高中物理選修3-2第四章5電磁感應現象的兩類情況

第四章5電磁感應現象的兩類情況2013年11月7日1.什么是電源？2.什么是電動勢？復習電源是通過非靜電力做功把其他形式能轉化為電能的裝置。如果電源移送電荷q時非靜電力所做的功為W，那么W與q的比值，叫做電源的電動勢。3.干電池中的非靜電力是什么？化學作用。說明：電路中電動勢的作用實際上是某種非靜電力對自由電荷的作用。思考：在電磁感應現象中，哪一種作用扮演了非靜電力的角色

？一、電磁感應現象中的感生電場1、感生電場：磁場變化時在其周圍空間激發(fā)的電場稱為感生電場。

注：靜止的電荷激發(fā)的電場叫靜電場，靜電場電場線是由正電荷出發(fā)，終于負電荷，電場線是不閉合的，而感生電場是一種渦旋電場，電場線是閉合的。磁場變強思考：如何確定感生電場的方向？感生電場的方向與感應電流的方向相同——用楞次定律判定2、感生電動勢：由感生電場使導體產生的電動勢叫感生電動勢〔導線不動，磁場隨時間變化時在導線產生的感應電動勢〕感生電動勢的非靜電力是感生電場對電荷的作用。磁場變強分析與解答：電子帶負電，它在電場中受力的方向與電場的方向相反。此題中電子沿逆時針方向運動，所以為使電子加速，產生的電場應沿順時針方向。圖中，磁場方向由下向上。根據楞次定律，為使真空室中產生順時針方向的感生電場，磁場應該由弱變強。也就是說，為使電子加速，電磁鐵中的電流應該由小變大。思考與討論-UωF洛F2F1討論結果：1．導體中自由電荷〔正電荷〕具有水平方向的速度，由左手定那么可判斷受到沿棒向上的洛倫茲力作用，其合運動是斜向上的。2．自由電荷不會一直運動下去。因為C、D兩端聚集電荷越來越多，在CD棒間產生的電場越來越強，當電場力等于洛倫茲力時，自由電荷不再定向運動。3．C端電勢高。4．導體棒中電流是由D指向C的。二、電磁感應現象中的洛倫茲力1.動生電動勢：由于導體運動而產生的電動勢。動生電動勢的非靜電力與洛倫茲力有關。探討：-洛倫茲力不做功，不提供能量，只是起傳遞能量的作用。即外力克服洛倫茲力的一個分量F2所做的功，通過另一個分量F1轉化為感應電流的能量※洛倫茲力做功嗎？※能量是怎樣轉化的呢？UωF洛F2F12.動生電動勢的大小：那么動生電動勢為：E=BLv法拉第電磁感應定律得到。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感生電動勢與動生電動勢的比較 如下圖，內壁光滑、水平放置的玻璃圓環(huán)內，有一直徑略小于圓環(huán)直徑的帶正電的小球，以速率v0沿逆時針方向勻速轉動，假設在此空間突然加上方向豎直向上、磁感應強度B隨時間成正比例增加的變化磁場．設運動過程中小球帶電荷量不變，那么()A．小球對玻璃圓環(huán)的壓力一定不斷增大B．小球所受的磁場力一定不斷增大C．小球先沿逆時針方向減速運動，之后沿順時針方向加速運動D．磁場力對小球一直不做功

例1【思路點撥】解答此題時可按以下思路分析：【精講精析】變化的磁場將產生感生電場，這種感生電場由于其電場線是閉合的，也稱為渦旋電場，其場強方向可借助電磁感應現象中感應電流方向的判定方法，使用楞次定律判斷．當磁場增強時，會產生順時針方向的渦旋電場，電場力先對小球做負功使其速度減為零,后對小球做正功使其沿順時針方向做加速運動，所以C正確；磁場力始終與小球運動方向垂直，因此始終對小球不做功，D正確；小球在水平面內沿半徑方向受兩個力作用：環(huán)的壓力FN和磁場的洛倫茲力F，這兩個力的合力充當小球做圓周運動的向心力，其中F＝Bqv,磁場在增強，小球的速度先減小，后增大，所以洛倫茲力不一定總在增大；【答案】CD【規(guī)律總結】此題的關鍵是判斷出感生電場的方向，感生電場對小球做功，使帶電小球的動能發(fā)生變化．電磁感應中的能量守恒1.分析回路，分清電源和外電路。在電磁感應現象中，切割磁感線的導體或磁通量發(fā)生變化的回路將產生感應電動勢，該導體或回路就相當于電源，其余局部相當于外電路．2.分析清楚有哪些力做功，明確有哪些形式的能量發(fā)生了轉化．3.根據功能關系列式求解☆與動生電動勢有關的電磁感應現象中，通過克服安培力做功，把機械能或其他形式的能轉化為電能．克服安培力做多少功，就產生多少電能．假設電路是純電阻電路，轉化過來的電能將全部轉化為電阻的內能．

