电磁感应现象的两类情况-人教版高中物理选修3-2讲义(8页).doc

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1、-第 1 页电磁感应现象的电磁感应现象的两类情况两类情况-人教版人教版高中物理选高中物理选修修3-2 讲义讲义-第 2 页第第 5 节节电磁感应现象的两类情况电磁感应现象的两类情况感生电场与感生电动势感生电场与感生电动势探新知探新知基础练基础练1感生电场感生电场麦克斯韦认为，磁场变化时会在空间激发一种电场，它与静电场不同，不是由麦克斯韦认为，磁场变化时会在空间激发一种电场，它与静电场不同，不是由电荷电荷产产生的，我们叫它感生电场。生的，我们叫它感生电场。2感生电动势感生电动势由感生电场产生的感应电动势。由感生电场产生的感应电动势。3感生电动势中的非静电力感生电动势中的非静电力感生电场感生电场对

2、对自由电荷自由电荷的作用。的作用。4感生电场的方向判断感生电场的方向判断由磁场的方向和强弱变化，根据楞次定律用安培定则判断。由磁场的方向和强弱变化，根据楞次定律用安培定则判断。特别提醒特别提醒(1)感生电场是一种涡旋电场，电场线是闭合的。感生电场是一种涡旋电场，电场线是闭合的。(2)感生电场的方向可由楞次定律判断感生电场的方向可由楞次定律判断。如图所示如图所示，当磁场增强时当磁场增强时，产产生的感生电场是与磁场方向垂直且阻碍磁场增强的电场。生的感生电场是与磁场方向垂直且阻碍磁场增强的电场。(3)感生电场的存在与是否存在闭合电路无关。感生电场的存在与是否存在闭合电路无关。辨是非辨是非(对的划对的

3、划“”“”，错的划，错的划“”“”)1感生电场线是闭合的。感生电场线是闭合的。()2磁场变化时，可以产生感生电场，并不需要电路闭合这一条件。磁场变化时，可以产生感生电场，并不需要电路闭合这一条件。()3感生电场是产生感生电动势的原因。感生电场是产生感生电动势的原因。()答案：答案：1.2.3.释疑难释疑难对点练对点练感生电动势感生电动势磁场变化时会在空间激发感生电场，处在感生电场中的闭合导体，导体中的自由电荷磁场变化时会在空间激发感生电场，处在感生电场中的闭合导体，导体中的自由电荷在电场力的作用下做定向运动，产生感应电流，或者说，导体中产生了感应电动势。由感在电场力的作用下做定向运动，产生感应

4、电流，或者说，导体中产生了感应电动势。由感生电场产生的电动势叫做感生电动势。生电场产生的电动势叫做感生电动势。(1)电路中电源电动势是非静电力对自由电荷的作用。在电池中，这种力表现为化学作电路中电源电动势是非静电力对自由电荷的作用。在电池中，这种力表现为化学作用。用。(2)感生电场对电荷产生的力，相当于电源内部的所谓的非静电力。感生电动势在电路感生电场对电荷产生的力，相当于电源内部的所谓的非静电力。感生电动势在电路中的作用就是电源。中的作用就是电源。试身手试身手1在按如图所示的四种变化规律的磁场中能产生恒定的感生电场的是在按如图所示的四种变化规律的磁场中能产生恒定的感生电场的是()-第 3 页

5、解析：解析：选选 C据麦克斯韦电磁理论，恒定的感生电场由均匀变化的磁场产生，据麦克斯韦电磁理论，恒定的感生电场由均匀变化的磁场产生，C 对。对。电磁感应现象中的洛伦兹力电磁感应现象中的洛伦兹力探新知探新知基础练基础练1动生电动势动生电动势由于导体由于导体切割磁感线切割磁感线运动而产生的感应电动势。运动而产生的感应电动势。2动生电动势中的动生电动势中的“非静电力非静电力”自由电荷因随导体棒运动而受到自由电荷因随导体棒运动而受到洛伦兹力洛伦兹力，非静电力与，非静电力与洛伦兹力洛伦兹力有关。有关。3动生电动势中的功能关系动生电动势中的功能关系闭合回路中，导体棒做切割磁感线运动时，克服闭合回路中，导体

