第五節(jié) 電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況

1、 第五節(jié) 電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類問題 編者：楊福松【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1知道感生電場(chǎng)2知道感生電動(dòng)勢(shì)和動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的區(qū)別與聯(lián)系3會(huì)利用公式進(jìn)行簡單的計(jì)算【要點(diǎn)導(dǎo)學(xué)】什么是電源？什么是電動(dòng)勢(shì)？如果電源移送電荷q時(shí)非靜電力所做的功為W，那么電源的電動(dòng)勢(shì)E=在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，要產(chǎn)生電流，必須有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。這種情況下，哪一種作用扮演了非靜電力的角色呢？ 一、感應(yīng)電場(chǎng)與感生電動(dòng)勢(shì)穿過閉合回路的磁場(chǎng)增強(qiáng)，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？英國物理學(xué)家麥克斯韋認(rèn)為，磁場(chǎng)變化時(shí)在空間激發(fā)出一種電場(chǎng)，這種電場(chǎng)對(duì)自由電荷產(chǎn)生了力的作用，使自由電荷運(yùn)動(dòng)起來，形成了電流，或者說產(chǎn)生了電動(dòng)勢(shì)。感生

2、電場(chǎng)_感生電動(dòng)勢(shì)_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4-5-2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)，那么當(dāng)電磁鐵線圈電流的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？如果電流的方向與圖示方向相反，為使電子加速，電流又應(yīng)怎樣變化？ 分析： 二、洛倫茲力與動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)如圖4-5-3，導(dǎo)體棒CD在均勻磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)。1、自由電荷會(huì)隨著導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)，并因

3、此受到洛倫茲力。導(dǎo)體中自由電荷的合運(yùn)動(dòng)在空間大致沿什么方向？（為了方便，可以認(rèn)為導(dǎo)體中的自由電荷是正電荷）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?3、導(dǎo)體棒的哪端電勢(shì)比較高?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?分析：動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)：_如圖所示，導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生感應(yīng)電流，試分析電路中的能量轉(zhuǎn)化情況?！镜湫屠}】【例1】 如圖4-5-5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

4、移動(dòng)形成電流的力是電場(chǎng)力D以上說法都不對(duì)【例2】如圖4-5-6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lRBab【例3】如圖所示，豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)在初始時(shí)刻的磁感應(yīng)強(qiáng)度B0=0.5T，并且以=1T/s在增加，水平導(dǎo)軌的電阻和摩擦阻力均不計(jì)，導(dǎo)軌寬為0.5m，左端所接電阻R= 0.4。在導(dǎo)軌上l=1.0m處的右端擱一金屬棒ab，其電阻R0=0.1，并用水平細(xì)繩通過定滑輪吊著質(zhì)量為M =

5、2kg 的重物，欲將重物吊起，問：（1）感應(yīng)電流的方向（請(qǐng)將電流方向標(biāo)在本題圖上）以及感應(yīng)電流的大??；（2）經(jīng)過多長時(shí)間能吊起重物?！痉謱泳毩?xí)】電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類問題 班級(jí)_姓名_學(xué)號(hào)_（ ）1.關(guān)于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小的下列說法中，正確的是A線圈中磁通量變化越大，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一定越大B線圈中磁通量越大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一定越大C線圈放在磁感強(qiáng)度越強(qiáng)的地方，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一定越大D線圈中磁通量變化越快，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大（ ）2.一個(gè)帶正電的粒子在垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻增大時(shí)，此粒子的動(dòng)能將A不變 B增加C減少 D以上情況都可能 （ ）3.穿過一個(gè)電阻為l

6、的單匝閉合線圈的磁通量始終是每秒鐘均勻地減少2 Wb，A線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一定是每秒減少2 V B線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一定是2 VC線圈中的感應(yīng)電流一定是每秒減少2 AD線圈中的感應(yīng)電流一定是2 A（ ）4.如圖4-5-8所示，A、B為大小、形狀均相同且內(nèi)壁光滑，但用不同材料制成的圓管，豎直固定在相同高度兩個(gè)相同的磁性小球，同時(shí)從A、B管上端的管口無初速釋放，穿過A管的小球比穿過B管的小球先落到地面下面對(duì)于兩管的描述中可能正確的是AA管是用塑料制成的，B管是用銅制成的BA管是用鋁制成的，B管是用膠木制成的CA管是用膠木制成的，B管是用塑料制成的DA管是用膠木制成的，B管是用鋁制成的（ ）5.在垂

