第四章 第5節(jié) 電磁感應(yīng)現(xiàn)象兩類情況

第5節(jié)第四章理解教材新知把握熱點(diǎn)考向應(yīng)用創(chuàng)新演練知識點(diǎn)一知識點(diǎn)二考向一考向二隨堂基礎(chǔ)鞏固課時跟蹤訓(xùn)練知識點(diǎn)三考向三1.磁場變化時在空間激發(fā)出電場，叫做感生電場，此時磁場中的閉合導(dǎo)體回路中會產(chǎn)生感應(yīng)電流，回路中感生電場對自由電荷的作用即為電源內(nèi)部非靜電力對自由電荷的作用。2.由感生電場產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢叫做感生電動勢，感生電場的方向可根據(jù)楞次定律來判定。3.導(dǎo)體切割磁感線時會產(chǎn)生動生電動勢，此時導(dǎo)體相當(dāng)于電源，電源內(nèi)部的非靜電力與洛倫茲力有關(guān)。1.感生電場麥克斯韋認(rèn)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

產(chǎn)生的，我們叫它感生電場。

2．感生電動勢由感生電場產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢。

3．感生電動勢中的非靜電力就是

對

的作用。

4．感生電場的方向判斷由磁場的方向和強(qiáng)弱變化，根據(jù)楞次定律用安培定則判斷。感生電場自由電荷電荷[特別提醒]

(1)靜電場的電場線不閉合，感生電場由于是一種渦旋場，所以電場線閉合。

(2)感生電場是否存在僅取決于有無變化的磁場，與是否存在導(dǎo)體及是否存在閉合回路無關(guān)。1．在如圖4－5－1所示的四種磁場情況中能產(chǎn)生恒定的感

生電場的是 (

)圖4－5－1解析：據(jù)麥克斯韋電磁理論，要產(chǎn)生恒定的感生電場，必須由均勻變化的磁場產(chǎn)生，C對。答案：C[自學(xué)教材]1．動生電動勢由于導(dǎo)體

運(yùn)動而產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢。

2．動生電動勢中的“非靜電力”自由電荷因隨導(dǎo)體棒運(yùn)動而受到

，非靜電力與

有關(guān)。

3.動生電動勢中的功能關(guān)系閉合回路中，導(dǎo)體棒做切割磁感線運(yùn)動時，克服力做功，其他形式的能轉(zhuǎn)化為

。切割磁感線洛倫茲力洛倫茲力電能安培[重點(diǎn)詮釋]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(chǎn)生原因磁場的變化導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動移動電荷的非靜電力感生電場對自由電荷的電場力導(dǎo)體中自由電荷所受洛倫茲力沿導(dǎo)體方向的分力回路中相當(dāng)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(yùn)動的導(dǎo)體[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(nèi)觀察，線圈運(yùn)動，產(chǎn)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(chǎn)生感生電動勢。2．下列說法中正確的是 (

)A．動生電動勢是洛倫茲力對導(dǎo)體中自由電荷做功而

引起的

B．因為洛倫茲力對運(yùn)動電荷始終不做功，所以動生

電動勢不是由洛倫茲力而產(chǎn)生的

C．動生電動勢的方向可以由右手定則來判定

D．導(dǎo)體棒切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流，受到的安培力

一定與受到的外力大小相等、方向相反解析：動生電動勢是洛倫茲力沿導(dǎo)體方向的分力做功引起的，但洛倫茲力對自由電荷所做的總功仍為零，選項A、B錯誤；動生電動勢是由于導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的，可由右手定則判定方向，C正確；只有在導(dǎo)體棒做勻速切割時，除安培力以外的力的合力才與安培力大小相等方向相反，做變速運(yùn)動時不成立，故D錯誤。答案：C1.電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化

(1)與感生電動勢有關(guān)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，磁場能轉(zhuǎn)化為電能，若電路是純電阻電路，轉(zhuǎn)化過來的電能將全部轉(zhuǎn)化為電阻的內(nèi)能。

(2)與動生電動勢有關(guān)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，通過克服安培力做功，把機(jī)械能或其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能?？朔才嗔ψ龆嗌俟Γ彤a(chǎn)生多少電能。若電路是純電阻電路，轉(zhuǎn)化過來的電能也將全部轉(zhuǎn)化為電阻的內(nèi)能。

2．求解電磁感應(yīng)現(xiàn)象中能量守恒問題的一般思路

(1)分析回路，分清電源和外電路。在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，切割磁感線的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化的回路將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，該導(dǎo)體或回路就相當(dāng)于電源，其余部分相當(dāng)于外電路。(2)分析清楚有哪些力做功，明確有哪些形式的能量發(fā)生了轉(zhuǎn)化。如：做功情況能量變化特點(diǎn)滑動摩擦力做功有內(nèi)能產(chǎn)生重力做功重力勢能必然發(fā)生變化克服安培力做功必然有其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，并且克服安培力做多少功，就產(chǎn)生多少電能安培力做正功電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能(3)根據(jù)能量守恒列方程求解。