6、棒做切割磁感线运动时，克服安培安培力做功，其他形式的能转化为力做功，其他形式的能转化为电电能能。辨是非辨是非(对的划对的划“”“”，错的划，错的划“”“”)1如图所示如图所示，导体棒向右运动切割磁感线时导体棒向右运动切割磁感线时，棒中的电子受的洛伦兹力棒中的电子受的洛伦兹力方向向左。方向向左。()2动生电动势中的洛伦兹力起到动生电动势中的洛伦兹力起到“非静电力非静电力”作用。作用。()3导体切割磁感线过程，克服安培力做功。导体切割磁感线过程，克服安培力做功。()答案：答案：1.2.3.释疑难释疑难对点练对点练感生电动势与动生电动势的对比感生电动势与动生电动势的对比感生电动势感生电动势动生电动势

7、动生电动势产生原因产生原因磁场的变化磁场的变化导体做切割磁感线运动导体做切割磁感线运动移动电移动电荷的非荷的非静电力静电力感生电场对自由电荷的电场力感生电场对自由电荷的电场力导体中自由电荷所受洛伦兹力导体中自由电荷所受洛伦兹力沿导体方向的分力沿导体方向的分力回路中相回路中相当于电源当于电源的部分的部分处于变化磁场中的线圈部分处于变化磁场中的线圈部分做切割磁感线运动的导体做切割磁感线运动的导体产生产生的原因的原因磁场变化产生电动势磁场变化产生电动势，是由于是由于磁场变化而产生的，所以磁场变化而产生的，所以BS导体运动产生电动势，导体运动产生电动势，是由是由于导体线框本身的面积发生变于导体线框本身

8、的面积发生变化而产生的，所以化而产生的，所以BS方向判断方向判断方法方法由楞次定律判断由楞次定律判断通常由右手定则判断通常由右手定则判断，也可由楞也可由楞次定律判断次定律判断大小计算大小计算方法方法由由 Ent计算计算通常由通常由 EBlvsin 计算，也可计算，也可由由 Ent计算计算-第 4 页特别提醒特别提醒有些情况下有些情况下，动生电动势和感生电动势具有相对性动生电动势和感生电动势具有相对性。例如例如，将条形磁铁插将条形磁铁插入线圈中，如果在相对磁铁静止的参考系内观察，线圈运动，产生的是动生电动势；如果入线圈中，如果在相对磁铁静止的参考系内观察，线圈运动，产生的是动生电动势；如果在相对

9、线圈静止的参考系中观察，线圈中磁场变化，产生感生电动势。在相对线圈静止的参考系中观察，线圈中磁场变化，产生感生电动势。试身手试身手2.如图所示为一个水平放置的玻璃圆环形小槽如图所示为一个水平放置的玻璃圆环形小槽，槽内光滑槽内光滑，槽宽度和槽宽度和深度处处相同深度处处相同。现将一直径略小于槽宽的带正电小球放在槽中现将一直径略小于槽宽的带正电小球放在槽中，让它获得让它获得一初速度一初速度 v0，与此同时，有一变化的磁场垂直穿过玻璃圆环形小槽外径，与此同时，有一变化的磁场垂直穿过玻璃圆环形小槽外径所对应的圆面积所对应的圆面积，磁感应强度的大小随时间成正比例增大磁感应强度的大小随时间成正比例增大，方向

10、竖直向下方向竖直向下。设小球在运动过程中电荷量不变，则设小球在运动过程中电荷量不变，则()A小球受到的向心力大小不变小球受到的向心力大小不变B小球受到的向心力大小不断增大小球受到的向心力大小不断增大C磁场力对小球做了功磁场力对小球做了功D小球受到的磁场力大小与时间成正比小球受到的磁场力大小与时间成正比解析：解析：选选 B当磁感应强度的大小随时间均匀增大时，将产生一恒定的感生电场，由当磁感应强度的大小随时间均匀增大时，将产生一恒定的感生电场，由楞次定律知，电场方向和小球初速度方向相同，因小球带正电，安培力对小球做正功，小楞次定律知，电场方向和小球初速度方向相同，因小球带正电，安培力对小球做正功，