7、直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的平面內(nèi)，固定著同種導(dǎo)線制成的同心金屬圓環(huán)A、B，環(huán)半徑為RB=2RA。當(dāng)磁場(chǎng)隨時(shí)間均勻變化時(shí)，兩環(huán)中感應(yīng)電流IA：IB為A.1：2 B.2：1 C.1：4 D.4：1（ ）6.在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一接有電容器的回路，已知C=30F，L1=5cm，L2=8cm，磁場(chǎng)以5×10-2T/s的速率增強(qiáng)，則電容器上板帶A、正電，帶電量為2×10-9CB、正電，帶電量為6×10-9CC、負(fù)電，帶電量為4×10-9CD、負(fù)電，帶電量為6×10-9C（ ）7如圖4-5-10所示，相距為L，在足夠長度的兩條光滑平行導(dǎo)軌上，平行放置著質(zhì)量和電阻均相同的兩根

8、滑桿ab和cd，導(dǎo)軌的電阻不計(jì)，磁感強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的方向垂直于導(dǎo)軌平面豎直向下，開始時(shí)，ab和cd都處于靜止?fàn)顟B(tài)，現(xiàn)ab桿上作用一個(gè)水平方向的恒力F，下列說法中正確的是 Acd向左運(yùn)動(dòng) Bcd向右運(yùn)動(dòng)Cab和cd均先做變加速運(yùn)動(dòng)，后作勻速運(yùn)動(dòng)Dab和cd均先做變加速運(yùn)動(dòng)，后作勻加速運(yùn)動(dòng)8如圖4-5-11所示，在物理實(shí)驗(yàn)中，常用“沖擊式電流計(jì)”來測(cè)定通過某閉合電路的電荷量探測(cè)器線圈和沖擊電流計(jì)串聯(lián)后，又能測(cè)定磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度已知線圈匝數(shù)為n，面積為S，線圈與沖擊電流計(jì)組成的回路電阻為R，把線圈放在被測(cè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，開始時(shí)線圈與磁場(chǎng)方向垂直，現(xiàn)將線圈翻轉(zhuǎn)180°，沖擊式電流計(jì)測(cè)出通過線

9、圈的電荷量為q，由此可知，被測(cè)磁場(chǎng)的磁磁感應(yīng)強(qiáng)度B=_9如圖4-5-12,所示，面積為0.2 m2的100匝線圈處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于線圈平面，已知磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化的規(guī)律為B=（2+0.2t）T，定值電阻R1=6，線圈電阻R2=4，求：（1）磁通量變化率，回路的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；（2）a、b兩點(diǎn)間電壓Uab10.在寬為0.5m的平行導(dǎo)軌上垂直導(dǎo)軌放置一個(gè)有效電阻為r=0.6的直導(dǎo)體，在導(dǎo)軌的兩端分別連接兩個(gè)電阻R1=4、R2=6，其它電阻不計(jì)。整個(gè)裝置處在垂直導(dǎo)軌向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，如圖4-5-13所示，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.1T。當(dāng)直導(dǎo)體在導(dǎo)軌上以v=6m/s的速度向右運(yùn)動(dòng)時(shí), 求:直導(dǎo)體棒兩端的電壓和流過電阻R1和R2的電流大小。 R1× × × ×× × × ×× × × R2V圖4-5-1311.如圖4-5-14所示，長L1寬L2的矩形線圈電阻為R，處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)邊緣，線圈與磁感線垂直求：將線圈以向右的速度v勻速拉出磁場(chǎng)的過程中，拉力F的大小拉力的功率P拉力做的功W線圈中產(chǎn)生的電熱Q通過線圈某一截面的電荷量q【思考題】（選做）12. 如圖所示，光滑導(dǎo)軌寬0.4 m，ab金屬棒長0.5m，均勻變化的磁場(chǎng)垂直穿