（浙江新高考专用）2019-2020学年高中物理 第四章 电磁感应现象 5 电磁感应现象的两类情况课

第四章电磁感应5电磁感应现象的两类情况知识内容选考要求课时要求电磁感应现象的两类情况b1.初步了解感生电场和感生电动势.2.初步了解动生电动势和电磁感应中洛伦兹力的作用.3.知道感生电动势与动生电动势是感应电动势的两种不同的类型.4.会求解与电路分析、电路计算结合的简单电磁感应问题.NEIRONGSUOYIN内容索引自主预习预习新知夯实基础重点探究启迪思维探究重点达标检测检测评价达标过关课时对点练注重双击强化落实自主预习一、感生电场的产生在他的电磁理论中指出：的磁场能在周围空间激发，这种电场叫感生电场.麦克斯韦变化电场二、感生电动势的产生1.由产生的电动势叫感生电动势.2.感生电动势大小：E＝_____.3.方向判断：由定律和定则判定.感生电场nΔΦΔt楞次右手螺旋三、动生电动势的产生1.由于产生的电动势叫动生电动势.2.动生电动势大小：(B的方向与v的方向垂直).3.方向判断：定则.导体运动E＝Blv右手1.判断下列说法的正误.(1)只要磁场变化，即使没有电路，在空间也将产生感生电场.()(2)处于变化磁场中的导体，其内部自由电荷定向移动，是由于受到感生电场的作用.()(3)动生电动势(切割磁感线产生的电动势)产生的原因是导体内部的自由电荷受到洛伦兹力的作用.()(4)产生动生电动势时，洛伦兹力对自由电荷做了功.()即学即用×√√√2.研究表明，地球磁场对鸽子识别方向起着重要作用.在北半球若某处地磁场磁感应强度的竖直分量约为5×10－5T.鸽子以20m/s的速度水平滑翔，鸽子两翅展开可达30cm左右，则可估算出两翅之间产生的动生电动势约为________V，____(填“左”或“右”)侧电势高.3×10－4左重点探究一、感生电场和感生电动势1.感生电场的产生如图1所示，B变化时，就会在空间激发一个感生电场E.如果E处空间存在闭合导体，导体中的自由电荷就会在电场力的作用下定向移动，而产生感应电流.图12.变化的磁场周围产生的感生电场，与闭合电路是否存在无关.如果在变化的磁场中放一个闭合回路，回路中就有感应电流，如果无闭合回路，感生电场仍然存在.3.感生电场可用电场线形象描述.感生电场是一种涡旋电场，电场线是闭合的，而静电场的电场线不闭合.4.感生电场(感生电动势)的方向一般由楞次定律判断，感生电动势的大小由法拉第电磁感应定律E＝n计算.ΔΦΔt例1(多选)(2017·温州中学高二上学期期中)下列说法中正确的是A.感生电场由变化的磁场产生B.恒定的磁场也能在周围空间产生感生电场C.感生电场的方向也同样可以用楞次定律和右手螺旋定则来判定D.感生电场的电场线是闭合曲线，其方向一定是沿逆时针方向√√解析变化的电场可以产生磁场，变化的磁场可以在周围产生电场，故A正确；恒定的磁场在周围不产生电场.故B错误；感生电场的方向也同样可以用楞次定律和右手螺旋定则来判定，故C正确；感生电场的电场线是闭合曲线，其方向不一定是沿逆时针方向，故D错误.例2(多选)某空间出现了如图2所示的一组闭合的电场线，这可能是A.沿AB方向磁场在迅速减弱B.沿AB方向磁场在迅速增强C.沿BA方向磁场在迅速增强D.沿BA方向磁场在迅速减弱√√图2闭合回路(可假定其存在)的感应电流方向就表示感生电场的方向.判断思路如下：技巧点拨假设存在垂直场方向的环形回路→回路中的磁通量的变化――――――→楞次定律安培定则回路中感应电流的方向→感生电场方向二、动生电场和动生电动势1.动生电场的产生如图3所示，导体棒CD在匀强磁场中运动.自由电荷会随着导体棒运动，并因此受到洛伦兹力.若CD向右匀速运动，由左手定则可判断自由电子受到沿棒向下的洛伦兹力作用，C端电势高，D端电势低.随着C、D两端聚集电荷越来越多，在CD棒间产生的电场越来越强，当电场力等于洛伦兹力时，自由电荷不再定向运动，C、D两端形成稳定的电势差.