第四章第五节电磁感应现象的两种情况 课件 29张PPT

5 电磁感应现象的两类情况
我们在恒定电流一章中学过电源和电动势。大家回顾一下，电源的电动势是怎么产生的？
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每一个电源都对应有一种非静电力——正是由于非静电力做功把其它形式的能转化为电能。
电源有好多种，比如干电池、手摇发电机等。请分别说出这些电源中的非静电力作用和能量转化情况。
干电池中的非静电力是化学作用，把化学能转化为电能；
手摇发电机的非静电力是电磁作用,把机械能转化为电能。
线圈B相当于电源
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，非静电力是怎么来的呢?
I
如图所示，闭合导体环处于磁场越来越强的磁场中，环的半径为R，磁感应强度的变化率为△B/△t .
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B
E感
B感
导体环中的感应电流的方向？
导体中自由电子做怎样的定向移动？
是什么作用使自由电子做定向移动？
感生电场
由变化的磁场激发；
电场线呈闭合状，形同漩涡；
涡旋面与磁场方向垂直；
与感应磁场方向满足右手螺旋。
一.电磁感应现象中的感生磁场
如图所示，开口导体环处于磁场越来越 强的磁场中，环的半径为R，磁感应强度的变化率为△B/△t .
如果环有个小缺口而不闭合有感生电场吗？
一.电磁感应现象中的感生磁场
如图所示，开口导体环处于磁场越来越强的磁场中，环的半径为R，磁感应强度的变化率为△B/△t .
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环中的自由电荷还会定向移动吗？将在哪一端聚集？哪一端相当于电源的正极？
感生电动势大小的计算：
如果环有个小缺口而不闭合有感生电场吗？
E感
一.电磁感应现象中的感生磁场
磁场变化时会在空间激发电场（叫感生电场)。
当B增强时
变化的磁场
感生电场
感生电动势公式：
涡旋电场
1.某空间出现了如图所示的磁场，当磁感应强度变化时，在垂直于磁场的方向上会产生感生电场，有关磁感应强度的变化与感生电场的方向关系描述正确的是(　 　)
A．当磁感应强度均匀增大时，感生电场的电场线从上向下看应为顺时针方向
B．当磁感应强度均匀增大时，感生电场的电场线从上向下看应为逆时针方向
C．当磁感应强度均匀减小时，感生电场的电场线从上向下看应为顺时针方向
D．当磁感应强度均匀减小时，感生电场的电场线从上向下看应为逆时针方向
AD
当闭合回路中的导体切割磁感线运动时，电路中产生感应电动势，从而电路中有感应电流，在这种情况下，非静电力是怎么来的呢？
v0
M
N
× × × ××
× × × ××
× × × ××
× × × ××
× × × ××
R
(1)自由电荷会随着导体棒运动,并因此受到洛伦兹力。导体中自由电荷的合运动在空间大致沿什么方向？为了方便，可以认为导体中的自由电荷是正电荷。
B
V
f1
Vy
+
-
(2)导体棒一直运动下去，自由电荷是否总会沿着导体棒一直运动下去?
F电
C
D
(3)导体棒的哪端电势比较高?
(4)如果用导线把C、D两端连到磁场外的一个用电器上，导体棒中电流是沿什么方向的?
(5)如果移去C、D两端连接的用电器，导体棒中还有电流吗?还有电动势吗?
V合
一.电磁感应现象中的洛伦兹力
B
V
f1
Vy
+
▄
F
C
D
动生电动势的非静电力：
与洛伦兹力有关
右手定则
V合
一.电磁感应现象中的洛伦兹力:
动生电动势
B
V
f1
Vy
+
-
F
C
D
f2
V合
F安
F外
沿杆方向的洛伦兹力做功吗?与我们在《磁场》学习时得到的结论：“洛伦兹力永不做功！”矛盾吗？
f合
导体棒接用电器后，要继续做匀速运动时还需要外力推动吗？
能量是怎样转化的呢？
其它形式的能
F外做正功
导体棒的动能
f2做负功
电 能
电流做功
内能……
f1做正功
一.电磁感应现象中的洛伦兹力:
动生电动势
B
V
f
Vy
+
-
F
C
D
f2
F安
F外
能量是怎样转化的呢？
其它形式的能
F外做正功
导体棒的动能
F安做负功
电 能
电流做功
内能……
洛伦兹力不做功，不提供能量，只是起传递能量的作用。
洛伦兹力的沿杆分力f1：扮演了非静电力，其做了多少正功，就转化出了多少电能。
洛伦兹力的垂直杆分力f2：宏观表现为安培力，通过计算克服安培力做了多少功，也可知道产生了多少电能。
一.电磁感应现象中的洛伦兹力:
动生电动势
一段导线在做切割磁感线的运动时相当于一个电源，通过上面的分析可以看到，这时的非静电力与洛伦兹力有关。
部分导体切割磁感线
导体棒AB