3．電能的三種求解思路

(1)利用克服安培力做功求解：電磁感應(yīng)中產(chǎn)生的電能等于克服安培力所做的功。

(2)利用能量守恒求解：相應(yīng)的其他能量的減少量等于產(chǎn)生的電能。

(3)利用電路特征求解：通過電路中所消耗的電能來計算。3．如圖4－5－2所示，磁感應(yīng)強(qiáng)度為

B的勻強(qiáng)磁場有理想界面，用力將

矩形線圈從磁場中勻速拉出。在其

他條件不變的情況下(

)A．速度越大時，拉力做功越多

B．線圈邊長L1越大時，拉力做功越多

C．線圈邊長L2越大時，拉力做功越多

D．線圈電阻越大時，拉力做功越多圖4－5－2答案：ABC圖4－5－3[思路點(diǎn)撥]因為磁場在變化，在閉合回路中產(chǎn)生的是感生電動勢，根據(jù)楞次定律和左手定則知ab受到的安培力方向向左，當(dāng)F安≥Mg時，重物將被拉起。[答案]

5s[借題發(fā)揮]本類問題中的恒量與變量必須分清楚，導(dǎo)體不動，磁場發(fā)生變化，產(chǎn)生感生電動勢，由于變化率是定值，因此E、I均為恒量。但ab桿受到的安培力隨磁場的增強(qiáng)而增大，根據(jù)力的變化判斷出重物剛好離開地面的臨界條件。1.如圖4－5－4所示，金屬棒ab置于水平

放置的光滑框架cdef上，棒與框架接觸

良好，勻強(qiáng)磁場垂直于ab棒斜向下。從

某時刻開始磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻減小，同時

施加一個水平方向上的外力F使金屬棒

ab保持靜止，則F (

)A．方向向右，且為恒力 B．方向向右，且為變力C．方向向左，且為變力

D．方向向左，且為恒力圖4－5－4答案：C[例2]如圖4－5－5所示，豎直固定的光滑U形金屬導(dǎo)軌MNOP每米長度的電阻為r，MN平行于OP，且相距為l，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場與導(dǎo)軌所在平面垂直。有一質(zhì)量為m、電阻不計的水平金屬桿ab可在導(dǎo)軌上自由滑動，滑動過程中與導(dǎo)軌接觸良好且保持垂直。將ab從某一位置由靜止開始釋放后，下滑h高度時速度達(dá)最大，在此過程中，電路中產(chǎn)生的熱量為Q，以后設(shè)法讓桿ab保持這個速度勻速下滑，直到離開導(dǎo)軌為止。求：(1)金屬桿勻速下滑時的速度。(2)勻速下滑過程中通過金屬桿的電流I與時間t的關(guān)系。圖4－5－5[思路點(diǎn)撥]解答本題時應(yīng)把握以下兩點(diǎn)：(1)金屬桿下滑過程中哪些能量守恒。(2)金屬桿勻速下滑的條件。[借題發(fā)揮]解決這類問題的關(guān)鍵在于通過運(yùn)動狀態(tài)的分析來尋找過程中的臨界狀態(tài)，如速度、加速度取最大值或最小值的條件等，基本思路是：2.如圖4－5－6所示，三角形金屬框架

MON平面與勻強(qiáng)磁場B垂直，導(dǎo)體

ab能緊貼金屬框架運(yùn)動，且始終與

導(dǎo)軌ON垂直。當(dāng)導(dǎo)體ab從O點(diǎn)開始

勻速向右平動時，速度為v0，試求

bOc回路中某時刻的感應(yīng)電動勢隨時

間變化的函數(shù)關(guān)系式。圖4－5－6[例3]

如圖4－5－7所示，半徑為R的圓形導(dǎo)軌處在垂直于圓平面的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直于紙面向里，一根長度略大于導(dǎo)軌直徑的導(dǎo)體棒MN以速率v在圓導(dǎo)軌上從左端滑到右端，電路中的定值電阻為r，其余電阻不計，導(dǎo)體棒與圓形導(dǎo)軌接觸良好。求：(1)在滑動過程中通過電阻r的電流的平均值；(2)MN從左端到右端的整個過程中，通過r的電荷量；(3)當(dāng)MN通過圓導(dǎo)軌中心時，通過r的電流是多少？圖4－5－7[思路點(diǎn)撥]導(dǎo)體棒從左向右滑動的過程中，切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，對電阻r供電，計算電流時要特別注意是用平均值還是瞬時值。3.