《物理浙江專版人教版選修32講義：第四章 第5節(jié) 電磁感應現象的兩類情況 Word版含解析》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《物理浙江專版人教版選修32講義：第四章 第5節(jié) 電磁感應現象的兩類情況 Word版含解析（7頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

1、 第5節(jié)電磁感應現象的兩類情況 感生電場與感生電動勢 [探新知·基礎練] 1．感生電場 麥克斯韋認為，磁場變化時會在空間激發(fā)一種電場，它與靜電場不同，不是由電荷產生的，我們叫它感生電場。 2．感生電動勢 由感生電場產生的感應電動勢。 3．感生電動勢中的非靜電力 感生電場對自由電荷的作用。 4．感生電場的方向判斷 由磁場的方向和強弱變化，根據楞次定律用安培定則判斷。 [特別提醒]　(1)感生電場是一種渦旋電場，電場線是閉合的。 (2)感生電場的方向可由楞次定律判斷。如圖所示，當磁場增強時，產生的感生電場是與磁場方向垂直且阻礙磁場增強的電場。 (3)感生電場

2、的存在與是否存在閉合電路無關。 [辨是非](對的劃“√”，錯的劃“×”) 1．感生電場線是閉合的。(　　) 2．磁場變化時，可以產生感生電場，并不需要電路閉合這一條件。(　　) 3．感生電場是產生感生電動勢的原因。(　　) 答案：1.√　2.√　3.√ [釋疑難·對點練] 感生電動勢 磁場變化時會在空間激發(fā)感生電場，處在感生電場中的閉合導體，導體中的自由電荷在電場力的作用下做定向運動，產生感應電流，或者說，導體中產生了感應電動勢。由感生電場產生的電動勢叫做感生電動勢。 (1)電路中電源電動勢是非靜電力對自由電荷的作用。在電池中，這種力表現為化學作用。 (2)感生電場對電荷產

3、生的力，相當于電源內部的所謂的非靜電力。感生電動勢在電路中的作用就是電源。 [試身手] 1．在按如圖所示的四種變化規(guī)律的磁場中能產生恒定的感生電場的是(　　) 解析：選C　據麥克斯韋電磁理論，恒定的感生電場由均勻變化的磁場產生，C對。 電磁感應現象中的洛倫茲力 [探新知·基礎練] 1．動生電動勢 由于導體切割磁感線運動而產生的感應電動勢。 2．動生電動勢中的“非靜電力” 自由電荷因隨導體棒運動而受到洛倫茲力，非靜電力與洛倫茲力有關。 3．動生電動勢中的功能關系 閉合回路中，導體棒做切割磁感線運動時，克服安培力做功，其他形式的能轉化為電能。 [辨是非](對的劃“√

4、”，錯的劃“×”) 1．如圖所示，導體棒向右運動切割磁感線時，棒中的電子受的洛倫茲力方向向左。(　　) 2．動生電動勢中的洛倫茲力起到“非靜電力”作用。(　　) 3．導體切割磁感線過程，克服安培力做功。(　　) 答案：1.×　2.√　3.√ [釋疑難·對點練] 感生電動勢與動生電動勢的對比 感生電動勢 動生電動勢 產生原因 磁場的變化 導體做切割磁感線運動 移動電 荷的非 靜電力 感生電場對自由電荷的電場力 導體中自由電荷所受洛倫茲力沿導體方向的分力 回路中相 當于電源 的部分　 處于變化磁場中的線圈部分 做切割磁感線運動的導體 ΔΦ產生 的原

5、因 磁場變化產生電動勢，ΔΦ是由于磁場變化而產生的，所以ΔΦ＝ΔB·S 導體運動產生電動勢，ΔΦ是由于導體線框本身的面積發(fā)生變化而產生的，所以ΔΦ＝B·ΔS 方向判斷 方法　　 由楞次定律判斷 通常由右手定則判斷，也可由楞次定律判斷 大小計算 方法　　 由E＝n計算 通常由E＝Blvsin θ計算，也可由E＝n計算 [特別提醒]　有些情況下，動生電動勢和感生電動勢具有相對性。例如，將條形磁鐵插入線圈中，如果在相對磁鐵靜止的參考系內觀察，線圈運動，產生的是動生電動勢；如果在相對線圈靜止的參考系中觀察，線圈中磁場變化，產生感生電動勢。 [試身手] 2.如圖所示為一個水

