選修3-2 4.5 電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況

4.5電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況第四章電磁感應(yīng)東?？h白塔高級(jí)中學(xué)高二物理組+++---+++++++++復(fù)習(xí)電動(dòng)勢(shì)電源電動(dòng)勢(shì)的作用是提供非靜電力使正電荷從負(fù)極移向正極。從功能方面來看，由于非靜電力克服電場(chǎng)力做功，從而將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能。磁場(chǎng)變強(qiáng)問題:磁場(chǎng)變化時(shí)，在回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，是什么力充當(dāng)非靜電力使得自由電荷發(fā)生定向運(yùn)動(dòng)呢？磁場(chǎng)變強(qiáng)一、感生電場(chǎng)和感生電動(dòng)勢(shì)B金屬圓環(huán)感生電場(chǎng)線19世紀(jì)60年代英麥克斯韋認(rèn)為變化的磁場(chǎng)會(huì)在其周圍空間激發(fā)一種電場(chǎng)--感生電場(chǎng)(渦流電場(chǎng))如果空間存在閉合導(dǎo)體，導(dǎo)體中的自由電荷在感生電場(chǎng)作用下做定向運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生感應(yīng)電流，或者說導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。感生電動(dòng)勢(shì)：由感生電場(chǎng)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)稱為感生電動(dòng)勢(shì)。一、感生電場(chǎng)和感生電動(dòng)勢(shì)磁場(chǎng)變強(qiáng)B金屬圓環(huán)感生電場(chǎng)線思考：如圖：當(dāng)B增大時(shí)，如何來判斷感生電場(chǎng)的方向呢？I感生電場(chǎng)是產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)的原因.磁場(chǎng)變強(qiáng)B金屬圓環(huán)感生電場(chǎng)線I感生電場(chǎng)的方向如何判斷？判斷方法：類似感應(yīng)電流方向的判斷方法（楞次定律）；說明：1、感生電場(chǎng)的電場(chǎng)線是閉合曲線與靜電場(chǎng)的電場(chǎng)線不同。2、感應(yīng)電場(chǎng)線所在平面（渦旋面）與磁場(chǎng)方向垂直。感生電動(dòng)勢(shì)中的非靜電力誰提供？是感生電場(chǎng)對(duì)自由電荷的作用力。感生電動(dòng)勢(shì)中的能量怎樣轉(zhuǎn)化？E其化E電靜電場(chǎng)E0感生電場(chǎng)E感起源由靜止電荷激發(fā)由變化的磁場(chǎng)激發(fā)電場(chǎng)線形狀電場(chǎng)線為非閉合曲線電場(chǎng)線為閉合曲線感生電場(chǎng)與靜電場(chǎng)的區(qū)別：靜電場(chǎng)為有源場(chǎng)感生電場(chǎng)為無源場(chǎng)共性：具有場(chǎng)物質(zhì)形式的所有共性；均對(duì)電荷有力的作用，且場(chǎng)強(qiáng)定義相同；在導(dǎo)體中，感生電場(chǎng)可引起電荷的積累從而建立靜電場(chǎng)。如圖所示，一個(gè)閉合電路靜止于磁場(chǎng)中，由于磁場(chǎng)強(qiáng)弱的變化，而使電路中產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，下列說法中正確的是（

）A．磁場(chǎng)變化時(shí)，會(huì)在在空間中激發(fā)一種電場(chǎng)B．使電荷定向移動(dòng)形成電流的力是磁場(chǎng)力C．使電荷定向移動(dòng)形成電流的力是電場(chǎng)力D．以上說法都不對(duì)磁場(chǎng)變強(qiáng)例與練AC+如圖：絕緣管內(nèi)壁光滑，一帶正電的小球靜止于a點(diǎn)；當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B增大時(shí)，問：帶電小球?qū)⑷绾芜\(yùn)動(dòng)？aE感

如圖,100匝線圈兩端A,B與一個(gè)電壓表相連.線圈內(nèi)有指向紙內(nèi)方向磁場(chǎng),線圈中的磁通量在按圖乙所示規(guī)律變化．

(1)電壓表的讀數(shù)應(yīng)該等于多少？

(2)請(qǐng)?jiān)诰€圈位置上標(biāo)出感生電場(chǎng)的方向．

(3)Ａ、Ｂ兩端，哪端應(yīng)該與電壓表標(biāo)＋號(hào)的接線柱連接？應(yīng)用實(shí)例---電子感應(yīng)加速器電子感應(yīng)加速器是用感生電場(chǎng)來加速電子的一種設(shè)備。鐵芯電子束環(huán)形真空管道線圈

它的柱形電磁鐵在兩極間產(chǎn)生磁場(chǎng)。在磁場(chǎng)中安置一個(gè)環(huán)形真空管道作為電子運(yùn)行的軌道。當(dāng)磁場(chǎng)發(fā)生變化時(shí)，就會(huì)沿管道方向產(chǎn)生感生電場(chǎng)。射入其中的電子就受到感生電場(chǎng)的持續(xù)作用而不斷加速。例1、現(xiàn)代科學(xué)研究中常要用到高速電子,電子感應(yīng)加速器就是利用感生電場(chǎng)使電子加速的設(shè)備.它的基本原理如圖所示,上、下為電磁鐵的兩個(gè)磁極，磁極之間有一個(gè)環(huán)形真空室，電子在真空室中做圓周運(yùn)動(dòng)。電磁鐵線圈電流的大小，方向可以變化，產(chǎn)生的感生電場(chǎng)使電子加速。上圖為側(cè)視圖，下圖為真空室的俯視圖，如果從上向下看，電子沿逆時(shí)針方向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)電磁鐵線圈電流和方向與圖示方向一致時(shí)，電流的大小應(yīng)該怎樣變化才能使電子加速？穿過真空室內(nèi)磁場(chǎng)的方向怎樣？

