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(shí)點(diǎn)一知識(shí)點(diǎn)二考向一考向二隨堂基礎(chǔ)鞏固課時(shí)跟蹤訓(xùn)練知識(shí)點(diǎn)三考向三1.磁場(chǎng)變化時(shí)在空間激發(fā)出電場(chǎng)，叫做感生電場(chǎng)，此時(shí)磁場(chǎng)中的閉合導(dǎo)體回路中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，回路中感生電場(chǎng)對(duì)自由電荷的作用即為電源內(nèi)部非靜電力對(duì)自由電荷的作用。2.由感生電場(chǎng)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)叫做感生電動(dòng)勢(shì)，感生電場(chǎng)的方向可根據(jù)楞次定律來(lái)判定。3.導(dǎo)體切割磁感線時(shí)會(huì)產(chǎn)生動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)，此時(shí)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(chǎng)麥克斯韋認(rèn)為，磁場(chǎng)變化時(shí)會(huì)在空間激發(fā)一種電場(chǎng)，它與靜電場(chǎng)不同，不是由

產(chǎn)生的，我們叫它感生電場(chǎng)。

2．感生電動(dòng)勢(shì)由感生電場(chǎng)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

3．感生電動(dòng)勢(shì)中的非靜電力就是

對(duì)

的作用。

4．感生電場(chǎng)的方向判斷由磁場(chǎng)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(chǎng)自由電荷電荷[特別提醒]

(1)靜電場(chǎng)的電場(chǎng)線不閉合，感生電場(chǎng)由于是一種渦旋場(chǎng)，所以電場(chǎng)線閉合。

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

生電場(chǎng)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(chǎng)，必須由均勻變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生，C對(duì)。答案：C[自學(xué)教材]1．動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)由于導(dǎo)體

運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

2．動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)中的“非靜電力”自由電荷因隨導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)而受到

，非靜電力與

有關(guān)。

3.動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)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(dòng)時(shí)，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(dòng)勢(shì)與動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的對(duì)比感生電動(dòng)勢(shì)動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生原因磁場(chǎng)的變化導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)移動(dòng)電荷的非靜電力感生電場(chǎng)對(duì)自由電荷的電場(chǎng)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(chǎng)中的線圈部分做切割磁感線運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體[特別提醒]有些情況下，動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生電動(dòng)勢(shì)具有相對(duì)性。例如，將條形磁鐵插入線圈中，如果在相對(duì)磁鐵靜止的參考系內(nèi)觀察，線圈運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生的是動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)；如果在相對(duì)線圈靜止的參考系中觀察，線圈中磁場(chǎng)變化，產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)。2．下列說(shuō)法中正確的是 (

)A．動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)是洛倫茲力對(duì)導(dǎo)體中自由電荷做功而

引起的

B．因?yàn)槁鍌惼澚?duì)運(yùn)動(dòng)電荷始終不做功，所以動(dòng)生

電動(dòng)勢(shì)不是由洛倫茲力而產(chǎn)生的

C．動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的方向可以由右手定則來(lái)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(dòng)生電動(dòng)勢(shì)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(duì)自由電荷所做的總功仍為零，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)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(shí)，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(dòng)時(shí)不成立，故D錯(cuò)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(dòng)勢(shì)有關(guān)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電能，若電路是純電阻電路，轉(zhuǎn)化過(guò)來(lái)的電能將全部轉(zhuǎn)化為電阻的內(nèi)能。

(2)與動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)有關(guān)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，通過(guò)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。克服安培力做多少功，就產(chǎn)生多少電能。若電路是純電阻電路，轉(zhuǎn)化過(guò)來(lái)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(dòng)勢(shì)，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(dòng)摩擦力做功有內(nèi)能產(chǎn)生重力做功重力勢(shì)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(guò)電路中所消耗的電能來(lái)計(jì)算。3．如圖4－5－2所示，磁感應(yīng)強(qiáng)度為

B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)有理想界面，用力將

矩形線圈從磁場(chǎng)中勻速拉出。在其

他條件不變的情況下(

)A．速度越大時(shí)，拉力做功越多

B．線圈邊長(zhǎng)L1越大時(shí)，拉力做功越多

C．線圈邊長(zhǎng)L2越大時(shí)，拉力做功越多

D．線圈電阻越大時(shí)，拉力做功越多圖4－5－2答案：ABC圖4－5－3[思路點(diǎn)撥]因?yàn)榇艌?chǎng)在變化，在閉合回路中產(chǎn)生的是感生電動(dòng)勢(shì)，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(shí)，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(dòng)，磁場(chǎng)發(fā)生變化，產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)，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(chǎng)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(chǎng)垂直于ab棒斜向下。從

某時(shí)刻開始磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻減小，同時(shí)

施加一個(gè)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(zhǎng)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(chǎng)與導(dǎo)軌所在平面垂直。有一質(zhì)量為m、電阻不計(jì)的水平金屬桿ab可在導(dǎo)軌上自由滑動(dòng)，滑動(dòng)過(guò)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(shí)速度達(dá)最大，在此過(guò)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(gè)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(shí)的速度。(2)勻速下滑過(guò)程中通過(guò)金屬桿的電流I與時(shí)間t的關(guān)系。圖4－5－5[思路點(diǎn)撥]解答本題時(shí)應(yīng)把握以下兩點(diǎn)：(1)金屬桿下滑過(guò)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(guò)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的分析來(lái)尋找過(guò)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(chǎng)B垂直，導(dǎo)體

ab能緊貼金屬框架運(yùn)動(dòng)，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(dòng)時(shí)，速度為v0，試求

bOc回路中某時(shí)刻的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)

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(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直于紙面向里，一根長(zhǎng)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(jì)，導(dǎo)體棒與圓形導(dǎo)軌接觸良好。求：(1)在滑動(dòng)過(guò)程中通過(guò)電阻r的電流的平均值；(2)MN從左端到右端的整個(gè)過(guò)程中，通過(guò)r的電荷量；(3)當(dāng)MN通過(guò)圓導(dǎo)軌中心時(shí)，通過(guò)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(dòng)的過(guò)程中，切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，對(duì)電阻r供電，計(jì)算電流時(shí)要特別注意是用平均值還是瞬時(shí)值。3.