電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況

第五節(jié)

《電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用》知識回顧:感應(yīng)電動(dòng)勢的有無取決于:感應(yīng)電動(dòng)勢的大小取決于:磁通量是否變化磁通量的變化率的大小法拉第電磁感應(yīng)定律:n為線圈的匝數(shù)E求解重要的推論:（θ為v與B夾角）通常計(jì)算平均感應(yīng)電動(dòng)勢多用于計(jì)算瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢導(dǎo)體切割磁感線動(dòng)生電動(dòng)勢電鍵閉合，改變滑動(dòng)片的位置感生電動(dòng)勢AB相當(dāng)于電源線圈B相當(dāng)于電源磁場變化引起的電動(dòng)勢△回顧電荷在外電路和內(nèi)電路中的運(yùn)動(dòng)。△電源電動(dòng)勢的作用是某種非靜電力對自由電荷的作用。abcd化學(xué)作用就是我們所說的非靜電力一、感應(yīng)電場與感生電動(dòng)勢1、感應(yīng)電場：變化的磁場在其周圍空間激發(fā)的電場稱為感應(yīng)電場特征：由于磁場的強(qiáng)弱變化，閉合電路中產(chǎn)生了感應(yīng)電流，電路中的自由電荷是在感應(yīng)電場作用下定向移動(dòng)的，即由于感應(yīng)電場的變化，在電路中形成了感應(yīng)磁場，感應(yīng)電場為渦旋電場。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(fù)電荷，電場線是不閉合的，而感應(yīng)電場是一種渦旋電場，電場線是閉合的。當(dāng)磁場增強(qiáng)時(shí)，產(chǎn)生的感應(yīng)電場是與磁場方向垂直的曲線，如果此空間存在閉合導(dǎo)線，導(dǎo)體中的自由電荷就會(huì)在電場力作用下定向移動(dòng)，而產(chǎn)生感應(yīng)電流2、感應(yīng)電動(dòng)勢：由感生電場使導(dǎo)體產(chǎn)生的電動(dòng)勢叫感生電動(dòng)勢（導(dǎo)線不動(dòng)，磁場隨時(shí)間變化時(shí)在導(dǎo)線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢）1）作用：在電路的作用就是電源，其電路就是內(nèi)電路，當(dāng)它與外電路連接后就會(huì)對外電路供電2）產(chǎn)生原因：渦旋電場產(chǎn)生的電場力作為一種非靜電力在導(dǎo)體中產(chǎn)生感生電動(dòng)勢實(shí)際應(yīng)用電子感應(yīng)加速器穿過真空室內(nèi)磁場的方向由圖知電子沿什么方向運(yùn)動(dòng)要使電子沿此方向加速，感生電場的方向如何由感生電場引起的磁場方向如何豎直向上逆時(shí)針順時(shí)針向下原磁場在增強(qiáng)，即電流在增大。二、洛侖茲力與動(dòng)生電動(dòng)勢1、動(dòng)生電動(dòng)勢：磁場不變，由導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)引起磁通量的變化而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢2、產(chǎn)生機(jī)理：問題1：自由電荷會(huì)隨著導(dǎo)線棒運(yùn)動(dòng)，并因此受到洛倫茲力，導(dǎo)體中自由電荷的合運(yùn)動(dòng)在空間大致沿什么方向運(yùn)動(dòng)？（為正電荷）由左手定則可知，自由電荷將受到由C到D的力，所以自由電荷沿導(dǎo)線向下運(yùn)動(dòng)問題2：導(dǎo)體棒一直運(yùn)動(dòng)下去，自由電荷是否會(huì)沿著導(dǎo)體棒一直運(yùn)動(dòng)下去嗎？為什么？不會(huì)，因?yàn)檎姾上駾運(yùn)動(dòng)，C端將出現(xiàn)過剩負(fù)電荷，D端出現(xiàn)過剩正電荷，結(jié)果導(dǎo)體上端電勢低于下端電勢，形成由下端D指向上端C的靜電場，正電荷的力向上，與洛侖茲力方向相反，當(dāng)F洛=F靜電時(shí)，自由電荷不再運(yùn)動(dòng)問題3：導(dǎo)體的棒的哪端電勢比較高？D端電勢高問題4：如果用導(dǎo)線把C、D兩端連到磁場外的一個(gè)用電器上，導(dǎo)體棒中電流是沿什么方向？CD相當(dāng)于電源，電源內(nèi)部，電流由低電勢流向高電勢，電流方向是C到D動(dòng)生電動(dòng)勢的表達(dá)式：作用在單位正電荷的洛倫茲力為F=F洛/e=vB則動(dòng)生電動(dòng)勢為：E=FL=BLv結(jié)論：與法拉第電磁感應(yīng)定律得到的結(jié)果一致探討：-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(gè)分量F2所做的功，通過另一個(gè)分量F1轉(zhuǎn)化為感應(yīng)電流的能量※洛倫茲力做功嗎？※能量是怎樣轉(zhuǎn)化的呢？UωF洛F2F1VLMN×××××××××××××××××××××××××R例題：光滑導(dǎo)軌上架一個(gè)直導(dǎo)體棒MN，設(shè)MN向右勻速運(yùn)動(dòng)的速度為V，MN長為L,不計(jì)其他電阻求：（1）導(dǎo)體MN做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的安培力大小和方向？（2）導(dǎo)體MN受到的外力的大小和方向？（3）MN向右運(yùn)動(dòng)S位移，外力克服安培力做功的表達(dá)式是什么？（4）在此過程中感應(yīng)電流做功是多少？結(jié)論：在純電阻電路中，外力克服安培力做了多少功將有多少熱量產(chǎn)生。實(shí)際應(yīng)用例1、如圖，兩個(gè)相連的金屬圓環(huán)，粗金屬圓環(huán)的電阻為細(xì)金屬圓環(huán)電阻的一半。磁場垂直穿過粗金屬環(huán)所在的區(qū)域，當(dāng)磁感應(yīng)隨時(shí)間均勻變化時(shí)，在粗環(huán)里產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為E，則ab兩點(diǎn)間的電勢差為（）A．E/2B．E/3C．2E/3D．E例2、如圖，內(nèi)壁光滑的塑料管彎成的圓環(huán)平放在水平桌面上，環(huán)內(nèi)有一帶負(fù)電小球，整個(gè)裝置處于豎直向下的磁場中，當(dāng)磁場突然增大時(shí)，小球?qū)ⅲǎ〢、沿順時(shí)針方向運(yùn)動(dòng)B、沿逆時(shí)針方向運(yùn)動(dòng)C、在原位置附近往復(fù)運(yùn)動(dòng)D、仍然保持靜止?fàn)顟B(tài)例3、有一面積為S=100cm2的金屬環(huán)，電阻為R=01Ω如圖所示，環(huán)中磁場變化規(guī)律如圖所示，且方向垂直環(huán)向里，在t1和t2時(shí)間內(nèi)，環(huán)中感應(yīng)電流的方向如何？通過金屬環(huán)的電荷量為多少？例4：如圖所示，豎直向上的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=，并且以△B/△t=在變化水平軌道電阻不計(jì)，且不計(jì)摩擦阻力，0=01Ω的導(dǎo)體棒，并用水平線通過定滑輪吊著質(zhì)量為M=的重物，軌道左端連接的電阻R=04Ω，圖中的L=，求至少經(jīng)過多長時(shí)間才能吊起重物。動(dòng)