電子逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)，等效電流方向如何？使電子加速電場(chǎng)的方向如何？由感生電場(chǎng)引起的磁場(chǎng)是什么方向？電磁鐵的磁場(chǎng)怎樣變化才能產(chǎn)生順時(shí)針方向的感生電場(chǎng)？為什么？N--S順時(shí)針順時(shí)針向下電流變強(qiáng)

1、自由電荷會(huì)隨著導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng),并因此受到洛倫茲力。導(dǎo)體中自由電荷相對(duì)于紙面的運(yùn)動(dòng)大致沿什么方向？為了方便，可以認(rèn)為導(dǎo)體中的自由電荷是正電荷。導(dǎo)體中自由電荷(正電荷)具有水平方向的速度，由左手定則可判斷受到沿棒向上的洛倫茲力作用，故其運(yùn)動(dòng)是向上的。思考與討論二、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的洛倫茲力2、導(dǎo)體棒一直運(yùn)動(dòng)下去，自由電荷是否也會(huì)沿著導(dǎo)體棒一直運(yùn)動(dòng)下去?為什么?自由電荷不會(huì)一直運(yùn)動(dòng)下去.因?yàn)镃、D兩端聚集電荷越來越多，在CD棒間產(chǎn)生的電場(chǎng)越來越強(qiáng),當(dāng)電場(chǎng)力等于洛倫茲力時(shí),自由電荷不再定向運(yùn)動(dòng).DXXXXXXXXXXXXXXXCLF洛F電VC端電勢(shì)高DXXXXXXXXXXXXXXXCLF洛F電V導(dǎo)體棒中電流是由D指向C的。此時(shí)導(dǎo)體棒可以看作是一個(gè)電源，導(dǎo)體棒切割磁感線產(chǎn)生了動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)。

3、導(dǎo)體棒的哪端電勢(shì)比較高?試求出導(dǎo)體棒C、D兩端產(chǎn)生穩(wěn)定的電壓是多少？4、如果用導(dǎo)線把C、D兩端連到磁場(chǎng)外的一個(gè)用電器上，導(dǎo)體棒中電流是沿什么方向的?動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)所對(duì)應(yīng)的非靜電力是洛倫茲力5、動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)什么力充當(dāng)非靜電力？6、洛倫茲力對(duì)自由電荷做功嗎？不做功-洛倫茲力分力F1對(duì)自由電荷的作用動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)：F1為非靜電力探究:動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的原因F1F2F洛uV合1、由于導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)(切割磁感線)而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)叫動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)。注意：動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)與洛倫茲力有關(guān)2、動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)所對(duì)應(yīng)的非靜電力是洛倫茲力的分力。三、洛倫茲力與動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)洛倫茲力是產(chǎn)生動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的原因。動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)感生電動(dòng)勢(shì)特點(diǎn)磁場(chǎng)不變，閉合電路的整體或局部在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致回路中磁通量變化閉合回路的任何部分都不動(dòng)，空間磁場(chǎng)變化導(dǎo)致回路中磁通量變化原因由于S變化引起回路中變化由于B變化引起回路中變化非靜電力與洛侖茲力有關(guān)，由洛侖茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷作用而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)變化磁場(chǎng)在它周圍空間激發(fā)感生電場(chǎng)，非靜電力是感生電場(chǎng)力，由感生電場(chǎng)力對(duì)電荷做功而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)方向的來源非靜電力楞次定律楞次定律或右手定則如圖所示，導(dǎo)體AB在做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)電動(dòng)勢(shì)，因而在電路中有電流通過，下列說法中正確的是（

）A．因?qū)w運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)稱為動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)B．動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生與洛侖茲力有關(guān)C．動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生與電場(chǎng)力有關(guān)D．動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的原因是一樣的例與練vABAB設(shè)圖中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1T，平行導(dǎo)軌寬L=1m，PQ金屬棒均以1m/s速度貼著導(dǎo)軌向右運(yùn)動(dòng)，R=1Ω，其他電阻不計(jì)。

（1）運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)線會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，相當(dāng)于電源。用電池等符號(hào)畫出這個(gè)裝置的等效電路圖。

（2）通過R的電流方向如何？大小是多少？

vPQR

如圖2所示，小燈泡規(guī)格為“2V,4W”，接在光滑水平導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌間距為0.1m，電阻不計(jì)．金屬棒ab垂直擱在導(dǎo)軌上，電阻為1Ω，整個(gè)裝置處于B＝1T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中．求：(1)為使燈泡正常發(fā)光，ab的滑行速度為多大？(2)拉動(dòng)金屬棒ab的外力的功率有多大？d如圖所示，豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)