在傾角為θ的兩平行光滑長直金屬導軌的下端接有一電阻R，導軌自身的電阻可忽略不計，有一勻強磁場與兩金屬導軌平面垂直，方向垂直于導軌面向上．質量為m，電阻可不計的金屬棒ab，在沿著導軌面且與棒垂直的恒力F作用下沿導軌勻速上滑，上升高度為h，如下圖．那么在此過程中()A．恒力F在數值上等于mgsinθB．恒力F對金屬棒ab所做的功等于mghC．恒力F與重力的合力對金屬棒ab所做的功等于電阻R上釋放的焦耳熱D．恒力F與重力的合力對金屬棒ab所做的功等于零例2解析：選C.金屬棒ab沿導軌勻速上滑，合外力為零，恒力F在數值上等于重力沿導軌方向的分力與安培力之和，故A錯；動能不變，拉力做功等于克服重力和安培力做功，克服重力做的功等于重力勢能的增加，克服安培力做的功最終轉化為電阻R上釋放的焦耳熱，故B錯；恒力與重力的合力對金屬棒做的功等于克服安培力做的功，大小等于電阻R上釋放的焦耳熱，C對D錯．電磁感應中的圖象問題電磁感應中常涉及磁感應強度B、磁通量Φ、感應電動勢E、感應電流I、安培力F安或外力F外隨時間t變化的圖象，即B－t圖、Φ－t圖、E－t圖、I－t圖、F－t圖．對于切割磁感線產生感應電動勢和感應電流的情況，還常涉及感應電動勢E和感應電流I隨位移x變化的圖象，即E－x圖、I－x圖等．這些圖象問題大體上可分為兩類：1.由給定的電磁感應過程選出或畫出正確圖象．2.由給定的有關圖象分析電磁感應過程，求解相應的物理量．處理圖象問題首先要分清階段，然后對每個階段的導體切割情況或回路磁通量變化情況進行詳細分析，并進一步確定感應電動勢、感應電流等的大小和方向的變化特點，最后把握整個過程的變化規(guī)律． 如圖甲所示，光滑導軌水平放置在與水平方向夾角60°斜向下的勻強磁場中，勻強磁場的磁感應強度B隨時間的變化規(guī)律如圖乙所示(規(guī)定斜向下為正方向)，導體棒ab垂直導軌放置，除電阻R的阻值外，其余電阻不計，導體棒ab在水平外力作用下始終處于靜止狀態(tài)．規(guī)定a→b的方向為電流的正方向，水平向右的方向為外力的正方向，那么在0～t時間內，能正確反映流過導體棒ab的電流I和導體棒ab所受水平外力F隨時間t變化的圖象是()例3【精講精析】由楞次定律可判定回路中的電流始終為b→a方向，由法拉第電磁感應定律可判定回路電流大小恒定，故A、B錯；由F安＝BIL可得F安隨B的變化而變化，在0～t0時間內，F安方向向右，故外力F與F安等值反向，方向向左為負值；在t0～t時間內，F安方向改變，故外力F方向也改變?yōu)檎?，綜上所述，D項正確．【答案】

D【規(guī)律總結】解決這類問題時，一般采取排除法．根據物理量的方向(正、負)判斷較為簡單．導體棒在磁場中運動的動態(tài)分析通過導體的感應電流在磁場中將受到安培力作用，從而引起導體速度、加速度的變化．1.根本方法(1)用法拉第電磁感應定律和楞次定律求出感應電流的方向和感應電動勢的大小．(2)求出回路中電流的大?。?3)分析研究導體受力情況(包括安培力，用左手定那么確定其方向)(4)列出動力學方程或者平衡方程求解．2.根本思路：電磁感應力學問題中，要抓好受力情況、運動情況的動態(tài)：分析導體受力運動產生感應電動勢→感應電流→通電導體受到安培力→合外力變化→加速度變化→速度變化，周而復始的循環(huán)，循環(huán)結束時，加速度為0，導體到達穩(wěn)定狀態(tài)，速度到達最值．如圖甲所示，兩根足夠長的直金屬導體MN、PQ平行放置在傾角為θ的絕緣斜面上，兩導軌間距為L.M、P兩點間接有阻值為R的電阻．一根質量為m的均勻直金屬桿ab放在兩導軌上，并與導軌垂直．整套裝置處于磁感應強度為B的勻強磁場中，磁