11、小球速度逐渐增大，向心力也随着增大，故球速度逐渐增大，向心力也随着增大，故 A 错，错，B 对；洛伦兹力对运动电荷不做功，故对；洛伦兹力对运动电荷不做功，故 C错错；带电小球所受洛伦兹力带电小球所受洛伦兹力 FqBv，随着速率的增大而增大随着速率的增大而增大，同时同时 Bt，则则 F 和和 t 不成正不成正比，故比，故 D 错。错。感生电场的理解感生电场的理解典例典例 1某空间出现了如图所示的一组闭合电场线，方向从上向下看是顺时针的，这某空间出现了如图所示的一组闭合电场线，方向从上向下看是顺时针的，这可能是可能是()A沿沿 AB 方向磁场在迅速减弱方向磁场在迅速减弱B沿沿 AB 方向磁场在迅速

12、增强方向磁场在迅速增强C沿沿 BA 方向磁场恒定不变方向磁场恒定不变D沿沿 BA 方向磁场在迅速减弱方向磁场在迅速减弱思路点拨思路点拨将图中的电场线视为闭合导体回路中的感应电流将图中的电场线视为闭合导体回路中的感应电流，用楞次定律和安培定则用楞次定律和安培定则判断。判断。解析解析感生电场的方向从上向下看是顺时针的感生电场的方向从上向下看是顺时针的，假设在平行感生电场的方向上有闭合假设在平行感生电场的方向上有闭合回路，则回路中的感应电流方向从上向下看也应该是顺时针的，由右手螺旋定则可知，感回路，则回路中的感应电流方向从上向下看也应该是顺时针的，由右手螺旋定则可知，感应电流的磁场方向向下，根据楞次

13、定律可知，原磁场的情况有两种可能：原磁场方向向下应电流的磁场方向向下，根据楞次定律可知，原磁场的情况有两种可能：原磁场方向向下且沿且沿 AB 方向减弱，或原磁场方向向上，且沿方向减弱，或原磁场方向向上，且沿 BA 方向增强，所以方向增强，所以 A 有可能。有可能。答案答案AEnt和和 EBlv 的选用技巧的选用技巧-第 5 页典例典例 2如图甲所示如图甲所示，n50 匝的圆形线圈匝的圆形线圈 M，它的两端点它的两端点 a、b 与内阻很大的电压表与内阻很大的电压表相连，线圈中磁通量的变化规律如图乙所示，则相连，线圈中磁通量的变化规律如图乙所示，则 a、b 两点的电势高低与电压表的读数为两点的电势

14、高低与电压表的读数为()Aab,20 VBab,10 VCab,20 VDab,10 V思路点拨思路点拨感生电动势的大小可由法拉第电磁感应定律计算，方向可由楞次定律判感生电动势的大小可由法拉第电磁感应定律计算，方向可由楞次定律判断。产生感生电动势的部分相当于电源。断。产生感生电动势的部分相当于电源。解析解析圆形线圈产生电动势，相当于电源内电路。磁通量均匀增大，由楞次定律知圆形线圈产生电动势，相当于电源内电路。磁通量均匀增大，由楞次定律知，线圈中感应电流为逆时针方向线圈中感应电流为逆时针方向，又线圈相当于内电路又线圈相当于内电路，故故ab；Ent5080.0140.1V10 V，电压表测量的是电

15、源的电动势，即感应电动势。因而电压表的读数为，电压表测量的是电源的电动势，即感应电动势。因而电压表的读数为 10 V。故。故 B正确。正确。答案答案B典例典例 3如图所示，导轨如图所示，导轨 OM 和和 ON 都在纸面内，导体都在纸面内，导体 AB 可在导可在导轨上无摩擦滑动轨上无摩擦滑动，若若 AB 以以 5 m/s 的速度的速度从从 O 点开始沿导轨匀速向右滑动点开始沿导轨匀速向右滑动，导体与导轨都足够长，它们每米长度的电阻都是导体与导轨都足够长，它们每米长度的电阻都是 0.2，磁场的磁感应强，磁场的磁感应强度为度为 0.2 T。问：。问：(1)3 s 末夹在导轨间的导体长度是多少？此时导

