閉合導(dǎo)體，導(dǎo)體中的自由電荷就會(huì)在電場(chǎng)力作用下定向移動(dòng)，而產(chǎn)生

4、感應(yīng)電流，或者說(shuō)導(dǎo)體中產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì). (2)方向閉合環(huán)形回路(可假定存在)的電流方向就表示感應(yīng)電場(chǎng)的電場(chǎng)方向感應(yīng)電場(chǎng)是否存在僅取決于有無(wú)變化的磁場(chǎng)，與是否存在導(dǎo)體及是否存在閉合回路無(wú)關(guān)，盡管如此，我們要判定感應(yīng)電場(chǎng)的方向還要依據(jù)實(shí)際存在的或假定存在的回路結(jié)合楞次定律來(lái)進(jìn)行2感生電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生由感應(yīng)電場(chǎng)使導(dǎo)體產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)叫感生電動(dòng)勢(shì)感生電動(dòng)勢(shì)在電路中的作用就是充當(dāng)電源，其電路就是內(nèi)電路，當(dāng)它與外電路連接后就會(huì)對(duì)外電路供電變化的磁場(chǎng)在閉合導(dǎo)體所在空間產(chǎn)生電場(chǎng)，導(dǎo)體內(nèi)自由電荷在電場(chǎng)力作用下產(chǎn)生感應(yīng)電流，或者說(shuō)導(dǎo)體中產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)由此可見，感生電場(chǎng)就相當(dāng)于電源內(nèi)部的所謂的非靜電力，對(duì)電荷產(chǎn)生力的作

5、用 如下圖(a)所示，截面積為0.2 m2的100匝圓形線圈A處在變化的磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直紙面，其磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖(b)所示設(shè)向里為B的正方向，線圈A上的箭頭為感應(yīng)電流I的正方向，R14 ，R26 ，C30 F，線圈內(nèi)阻不計(jì)求電容器充電時(shí)的電壓和2 s后電容器放電的電荷量 解析：由題意可知圓形線圈A上產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢(shì)En S1000.020.2 V0.4 V，電路中的電流I 0.04 A.電容器充電時(shí)的電壓 UCIR20.04 A6 0.24 V，2 s后電容器放電的電荷量 QCUC30106 F0.24 V7.2106 C. 答案：0.24 V7.2106 C變式遷移變式

6、遷移 1某空間出現(xiàn)了如右圖所示的閉合的電場(chǎng)，電場(chǎng)線為一簇閉合曲線，這可能是() A沿AB方向磁場(chǎng)在迅速減弱 B沿AB方向磁場(chǎng)在迅速增加 C沿BA方向磁場(chǎng)在迅速增加 D沿BA方向磁場(chǎng)在迅速減弱解析：根據(jù)電磁感應(yīng)，閉合回路中的磁通量變化時(shí)，使閉合回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，該電流可用楞次定律判斷根據(jù)麥克斯韋電磁理論，閉合回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，是因?yàn)殚]合回路中受到了電場(chǎng)力的作用，而變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)，與是否存在閉合回路沒有關(guān)系，故空間磁場(chǎng)變化產(chǎn)生的電場(chǎng)方向，仍然可用楞次定律判斷，四指環(huán)繞方向即為感應(yīng)電場(chǎng)的方向，由此可知A、C正確答案：AC 二、動(dòng)生電動(dòng)勢(shì) 1動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)原因分析 導(dǎo)體在磁場(chǎng)中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，

7、產(chǎn)生動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)，它是由于導(dǎo)體中自由電子受洛倫茲力作用而引起的 如下圖甲所示，一條直導(dǎo)線CD在勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中以速度v向右運(yùn)動(dòng)，并且導(dǎo)線CD與B、v的方向垂直由于導(dǎo)體中的自由電子隨導(dǎo)體一起以速度v運(yùn)動(dòng)，因此每個(gè)電子受到的洛倫茲力為FevB.F的方向豎直向下在力F的作用下，自由電子沿導(dǎo)體向下運(yùn)動(dòng)，使導(dǎo)體下端出現(xiàn)過剩的負(fù)電荷，導(dǎo)體上端出現(xiàn)過剩的正電荷結(jié)果使導(dǎo)體上端D的電勢(shì)高于下端C的電勢(shì)，出現(xiàn)由D指向C的靜電場(chǎng)此電場(chǎng)對(duì)電子的作用力F是向上的，與洛倫茲力的方向相反隨著導(dǎo)體兩端正、負(fù)電荷的積累，場(chǎng)強(qiáng)不斷增強(qiáng)，當(dāng)作用在自由電子上的靜電力F與洛倫茲力F互相平衡時(shí)，DC兩端便產(chǎn)生了一個(gè)穩(wěn)定的電勢(shì)差如果用另外的導(dǎo)線