图32.感生电动势与动生电动势的比较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＝n计算通常由E＝Blvsinθ计算，也可由E＝n计算ΔΦΔtΔΦΔt例3(多选)如图4所示，导体AB在做切割磁感线运动时，将产生一个电动势，因而在电路中有电流通过，下列说法中正确的是A.因导体运动而产生的感应电动势称为动生电动势B.动生电动势的产生与洛伦兹力有关C.动生电动势的产生与电场力有关D.动生电动势和感生电动势产生的原因是一样的√图4√解析根据动生电动势的定义，选项A正确.动生电动势中的非静电力与洛伦兹力有关，感生电动势中的非静电力与感生电场有关，选项B正确，选项C、D错误.[学科素养]通过例1、例2和例3，加深对感生电动势和动生电动势的理解，掌握它们方向的判断方法，并会对两者进行区分，体现了“科学思维”的学科素养.三、导体棒转动切割产生动生电动势的计算1.当导体棒在垂直于匀强磁场的平面内，其一端固定，以角速度ω匀速转动时，产生的感应电动势为E＝Blv＝12Bl2ω，如图5所示.图52.若圆盘在匀强磁场中以角速度ω绕圆心匀速转动时，如图6所示，相当于无数根“辐条”转动切割，它们之间相当于电源的并联结构，圆盘上的感应电动势为E＝Brv＝12Br2ω.图6例4长为l的金属棒ab以a点为轴在垂直于匀强磁场的平面内以角速度ω匀速转动，如图7所示，磁感应强度大小为B.求：(1)金属棒ab两端的电势差；图7答案12Bl2ω解析ab两端的电势差：Uab＝E＝Blv＝12Bl2ω.(2)经时间Δt(Δt)金属棒ab所扫过的面积中通过的磁通量为多少？此过程中的平均感应电动势多大？2πω答案12Bl2ωΔt12Bl2ω解析经时间Δt金属棒ab所扫过的扇形面积ΔS＝12l2θ＝12l2ωΔt，ΔΦ＝BΔS＝12Bl2ωΔt.由法拉第电磁感应定律得：E＝ΔΦΔt＝12Bl2ωΔtΔt＝12Bl2ω.达标检测1.(对感生电场的理解)如图8所示，内壁光滑的塑料管弯成的圆环平放在水平桌面上，环内有一带负电的小球，整个装置处于竖直向下的磁场中，当磁场突然增强时，小球将A.沿顺时针方向运动B.沿逆时针方向运动C.在原位置附近往复运动D.仍然保持静止状态图8√12342.(对感生电场的理解)如图9所示，长为L的金属导线弯成一圆环，导线的两端接在电容为C的平行板电容器上，P、Q为电容器的两个极板，磁场垂直于环面向里，磁感应强度以B＝B0＋kt(k0)的规律随时间变化，t＝0时，P、Q两板电势相等，两板间的距离远小于环的半径，经时间t，电容器P板A.不带电B.所带电荷量与t成正比图91234C.带正电，电荷量是kL2C4πD.带负电，电荷量是kL2C4π√1234解析磁感应强度以B＝B0＋kt(k0)的规律随时间变化，由法拉第电磁感应定律得：E＝ΔΦΔt＝SΔBΔt＝kS，而S＝πr2＝π(L2π)2＝L24π，经时间t电容器P板所带电荷量Q＝EC＝kL2C4π；由楞次定律和安培定则知电容器P板带负电，故D选项正确.解析ab棒以b端为轴在纸面内以角速度ω匀速转动，则a、b两端的电势差大小U＝E＝12B(4L)2ω＝8BL2ω.故选D.3.(转动切割产生的电动势)(2017·慈溪市高二上学期期中)如图10所示，导体棒ab长为4L，匀强磁场的磁感应强度为B，导体绕过b点垂直纸面的轴以角速度ω匀速转动，则a端和b端的电势差U的大小等于A.0.5BL2ωB.BL2ωC.4BL2ωD.8BL2ω√图101234答案E＝33Bv02t4.(平动切割产生的动生电动势)如图11所示，“∠”形金属框架MON所在平面与磁感应强度为B的匀强磁场垂直，金属棒ab能紧贴金属框架运动，且始终与ON垂直，金属棒与金属框架粗细相同，且由同种材料制成.当ab从O点开始(t＝0)匀速向右平动时，速度为v0，∠MON＝30°.