70电磁感应现象的两类情况

感生电动势和动生电动势选修3-24.5电磁感应现象的两类情况导体切割磁感线动生电动势电键闭合，改变滑动片的位置感生电动势AB相当于电源线圈B相当于电源磁场变化引起的电动势△回顾电荷在外电路和内电路中的运动。△电源电动势的作用是某种非静电力对自由电荷的作用。abcd化学作用就是我们所说的非静电力一、理论探究感生电动势的产生磁场变强II电流是怎样产生的？自由电荷为什么会运动？使电荷运动的力难道是变化的磁场对其施加的力吗？猜想：使电荷运动的力可能是洛伦兹力、静电力、或者是其它力〔英〕麦克斯韦认为，磁场变化时会在周围空间激发一种电场-----感生电场闭合导体中的自由电荷在这种电场下做定向运动产生感应电流（感生电动势）感生电动势的非静电力是感生电场对电荷的作用力。感生电场的方向类似感应电流方向的判定----安培定则实际应用电子感应加速器穿过真空室内磁场的方向由图知电子沿什么方向运动要使电子沿此方向加速，感生电场的方向如何由感生电场引起的磁场方向如何竖直向上逆时针顺时针向下原磁场在增强，即电流在增大。1、变化的的磁场能在周围空间激发电场,这种电场叫感应电场2、由感生电场产生的感应电动势称为感生电动势.麦克斯韦:磁场变强感应电场-----充当“非静电力”的作用3、感应电场的方向----由楞次定律判断.磁场变化时，垂直磁场的闭合环形回路(可假定存在)的方向---就是感应电场的方向感应电流感生电动势二、理论探究动生电动势的产生思考与讨论1、动生电动势是怎样产生的？2、什么力充当非静电力？提示※导体中的自由电荷受到什么力的作用？※导体棒的哪端电势比较高？※非静电力与洛伦兹力有关吗？F洛＋＋--F电-F电导体棒中自由电荷是电子1.自由电子随棒向右运动,同时向下运动。2.上端积累正电荷，下端积累负电荷。3.当电场力与洛仑兹力平衡时，自由电荷就只随棒向右运动。4.CD棒-----电源，上端为正5.洛仑兹力----与非静电力有关动生电动势的非静电力与洛伦兹力有关。6.动生电动势方向：右手定则VLMN×××××××××××××××××××××××××R例题：光滑导轨上架一个直导体棒MN，设MN向右的速度为V，MN长为L,不计其他电阻求：（1）安培力大方向？（2）在此过程中感应电流做功是多少？结论：在纯电阻电路中，外力克服安培力做了多少功将有多少热量产生。实际应用安培力做负功，动能减少能量守恒：动能减少，内能增加安总WQ•3．感生电动势与动生电动势的对比感生电动势动生电动势产生原因磁场的变化导体做切割磁感线运动移动电荷的非静电力感生电场对自由电荷的电场力导体中自由电荷所受洛伦兹力沿导体方向的分力回路中相当于电源的部分处于变化磁场中的线圈部分做切割磁感线运动的导体方向判断方法由楞次定律判断通常由右手定则判断，也可由楞次定律判断大小计算方法由E＝nΔΦΔt计算通常由E＝Blvsinθ计算，也可由E＝nΔΦΔt计算题型1对感生电动势的理解及应用如下图，固定在匀强磁场中的水平导轨ab、cd的间距l1＝0.5m，金属棒ad与导轨左端bc的距离l2＝0.8m，整个闭合回路的电阻为R＝0.2Ω，匀强磁场的方向竖直向下穿过整个回路．ad杆通过细绳跨过定滑轮接一个质量为m＝0.04kg的物体，不计一切摩擦，现使磁感应强度从零开始以ΔBΔt＝0.2T/s的变化率均匀地增大，求经过多长时间物体m刚好能离开地面？(g取10m/s2)IGFTFTF安FT=mg即：mg＝BILFT=F安=BIL楞次定律判感应电流的方向左手定则判安培力的方向ttBB解析：物体刚要离开地面时，其受到的拉力F等于它的重力mg，而拉力F等于棒ad所受的安培力，即mg＝BIl1①其中B＝ΔBΔt·t②感应电流由变化的磁场产生I＝ER＝ΔΦΔt·1R＝ΔBΔt·l1l2R③所以由上述三式联立可得t＝mgRl21l2·ΔtΔB·ΔtΔB＝10sIGFTFTF安FT=F安=BILFT=mg•点评：本类问题中的恒量与变量必须分清楚，导体不动，磁场发生变化，产生感生电动势，由于变化率是定值，因此E、I均为恒量。•但ab杆受到的安培力随磁场的增强而增大，根据力的变化判断出重物刚好离开地面的临界条件。题型2对动生电动势的理解及应用如图1，在竖直向下的磁感应强度为B的匀强磁场中，两根足够长的平行光滑金属轨道MN、PQ固定在水平面内，相距为L。一质量为m的导体棒ab垂直于MN、PQ放在轨道上，与轨道接触良好。轨道和导体棒的电阻均不计。•(1)如图2所示，若轨道左端MP间接一阻值为R的电阻，导体棒在水平向右的恒力F的作用下由静止开始运动。