8、把CD兩端連接起來(lái)，由于D端電勢(shì)比C端高，自由電子在靜電力的作用下將在導(dǎo)線框中沿順時(shí)針方向流動(dòng)，形成逆時(shí)針方向的感應(yīng)電流如圖乙所示電荷的流動(dòng)使CD兩端積累的電荷減少，洛倫茲力又不斷地使電子從D端運(yùn)動(dòng)到C端，從而在CD兩端維持一個(gè)穩(wěn)定的電動(dòng)勢(shì)可見，運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體CD就是一個(gè)電源，D端為正極，C端為負(fù)極，自由電子受洛倫茲力的作用，從D端被搬運(yùn)到C端；也可以看作是正電荷受洛倫茲力的作用從C端搬運(yùn)到D端這里，洛倫茲力就相當(dāng)于電源中的非靜電力根據(jù)電動(dòng)勢(shì)的定義，電動(dòng)勢(shì)等于單位正電荷從負(fù)極通過電源內(nèi)部移動(dòng)到正極非靜電力所做的功作用在單位正電荷上的洛倫茲力F vB于是，動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)就是EFlBlv上式與法拉第電磁感

9、應(yīng)定律得到的結(jié)果一致2動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)與感生電動(dòng)勢(shì)的區(qū)別(1)相當(dāng)于電源的部分不同由于導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)時(shí)，運(yùn)動(dòng)部分的導(dǎo)體相當(dāng)于電源，而由于磁場(chǎng)變化產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)時(shí)，磁場(chǎng)穿過的線圈部分相當(dāng)于電源(2)的含義不同導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)，是由于導(dǎo)體線框本身的面積發(fā)生變化而產(chǎn)生的，所以BS.而感生電動(dòng)勢(shì)，是由于B引起的，所以BS. 如圖甲所示，兩根足夠長(zhǎng)的直金屬導(dǎo)軌MN、PQ平行放置在傾角為的絕緣斜面上，兩導(dǎo)軌間距為L(zhǎng)，M、P兩點(diǎn)間接有阻值為R的電阻一根質(zhì)量為m的均勻直金屬桿ab放在兩導(dǎo)軌上，并與導(dǎo)軌垂直整套裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直斜面向下導(dǎo)軌和金屬桿的電阻可忽略讓ab桿沿導(dǎo)軌由靜

10、止開始下滑，導(dǎo)軌和金屬桿接觸良好，不計(jì)它們之間的摩擦(1)由b向a方向看到的裝置如圖乙所示，請(qǐng)?jiān)诖藞D中畫出ab桿下滑過程中某時(shí)刻的受力示意圖；(2)在加速下滑過程中，當(dāng)ab桿的速度大小為v時(shí)，求此時(shí)ab桿中的電流及其加速度的大小；(3)求在下滑過程中，ab桿可以達(dá)到的最大速度 答案：(1)重力mg，方向豎直向下；支持力FN，方向垂直斜面向上；安培力F，方向平行斜面向上，如右圖所示變式遷移變式遷移 2如右圖所示，水平地面上方有正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)E和勻強(qiáng)磁場(chǎng)B，電場(chǎng)方向豎直向下，磁場(chǎng)方向垂直紙面向外，等腰三角形的金屬框由底邊呈水平位置開始沿豎直平面的電磁場(chǎng)中由靜止開始下落，下落過程中三角形平面始終在豎

11、直平面內(nèi)，不計(jì)阻力，a、b落到地面的次序是() Aa先于b Bb先于a Ca、b同時(shí)落地 D無(wú)法判斷解析：本題考查由楞次定律判定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向本題關(guān)鍵是用楞次定律判定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向，并理解感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的正、負(fù)極是聚集著正、負(fù)電荷當(dāng)abc線框下落時(shí)，閉合回路中磁通量沒有發(fā)生變化，回路不產(chǎn)生感應(yīng)電流，但由于各邊都在切割磁感線，所以會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，根據(jù)楞次定律，可以判定出a點(diǎn)的電勢(shì)高，是電源的正極，B點(diǎn)的電勢(shì)低，是電源的負(fù)極，a點(diǎn)聚集著多余的正電荷，b點(diǎn)聚集著負(fù)電荷，a點(diǎn)的正電荷受到的電場(chǎng)力向下，使a點(diǎn)加速度g，b點(diǎn)的負(fù)電荷受到的電場(chǎng)力向上，使b點(diǎn)加速度g，故a點(diǎn)先落地故正確答案為A.答案：A三

