第四章 5. 电磁感应现象的两种情况 课件（共38张PPT）

(共38张PPT)
《电磁感应现象
的两类情况》
5 电磁感应现象的两类情况
1．知道感生电场的产生原因.
2．知道感生电动势和动生电动势及其区别与联系.
3.通过对相应物理学史的了解，培养热爱科学、尊重知识的良好品德.
产生感应电动势的两种类型
线圈相当于电源
导体切割磁感线
AB相当于电源
在电磁感应现象中，引起磁通量变化的原因不同，一般分为两种：一种是磁场不变，导体运动引起磁通量变化而产生感应电动势，如下图甲所示；另一种是导体不动，由于磁场变化引起磁通量变化而产生感应电动势，如下图乙所示，请探究一下它们产生感应电动势的机理．
知识回顾：电源在电路中的工作原理
通过非静电力做功，将电荷从电源负极移动到电源正极
一般的电源是由电池中的电解液与两级板的化学反应产生这种非静电力
线圈B相当于电源
磁场变化引起的电动势
一个闭合电路静止于磁场中,由于磁场强弱的变化,闭合电路内产生了感应电动势.这种情况下,哪一种作用扮演了非静电力的角色?
磁场变强
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吗？
猜想：使电荷运动的力可能是洛伦兹力、
静电力或者是其他力.
一、理论探究感生电动势的产生
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中做定向运动
产生感应电流（感生电动势）
感生电场的方向判定类似感应电流方向的判定——安培定则.
感生电动势的非静电力是感生电场对自由电荷的作用力.
1、变化的磁场能在周围空间激发电场,这种电场叫感生电场.
2、由感生电场产生的感应电动势称为感生电动势.
3、感生电动势在电路中的作用就是电源,其电路就是内电路,当它与外电路连接后就会对外电路供电.
4、感生电场是产生感应电流或感应电动势的原因,感生电场的方向同样可由楞次定律判断.
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.
Ｃ
例1、如图，两个相连的金属圆环，粗金属圆环的电阻
为细金属圆环电阻的一半.磁场垂直穿过粗金属环所在
的区域，当磁感应强度随时间均匀变化时，在粗环里产
生的感应电动势为E，则ab两点间的电势差为（ ）
A．E/2 B．E/3
C．2E/3 D．E
练习1、如图，内壁光滑的塑料管弯成的圆环平放在水平桌
面上，环内有一带负电小球，整个装置处于竖直向下的磁
场中，当磁场磁感应强度突然增大时，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
A
练习2.下列说法正确的是 (　　)
A．磁场变化时会在空间激发电场
B．处于变化磁场中的导体中的自由电荷定向移动，是由于受到感生电场的作用
C．感生电场就是感应电动势
D．以上说法都不对
AB
1、动生电动势是怎样产生的？
2、什么力充当非静电力？
二、理论探究动生电动势的产生.
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？
当导体棒在匀强磁场B中以速度v运动时，导体棒内部的自由电子要受到洛伦兹力作用，在洛伦兹力作用下电子沿导线向D端定向运动，使D端和C端出现了等量异种电荷,D为负极（低电势），C为正极（高电势）,则导体CD相当于一个电源.
一段导线在做切割磁感线的运动时相当于电源，这时的非静电力与洛伦兹力有关.
由于导体运动而产生的感应电动势称为动生电动势.
探讨：
洛伦兹力不做功，不提供能量，只是起传递能量的作用.即外力克服洛伦兹力的一个分量F2所做的功，通过另一个分量F1转化为感应电流的能量.
洛伦兹力做功吗？
能量是怎样转化的呢？
例题2：光滑导轨上架一个直导体棒MN，设MN向右匀速运动的速度为v，MN长为L,不计其他电阻,求：
（1）导体MN做匀速运动时受到的安培力大小和方向.
（2）导体MN受到的外力的大小和方向.
解析:(1)由题意知：
E=BLv F=BIL