6、平放置的玻璃圓環(huán)形小槽，槽內光滑，槽寬度和深度處處相同?，F將一直徑略小于槽寬的帶正電小球放在槽中，讓它獲得一初速度v0，與此同時，有一變化的磁場垂直穿過玻璃圓環(huán)形小槽外徑所對應的圓面積，磁感應強度的大小隨時間成正比例增大，方向豎直向下。設小球在運動過程中電荷量不變，則 (　　) A．小球受到的向心力大小不變 B．小球受到的向心力大小不斷增大 C．磁場力對小球做了功 D．小球受到的磁場力大小與時間成正比 解析：選B　當磁感應強度的大小隨時間均勻增大時，將產生一恒定的感生電場，由楞次定律知，電場方向和小球初速度方向相同，因小球帶正電，安培力對小球做正功，小球速度逐漸增大，向心力也隨

7、著增大，故A錯，B對；洛倫茲力對運動電荷不做功，故C錯；帶電小球所受洛倫茲力F＝qBv，隨著速率的增大而增大，同時B∝t，則F和t不成正比，故D錯。 感生電場的理解 [典例1]　某空間出現了如圖所示的一組閉合電場線，方向從上向下看是順時針的，這可能是(　　) A．沿AB方向磁場在迅速減弱 B．沿AB方向磁場在迅速增強 C．沿BA方向磁場恒定不變 D．沿BA方向磁場在迅速減弱 [思路點撥]　將圖中的電場線視為閉合導體回路中的感應電流，用楞次定律和安培定則判斷。 [解析]　感生電場的方向從上向下看是順時針的，假設在平行感生電場的方向上有閉合回路，則回路中的感應電

8、流方向從上向下看也應該是順時針的，由右手螺旋定則可知，感應電流的磁場方向向下，根據楞次定律可知，原磁場的情況有兩種可能：原磁場方向向下且沿AB方向減弱，或原磁場方向向上，且沿BA方向增強，所以A有可能。 [答案]　A E＝n和E＝Blv的選用技巧 [典例2]　如圖甲所示，n＝50匝的圓形線圈M，它的兩端點a、b與內阻很大的電壓表相連，線圈中磁通量的變化規(guī)律如圖乙所示，則a、b兩點的電勢高低與電壓表的讀數為(　　) A．φa＞φb,20 V　　　　　 　B．φa＞φb,10 V C．φa＜φb,20 V D．φa＜φb,10 V [思路點撥]　感生電動勢的大小可由法拉第電

9、磁感應定律計算，方向可由楞次定律判斷。產生感生電動勢的部分相當于電源。 [解析]　圓形線圈產生電動勢，相當于電源內電路。磁通量均勻增大，由楞次定律知，線圈中感應電流為逆時針方向，又線圈相當于內電路，故φa＞φb；E＝n＝50× V＝10 V，電壓表測量的是電源的電動勢，即感應電動勢。因而電壓表的讀數為10 V。故B正確。 [答案]　B [典例3]　如圖所示，導軌OM和ON都在紙面內，導體AB可在導軌上無摩擦滑動，若AB以5 m/s的速度從O點開始沿導軌勻速向右滑動，導體與導軌都足夠長，它們每米長度的電阻都是0.2 Ω，磁場的磁感應強度為0.2 T。問： (1)3 s末夾在導軌間的導體長

10、度是多少？此時導體切割磁感線產生的感應電動勢多大？回路中的電流為多少？ (2)3 s內回路中的磁通量變化了多少？此過程中的平均感應電動勢為多少？ [解析]　(1)夾在導軌間的部分導體切割磁感線產生的電動勢即電路中的感應電動勢。 3 s末，夾在導軌間導體的長度為： l＝vt·tan 30°＝5×3×tan 30° m＝5 m 此時：E＝Blv＝0.2×5×5 V＝5 V 電路電阻為R＝(15＋5＋10)×0.2 Ω≈8.196 Ω 所以I＝≈1.06 A。 (2)3 s內回路中磁通量的變化量 ΔΦ＝BS－0＝0.2××15×5 Wb＝ Wb 3 s內電路產生的平均感應電動勢為