相当于电源
（1）由于导体运动而产生的电动势叫动生电动势 。
（2）大小：E=BLv（B的方向与v的方向垂直）
例1、如图所示，一个闭合电路静止于磁场中，由于磁场强弱的变化而使电路中产生感生电动势，下列说法中正确的是（ ）
A、磁场变化时，会在空间中激发一种电场
B、使电荷定向移动形成电流的力是磁场力
C、使电荷定向移动形成电流的力是电场力
D、以上说法都不对
磁场变强
AC
例2、如图所示，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
AB
例3、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
例4、如图所示，一金属半圆环置于匀强磁场中，当磁场突然减弱时，N点电势高还是 M点电势高？
例5、如图所示，L1＝0.5 m，L2＝0.8 m，回路总电阻为R＝0.2 Ω，M＝0.04 kg，导轨光滑，开始时磁场B0＝1 T．现使磁感应强度以ΔB/Δt＝0.2 T/s的变化率均匀地增大，试求：当t为多少时，M刚离开地面？(g取10 m/s2)
例6、如图所示，三角形金属框架MON平面与匀强磁场B垂直，导体ab能紧贴金属框架运动，且始
终与导轨ON垂直．当导体ab从O点开始匀速向右平动时，速度为v0，试求bOc回路中某时刻的感应电动势随时间变化的函数关系式．
例7、如图甲所示，金属棒 ab 长 L = 0.4 m ，电阻大小为 1 Ω ，自 t = 0开始从导轨最左端以 v = 1 m/s 向右匀速运动，B 随 t 变化关系如图乙，则 ( )
v
B/T
t/s
0.5
2
0
1
1.0
甲
乙
BD
A. 1 s 末回路中电动势为 0.8 V
B. 1 s 末回路中电动势为 1.6 V
C. 1 s 末 ab 棒所受磁场力为 0.64 N
D. 1 s 末 ab 棒所受磁场力为 1.28 N
课后习题解答：
1、国阅兵时，我国的“飞豹”型歼击机在天安门上空沿水平方向自东向西呼啸而过。该机的展为12.7m，北京地区地磁场的竖直分量为4.7×10-5T该机飞过天安门时的速度为声速的0.7倍，求该机两翼尖间的电势差。哪端的电势比较高？
解:把机翼看成导体棒做切割磁感线运动，由右手定则可知：
该机两翼尖间的电势差为0.14V
2、100匝的线圈两端A、B与一个电压表相连。线圈内有指向纸内方向的磁场，线圈中的磁通量在接图乙所示规律变化
（1）电压表的读数应该等于多少?
（2）请在线位置上标出感生电场的方向。
（3）A、B两端，哪端应该与电压表标十号的
接线柱(或红接线柱)连接?
解:（1）根据法拉第地磁感应定律，线圈中的电动势为 ，
所以电压表读数为50V
逆时针
①明确原磁场方向:
②明确穿过闭合电路磁通量是增加还是减少：
③根据楞次定律确定感
应电流的磁场方向：
利用安培右手定则判断感应电流方向：
（2）用楞次定律分析：
由乙图知，磁通量增多
增反减同----感应磁场纸面向外
垂直纸面向里
I感
感生电场的方向与感应电流的方向相同：逆时针。
（3）把线圈看成电源，在电源内部，电流由低电势流向高电势。所以A点电势高，所以A接+。
3、感应强度B＝1T，平行导轨l＝1m，金属棒PQ以1m/s速度贴着导轨向右运动，R＝1Ω，其他电阻不计。
(1)运动的导线会产生感应电动势，相当于电源。用电池等特号画出这个装的等效电路图。
(2)通过R的电流方向如何?大小等于多少?
解：
（1） 导体切割磁感线用右手定则，可知感应电流由Q流向P。
I
在电源内部，电流由低电势流向高电势。所以P点电势高，所以P为电源正极。
（2） 如图所示，电流由a经过R到b。
4、单匝线圈ABCD在外力作用下以速度v向右匀速进入强磁场，第二次又以速度2v匀速进入同一匀强磁场。求
(1)第二次进入与第一次进入时线圈中电流之比；
(2)第二次进入与第一次进入时外力做功的功率之比；
(3)第二次进入与第一次进入时线圈中产生热量之比。
解：
（1） 线圈以速度V匀速进入磁场，当CD边在磁场当中时，线
此时线框中的感应电流为：
同理，线圈以速度2V匀速进入磁场，此时线框中的感应电流为：
框中的感应电动势E1=BLV，其中L为CD边长度。
，其中R为线框的总电阻。
解：
（2） 线圈以速度V匀速进入磁场，当CD边在磁场当中时，CD边受到的安培力最大，
由于线圈做匀速运动，所以此时外力也最大，且外力大小等于安培力大小，此时外力功率为：
同理，线圈以速度2V匀速进入磁场，此时外力功率为：
解：
（3） 线圈以速度V匀速进入磁场，此时线框中的感应电流为：
设AD边长为L，则线框经过时间 完全进入磁场，此后线框中不再有感应电流。所以第一次线框中产生的热量为：
同理，线圈以速度2V匀速进入磁场，线框中产生的热量为：