求经过一段时间后，导体棒所能达到的最大速度的大小。vF安IBIL安F总REIBLvE总安RvF22LB安合F-FF最大合va,0,0FvF安IBIL安F总REIBLvE总安RvF22LB安合F-FF最大合va,0,0F解析：(1)导体棒ab向右做加速度减小的加速运动当安培力与外力F平衡时，导体棒ab达到最大速度v1根据F＝BILI＝ER动生电动势E＝BLv1解得v1＝FRB2L2〔变式2〕两根和水平方向成α角的光滑平行金属导轨，上端接有可变电阻R，下端足够长，空间有垂直于轨道平面的匀强磁场，磁感应强度为B，一根质量为m的金属杆从轨道上由静止滑下，足够长的时间后，金属杆速度趋于一个最大速度vm，则A．如果B增大，vm将变大B．如果α变大，vm将变大C．如果R变大，vm将变大D．如果m变小，vm将变大BCF安GFN解析：金属杆匀速运动，速度最大，此时受力平衡有：mgsinθ＝F安此时金属杆电动势Em＝BLvm安培力大小：F安＝BImL＝B2L2vmR联立得：vm＝mgR·sinαB2L2题型3电磁感应中的图象问题CL有效增大BLvE速度垂直方向的长度）：有效长度（投影到与LL有效不变L有效增大感应电流方向：右手定则•解析：•当右边进入磁场时，感应电流逆时针方向，有效切割长度逐渐增大•当线框右边出磁场后，有效切割长度不变，则产生感应电流的大小不变，但比刚出磁场时的有效长度缩短，导致感应电流的大小比刚出磁场时电流小，由楞次定律得，此时感应电流仍沿逆时针•当线框左边进入磁场时，有效切割长度在变大，但此时感应电流的方向是顺时针，即是负方向且大小增大VLMN×××××××××××××××××××××××××R结论：在纯电阻电路中，外力克服安培力做了多少功将有多少热量产生。安培力做负功，动能减少能量守恒定律：动能减少，内能增加安总WQ题型4电磁感应中的电路与能量转化问题•1．电磁感应现象中的能量转化方式•(1)与感生电动势有关的电磁感应现象中，磁场能转化为电能，若电路是纯电阻电路，转化过来的电能将全部转化为电阻的内能。•(2)与动生电动势有关的电磁感应现象中，通过克服安培力做功，把机械能或其他形式的能转化为电能。克服安培力做多少功，就产生多少电能。若电路是纯电阻电路，转化过来的电能也将全部转化为电阻的内能。三、电磁感应现象中的能量转化与守恒•2．求解电磁感应现象中能量守恒问题的一般思路•(1)分析回路，分清电源和外电路。•在电磁感应现象中，切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势，该导体或回路就相当于电源，其余部分相当于外电路。•(2)分析清楚有哪些力做功，明确有哪些形式的能量发生了转化。•(3)根据能量守恒列方程求解。题型4电磁感应中的电路与能量转化问题如图，光滑定滑轮上绕有轻质柔软细线，线一端系质量为3m的重物，另一端系质量为m、电阻为r的金属杆。在竖直平面内有间距为L的足够长的平行金属导轨PQ、EF，在QF之间连接有阻值为R的电阻，其余电阻不计，磁感应强度为B0的匀强磁场与导轨平面垂直，开始时金属杆置于导轨下端QF处，将重物由静止释放，当重物下降h时恰好达到稳定速度而匀速下降。运动过程中金属杆始终与导轨垂直且接触良好，(忽略所有摩擦，重力加速度为g)，求：•(1)电阻R中的感应电流方向；•(2)重物匀速下降的速度v；•(3)重物从释放到下降h的过程中，电阻R中产生的焦耳热QR；•(4)若将重物下降h时的时刻记作t＝0，速度记为v0，从此时刻起，磁感应强度逐渐减小，若此后金属杆中恰好不产生感应电流，则磁感应强度B怎样随时间t变化(写出B与t的关系式)F=F安+mg解析：(1)根据右手定则可判知，电阻R中的感应电流方向为Q→R→F右手定则：导线切割电流方向FI解析：(2)对金属棒：匀速运动，速度最大，此时受力平衡有：F=mg+F安mgF安F3mgF=3mg式中：F＝3mgF安＝B0IL＝B20L2vR＋r所以：v＝2mgR＋rB20L2(3)设电路中产生的总焦耳热为Q，则由能量守恒关系得：减少的重力势能等于增加的动能和焦耳热Q即：3mgh－mgh＝12(3m)v2＋12mv2＋Q所以：电阻R中产生的焦耳热QR为QR＝RR＋rQ＝2mghRR＋r－8m3g2R＋rRB40L4(4)金属杆中恰好不产生感应电流即磁通量不变:Φ0＝ΦthLB0＝(h＋h2)LBt式中：h2＝v0t＋12at2又：a＝3mg－mg3m＋m＝12g则磁感应强度B随时间t变化的关系式为Bt＝B0hh＋v0t＋g4t2谢谢大家