11、： E＝＝ V。 [答案]　(1)5 m　5 V　1.06 A (2) Wb　 V 1．解題前先弄清楚求瞬時感應電動勢還是某一段時間或某一過程中的平均感應電動勢。 2．一般求某一位置或某一時刻的感應電動勢應用瞬時電動勢公式求解，如切割磁感線情形用E＝Blv；求某一段時間或某一過程中的感應電動勢要用E＝n，其中Δt為對應的這段時間。 如圖所示，一長為l的導體棒在磁感應強度為B的勻強磁場中繞其一端以角速度ω在垂直于磁場的平面內勻速轉動，棒OA兩端產生的感應電動勢E＝Bωl2。 O點速度vO＝0，A點速度vA＝ωl，則由公式E＝Blv，其中v取棒的平均速度，得E＝B

12、l·ωl＝Bωl2。 [典例4]　長為l的金屬棒ab以a點為軸在垂直于勻強磁場的平面內以角速度ω做勻速轉動，如圖所示，磁感應強度為B。求： (1)金屬棒ab的平均速率； (2)a、b兩端的電勢差； (3)經時間Δt金屬棒ab所掃過面積中的磁通量為多少；此過程中平均感應電動勢為多大。 [解析]　(1)金屬棒ab的平均速率 ＝＝＝ωl。 (2)a、b兩端的電勢差：Uab＝E＝Bl ＝Bl2ω。 (3)經時間Δt金屬棒ab所掃過的扇形面積為ΔS，則： ΔS＝l2θ＝l2ωΔt，ΔΦ＝BΔS＝Bl2ωΔt。 由法拉第電磁感應定律得： ＝＝＝Bl2ω。 [答案]　(1)ωl　(2

13、)Bl2ω (3)Bl2ωΔt　Bl2ω [課堂對點鞏固] 1．(多選)在空間某處存在一變化的磁場，則(　　) A．在磁場中放一閉合線圈，線圈中一定會產生感應電流 B．在磁場中放一閉合線圈，線圈中不一定會產生感應電流 C．在磁場中不放閉合線圈，在變化的磁場周圍一定不會產生電場 D．在磁場中放不放閉合線圈，在變化的磁場周圍一定會產生電場 解析：選BD　由產生感應電流的條件知，閉合線圈的磁通量發(fā)生變化時才能產生感應電流，如果線圈平面與磁場方向平行時，則無感應電流產生，故A錯誤，B正確；由麥克斯韋電磁場理論知感應電場的產生與磁場周圍是否有閉合線圈無關，故C錯誤，D正確。 2．(

14、多選)下列說法中正確的是(　　) A．感生電場是由變化的磁場產生 B．恒定的磁場也能在周圍空間產生感生電場 C．感生電場的方向也同樣可以用楞次定律和右手螺旋定則來判定 D．感生電場的電場線是閉合曲線，其方向一定是沿逆時針方向 解析：選AC　磁場變化時在空間激發(fā)感生電場，其方向與所產生的感應電流方向相同，可由楞次定律和右手螺旋定則判斷，A、C項正確。 3.如圖所示，設有界勻強磁場的磁感應強度B＝0.10 T，方向豎直向下，矩形導線框abcd的邊長Lab＝60 cm，Lbc＝40 cm，線框的電阻R＝0.50 Ω，其ad邊在磁場外。當線框向右水平勻速運動的速度為5.0 m/s時，求：

15、 (1)線框中感應電動勢的大??； (2)線框中感應電流的大小。 解析：(1)線框向右水平運動過程中，只有bc邊切割磁感線，并且B、L、v兩兩垂直， 所以線框中感應電動勢的大小為 E＝BLbcv＝0.10×0.40×5.0 V＝0.20 V。 (2)由閉合電路歐姆定律得感應電流大小為 I＝＝ A＝0.40 A。 答案：(1)0.20 V　(2)0.40 A 4.如圖所示，邊長為a的正方形閉合線框ABCD在勻強磁場中繞AB邊勻速轉動，磁感應強度為B，初始時刻線框所在平面與磁感線垂直，經過t時刻轉過120°角，求： (1)線框內感應電動勢在t時間段內的平均值； (2)轉過120°角時感應電動勢的瞬時值。 解析：(1)設初始時刻線框向紙外的一面為正面，此時磁通量Φ1＝－Ba2，磁感線從反面穿入， t時刻后Φ2＝Ba2，磁感線從正面穿出，磁通量的變化量為ΔΦ＝， 則＝＝。 (2)感應電動勢的瞬時值為E＝Blvsin θ， v＝，θ＝120°，所以E＝。 答案：(1)　(2) [課堂小結]