12、、電磁感應(yīng)中的能量問題電磁感應(yīng)現(xiàn)象中總是伴隨著能量的轉(zhuǎn)化和守恒，當(dāng)外力克服安培力做多少功時(shí)，就有多少其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能；當(dāng)安培力做多少正功時(shí)，就有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能例如，將條形磁鐵插入或拔出閉合的螺線管的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，(阻礙不等于阻止，相對(duì)運(yùn)動(dòng)繼續(xù)進(jìn)行)在整個(gè)過程中外力克服磁場(chǎng)力做功，把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能再如導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流會(huì)受到安培力的作用，安培力的方向與推動(dòng)導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)的外力方向是相反的，推動(dòng)力克服安培力做功，以電流的形式使導(dǎo)線及環(huán)境的溫度升高 如下圖所示，水平放置的平行軌道M、N間接一阻值為R0.128 的電阻，軌道寬為L(zhǎng)0.8 m軌道上搭一金屬棒ab，其質(zhì)量m0.4

13、kg，ab與軌道間動(dòng)摩擦因數(shù)為0.5，除R外其余電阻不計(jì)垂直于軌道面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2 T，ab在一電動(dòng)機(jī)牽引下由靜止開始運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過2 s，ab運(yùn)動(dòng)了1.2 m并達(dá)到最大速度此過程中電動(dòng)機(jī)平均輸出功率為8 W，最大輸出功率為14.4 W求該過程中電阻R上消耗的電能(取g10 m/s2)變式遷移變式遷移 3如下圖所示，固定的水平放置金屬導(dǎo)軌，間距為L(zhǎng)，左端接有阻值為R的電阻，處在方向豎直、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒與固定的彈簧相連，放在導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌與導(dǎo)體棒的電阻均可忽略初始時(shí)刻，彈簧恰處于自然長(zhǎng)度，導(dǎo)體棒具有水平向右的初速度v0.在沿導(dǎo)軌往復(fù)運(yùn)動(dòng)的過程中，導(dǎo)體棒始終與導(dǎo)

14、軌垂直并保持良好接觸(1)求初始時(shí)刻導(dǎo)體棒受到的安培力；(2)若導(dǎo)體棒從初始時(shí)刻到速度第一次為零時(shí)，彈簧的彈性勢(shì)能為Ep，則這一過程中安培力所做的功W1和電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱Q1分別為多少？ (3)導(dǎo)體棒往復(fù)運(yùn)動(dòng)，最終將靜止于何處？從導(dǎo)體棒開始運(yùn)動(dòng)直到最終靜止的過程中，電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱Q為多少？ 1如下圖所示，金屬桿ab以恒定的速率v在光滑平行導(dǎo)軌上向右滑行，設(shè)整個(gè)電路中總電阻為R(恒定不變)，整個(gè)裝置置于垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，下列敘述正確的是() Aab桿中的電流與速率v成正比 B磁場(chǎng)作用于ab桿的安培力與速率v成正比 C電阻R上產(chǎn)生的電熱功率與速率v的平方成正比 D外力對(duì)ab桿做功

15、的功率與速率v的平方成正比基礎(chǔ)鞏固基礎(chǔ)鞏固 7(2011年北京海淀)水平面內(nèi)兩光滑的平行金屬導(dǎo)軌，左端與電阻R相連接，勻強(qiáng)磁場(chǎng)B豎直向下分布在導(dǎo)軌所在的空間內(nèi)，質(zhì)量一定的金屬棒垂直于導(dǎo)軌并與導(dǎo)軌接觸良好今對(duì)金屬棒施加一個(gè)水平向右的外力F，使金屬棒從a位置開始向右做初速度為零的勻加速運(yùn)動(dòng)，依次通過位置b和c.若導(dǎo)軌與金屬棒的電阻不計(jì)，ab與bc的距離相等，關(guān)于金屬棒在運(yùn)動(dòng)過程中的有關(guān)說(shuō)法正確的是 () 能力提升能力提升A金屬棒通過b、c兩位置時(shí)，電阻R的電功率之比為1 2B金屬棒通過b、c兩位置時(shí)，外力F的大小之比為1C從a到b和從b到c的兩個(gè)過程中，電阻R上產(chǎn)生的熱量之比為1 1D從a到b和從b到c的兩個(gè)過程中，通過金屬棒橫截面的電荷量之比為1 1