16、体切割磁感线产生的感应电动势多末夹在导轨间的导体长度是多少？此时导体切割磁感线产生的感应电动势多大？回路中的电流为多少？大？回路中的电流为多少？(2)3 s 内回路中的磁通量变化了多少？此过程中的平均感应电动势为多少？内回路中的磁通量变化了多少？此过程中的平均感应电动势为多少？解析解析(1)夹在导轨间的部分导体切割磁感线产生的电动势即电路中的感应电动势。夹在导轨间的部分导体切割磁感线产生的电动势即电路中的感应电动势。3 s 末，夹在导轨间导体的长度为：末，夹在导轨间导体的长度为：lvttan 3053tan 30 m5 3 m此时：此时：EBlv0.25 35 V5 3 V电路电阻为电路电阻为

17、 R(155 310 3)0.2 8.196 所以所以 IER1.06A。(2)3 s 内回路中磁通量的变化量内回路中磁通量的变化量BS00.212155 3 Wb15 32Wb3 s 内电路产生的平均感应电动势为：内电路产生的平均感应电动势为：Et523 V。答案答案(1)5 3 m5 3 V1.06 A(2)15 32Wb523 V-第 6 页1解题前先弄清楚求瞬时感应电动势还是某一段时间或某一过程中的平均感应电动解题前先弄清楚求瞬时感应电动势还是某一段时间或某一过程中的平均感应电动势。势。2一般求某一位置或某一时刻的感应电动势应用瞬时电动势公式求解一般求某一位置或某一时刻的感应电动势应用

18、瞬时电动势公式求解，如切割磁感线如切割磁感线情形用情形用 EBlv；求某一段时间或某一过程中的感应电动势要用求某一段时间或某一过程中的感应电动势要用 Ent，其中其中t 为对应的为对应的这段时间。这段时间。导体棒转动切割磁感线产生感应电动导体棒转动切割磁感线产生感应电动势的计算势的计算如图所示如图所示，一长为一长为 l 的导体棒在磁感应强度为的导体棒在磁感应强度为 B 的匀强磁场中绕其的匀强磁场中绕其一端以角速度一端以角速度在垂直于磁场的平面内匀速转动，棒在垂直于磁场的平面内匀速转动，棒 OA 两端产生的感两端产生的感应电动势应电动势 E12Bl2。O 点速度点速度 vO0，A 点速度点速度

19、vAl，则由公式，则由公式 EBlv，其中，其中 v 取取棒的平均速度，得棒的平均速度，得 EBl12l12Bl2。典典例例 4长长为为 l 的金属的金属棒棒 ab 以以 a 点为轴在垂直于匀强磁场的平面内以点为轴在垂直于匀强磁场的平面内以角速度角速度做匀速转动，如图所示，磁感应强度为做匀速转动，如图所示，磁感应强度为 B。求：。求：(1)金属棒金属棒 ab 的平均速率；的平均速率；(2)a、b 两端的电势差；两端的电势差；(3)经时间经时间t 金属棒金属棒 ab 所扫过面积中的磁通量为多少；此过程中平均感应电动势为多所扫过面积中的磁通量为多少；此过程中平均感应电动势为多大。大。解析解析(1)

20、金属棒金属棒 ab 的平均速率的平均速率vvavb20l212l。(2)a、b 两端的电势差：两端的电势差：UabEBlv12Bl2。(3)经时间经时间t 金属棒金属棒 ab 所扫过的扇形面积为所扫过的扇形面积为S，则：，则：S12l212l2t，BS12Bl2t。由法拉第电磁感应定律得：由法拉第电磁感应定律得：Et12Bl2tt12Bl2。答案答案(1)12l(2)12Bl2(3)12Bl2t12Bl2课堂对点巩固课堂对点巩固-第 7 页1(多选多选)在空间某处存在一变化的磁场，则在空间某处存在一变化的磁场，则()A在磁场中放一闭合线圈，线圈中一定会产生感应电流在磁场中放一闭合线圈，线圈中一

21、定会产生感应电流B在磁场中放一闭合线圈，线圈中不一定会产生感应电流在磁场中放一闭合线圈，线圈中不一定会产生感应电流C在磁场中不放闭合线圈，在变化的磁场周围一定不会产生电场在磁场中不放闭合线圈，在变化的磁场周围一定不会产生电场D在磁场中放不放闭合线圈，在变化的磁场周围一定会产生电场在磁场中放不放闭合线圈，在变化的磁场周围一定会产生电场解析解析：选选 BD由产生感应电流的条件知由产生感应电流的条件知，闭合线圈的磁通量发生变化时才能产生感应闭合线圈的磁通量发生变化时才能产生感应电流，如果线圈平面与磁场方向平行时，则无感应电流产生，故电流，如果线圈平面与磁场方向平行时，则无感应电流产生，故 A 错误，