得： 由左手定则知 F方向向左

(2)由导体棒做匀速运动，故受到的外力大小等于F,
方向向右.
练习3.电路中电动势的作用实际上是________对自由电荷的作用，电池中电解液与两极板的________使两极板分别带了正负电荷，这种______就是我们所说的“________”．_____国物理学家麦克斯韦认为，磁场变化时会在空间激发一种________,如果此空间存在________，则产生感应电流，或者说导体中产生了________．在这种情况下，所谓的“非静电力”就是这种________对自由电荷的作用．导体棒在匀强磁场中运动也会产生________，这种情况下，______没有变化，空间没有________，产生感应电动势的非静电力与________有关．这种感应电动势是由于导体运动而产生的，它也叫做“________”．
答案：某种非静电力 化学作用 化学作用 非静电力，英 电场 闭合导体 感应电动势 感生电场，感应电动势 磁场 感生电场 洛伦兹力 动生电动势.
三、感生电动势与动生电动势的区别.
例题3：美国“阿特兰蒂斯”号航天飞机进行了一项卫星悬绳发电实验，实验取得了部分成功．航天飞机在地球赤道上空离地面约3000km处由东向西飞行，相对地面速度大约为6.5×103m/s，从航天飞机上向地心发射一颗卫星，携带一根长20km，电阻为800Ω的金属悬绳，使这根悬绳与地磁场垂直，做切割磁感线运动．假定这一范围内的地磁场是均匀的．磁感应强度为4×10－5T，且认为悬绳上各点的切割速度和航天飞机的速度相同．根据理论设计，通过与电离层(由等离子体组成)的作用，悬绳可以产生约3A的感应电流，试求：
(1)金属悬绳中产生的感应电动势；
(2)悬绳两端的电压；
(3)航天飞机绕地球运行一圈悬绳输出的电能(已知地球半径为6.4×103km)．
解析：将飞机下切割磁感线产生感应电动势的金属悬绳看做电源模型，当它通过电离层放电时可看做直流电路模型．如下图所示．
(1)金属绳产生的电动势
E＝Blv＝4×10-5×20×103×6.5×103V＝5.2×103V；
(2)悬绳两端电压，即路端电压可由闭合电路欧姆定律得U＝E－Ir＝5.2×103V－3×800V＝2.8×103V；
动生电动势和感生电动势
1、动生电动势:感应电动势由于导体运动而产生.
2、感生电场:由变化的磁场激发的电场.
3、感生电动势:由感生电场产生的感应电动势.
感应电动势：
感生电动势
动生电动势
最大的骄傲与最大的自卑都表示心灵的最软弱无力.
——斯宾诺莎

1、感生电场：变化的磁场在其周围空间激发的电场称为感生电场。
注：静止的电荷激发的电场叫静电场，静电场电场线是由正电荷出发，终于负电荷，电场线是不闭合的，而感生电场是一种涡旋电场，电场线是闭合的。
感生电场的方向与感应电流的方向相同。


2、感生电动势：由感生电场使导体产生的电动势叫感生电动势（导线不动，磁场随时间变化时在导线产生的感应电动势）
感生电动势的非静电力是感生电场对电荷的作用。
思考与讨论
1．导体中自由电荷（正电荷）具有水平方向的速度，由左手定则可判断受到沿棒向上的洛伦兹力作用，其合运动是斜向上的。
讨论结果：
2．自由电荷不会一直运动下去。因为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。
3．C端电势高。
4．导体棒中电流是由D指向C的。
二、电磁感应现象中的洛伦兹力
1.动生电动势：
由于导体运动而产生的电动势。
动生电动势的非静电力与洛伦兹力有关。
小结
感生电动势和动生电动势
感生电场:由变化的磁场激发的电场.
感生电动势:由感生电场产生的感应电动势称为感生电动势.
动生电动势:由于导体运动而产生的感应电动势.
分析与解答：电子带负电，它在电场中受力的方向与电场的方向相反。本题中电子沿逆时针方向运动，所以为使电子加速，产生的电场应沿顺时针方向。
图中，磁场方向由下向上。根据楞次定律，为使真空室中产生顺时针方向的感生电场，磁场应该由弱变强。也就是说，为使电子加速，电磁铁中的电流应该由小变大。