(1)试求bOc回路中感应电动势随时间变化的函数关系式；图1112341234解析t＝0时ab从O点出发，经过时间t后，ab匀速运动的距离为s，则有s＝v0t.由tan30°＝bcs，有bc＝v0t·tan30°.则金属棒ab接入回路的bc部分切割磁感线产生的感应电动势为E＝Bv0bc＝Bv02ttan30°＝33Bv02t.解析lOb＝v0t，lbc＝v0ttan30°，lOc＝v0tcos30°，单位长度电阻设为R0，则回路总电阻R＝R0(v0t＋v0ttan30°＋v0tcos30°)＝R0v0t(1＋3)，则回路电流I＝ER＝3－3Bv06R0，故I为常量，与时间t无关，选项B正确.(2)闭合回路中的电流随时间变化的图象是________.1234√课时对点练一、选择题考点一感生电场和感生电动势1.(多选)在空间某处存在一变化的磁场，则A.在磁场中放一闭合线圈，线圈中一定会产生感应电流B.在磁场中放一闭合线圈，线圈中不一定会产生感应电流C.在磁场中不放闭合线圈，在变化的磁场周围一定不会产生电场D.在磁场中不放闭合线圈，在变化的磁场周围一定会产生电场12345678910111213√√解析由感应电流产生的条件可知，只有闭合回路中的磁通量发生改变，才能产生感应电流，如果闭合线圈平面与磁场方向平行，则线圈中无感应电流产生，故A错，B对；感生电场的产生与变化的磁场周围有无闭合回路无关，故C错，D对.142.在如下图所示的四种磁场情况中能产生恒定的感生电场的是12345678910111213√解析均匀变化的磁场产生恒定的电场，故C正确.143.(多选)著名物理学家费曼曾设计过这样一个实验装置：一块绝缘圆板可绕其中心的光滑轴自由转动，在圆板的中部有一个线圈，圆板四周固定着一圈带电的金属小球，如图1所示.当线圈接通电源后，将产生图示逆时针方向的电流.则下列说法正确的是A.接通电源瞬间，圆板不会发生转动B.线圈中电流的增大或减小会引起圆板向不同方向转动C.若金属小球带负电，接通电源瞬间圆板转动方向与线圈中电流方向相反D.若金属小球带正电，接通电源瞬间圆板转动方向与线圈中电流方向相反√12345678910111213√图114解析线圈接通电源瞬间，变化的磁场产生感生电场，从而导致带电小球受到电场力，使其转动，A错误；不论线圈中电流是增大还是减小，都会引起磁场的变化，从而产生不同方向的电场，使小球受到电场力的方向不同，所以会向不同方向转动，B正确；接通电源瞬间，产生顺时针方向的电场，如果小球带负电，圆板转动方向与线圈中电流方向相同，C错误；同理可知D正确.12345678910111213144.现代科学研究中常用到高速电子，电子感应加速器就是利用感生电场加速电子的设备.电子感应加速器主要由上、下电磁铁磁极和环形真空室组成.当电磁铁绕组通以变化的电流时，产生变化的磁场，穿过真空盒所包围的区域内的磁通量也随时间变化，这时真空盒空间内就产生感应涡旋电场，电子将在涡旋电场作用下加速.如图2所示(上图为侧视图、下图为真空室的俯视图)，若电子被“约束”在半径为R的圆周上运动，当电磁铁绕组通有图中所示的电流时A.若电子沿逆时针运动，保持电流的方向不变，当电流增大时，电子将加速B.若电子沿顺时针运动，保持电流的方向不变，当电流增大时，电子将加速C.若电子沿逆时针运动，保持电流的方向不变，当电流减小时，电子将加速D.被加速时电子做圆周运动的周期不变12345678910111213√图214解析当电磁铁绕组通有题图中所示的电流时，由安培定则可知将产生向上的磁场，当电磁铁绕组中电流增大时，根据楞次定律和安培定则可知，这时真空盒空间内产生顺时针方向的感生电场，电子沿逆时针运动，电子将加速，选项A正确；同理可知选项B、C错误；由于电子被“约束”在半径为R的圆周上运动，被加速时电子做圆周运动的周期减小，选项D错误.1234567891011121314解析根据法拉第电磁感应定律得：E＝n·ΔΦΔt＝10×0.0