22、错误，B 正确；由麦克正确；由麦克斯韦电磁场理论知感应电场的产生与磁场周围是否有闭合线圈无关，故斯韦电磁场理论知感应电场的产生与磁场周围是否有闭合线圈无关，故 C 错误，错误，D 正确。正确。2(多选多选)下列说法中正确的是下列说法中正确的是()A感生电场是由变化的磁场产生感生电场是由变化的磁场产生B恒定的磁场也能在周围空间产生感生电场恒定的磁场也能在周围空间产生感生电场C感生电场的方向也同样可以用楞次定律和右手螺旋定则来判定感生电场的方向也同样可以用楞次定律和右手螺旋定则来判定D感生电场的电场线是闭合曲线，其方向一定是沿逆时针方向感生电场的电场线是闭合曲线，其方向一定是沿逆时针方向解析解析：

23、选选 AC磁场变化时在空间激发感生电场磁场变化时在空间激发感生电场，其方向与所产生的感应电流方向相同其方向与所产生的感应电流方向相同，可由楞次定律和右手螺旋定则判断，可由楞次定律和右手螺旋定则判断，A、C 项正确。项正确。3.如图所示如图所示，设有界匀强磁场的磁感应强度设有界匀强磁场的磁感应强度 B0.10 T，方向竖直向下方向竖直向下，矩形导线框矩形导线框 abcd 的边长的边长 Lab60 cm，Lbc40 cm，线框的电阻线框的电阻 R0.50，其其 ad 边在磁场外。当线框向右水平匀速运动的速度为边在磁场外。当线框向右水平匀速运动的速度为 5.0 m/s 时，求：时，求：(1)线框中感

24、应电动势的大小；线框中感应电动势的大小；(2)线框中感应电流的大小。线框中感应电流的大小。解析解析：(1)线框向右水平运动过程中线框向右水平运动过程中，只有只有 bc 边切割磁感线边切割磁感线，并且并且 B、L、v 两两垂直两两垂直，所以线框中感应电动势的大小为所以线框中感应电动势的大小为EBLbcv0.100.405.0 V0.20 V。(2)由闭合电路欧姆定律得感应电流大小为由闭合电路欧姆定律得感应电流大小为IER0.200.50A0.40 A。答案：答案：(1)0.20 V(2)0.40A4.如图所示，边长为如图所示，边长为 a 的正方形闭合线框的正方形闭合线框 ABCD 在匀强磁场中绕

25、在匀强磁场中绕 AB边匀速转动边匀速转动，磁感应强度为磁感应强度为 B，初始时刻线框所在平面与磁感线垂直初始时刻线框所在平面与磁感线垂直，经经过过 t 时刻转过时刻转过 120角，求：角，求：(1)线框内感应电动势在线框内感应电动势在 t 时间段内的平均值；时间段内的平均值；(2)转过转过 120角时感应电动势的瞬时值。角时感应电动势的瞬时值。解析解析：(1)设初始时刻线框向纸外的一面为正面设初始时刻线框向纸外的一面为正面，此时磁通量此时磁通量1Ba2，磁感线从反面磁感线从反面穿入，穿入，-第 8 页t 时刻后时刻后212Ba2，磁感线从正面穿出，磁通量的变化量为，磁感线从正面穿出，磁通量的变化量为3Ba22，则则Et3Ba22t。(2)感应电动势的瞬时值为感应电动势的瞬时值为 EBlvsin，v2a3t，120，所以，所以 E3Ba23t。答案：答案：(1)3Ba22t(2)3Ba23t 课堂小结课堂小结 电磁感应现象电磁感应现象的两类情况的两类情况感生电动势感生电动势感生电场感生电场感生电动势的方向感生电动势的方向感生电动势的大小：感生电动势的大小：Ent动生电动势动生电动势电磁感应中的洛伦兹力电磁感应中的洛伦兹力电场力与洛伦兹力平衡电场力与洛伦兹力平衡动生电动势动生电动势大小：大小：EBlv B 与与 v 垂直垂直 方向：右手定则方向：右手定则