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1、第四章 电磁感应,第5讲 电磁感应现象的两类情况,内容索引,知识探究,题型探究,达标检测,知识探究,1,(1)感生电场的方向与感应电流的方向有什么关系？如何判断感生电场的方向？,一、电磁感应现象中的感生电场,如图1所示，B增强，那么就会在空间激发一个感生电场E.如果E处空间存在闭合导体，导体中的自由电荷就会在电场力的作用下定向移动，而产生感应电流.,答案,图1,感应电流的方向与正电荷移动的方向相同.感生电场的方向与正电荷受力的方向相同，因此，感生电场的方向与感应电流的方向相同，感生电场的方向可以用楞次定律判定.,(2)上述情况下，哪种作用扮演了非静电力的角色？,感生电场对自由电荷的作用.,答案
2、,图1,1.感生电动势：由 产生的电动势叫感生电动势. 2.感生电动势大小： . 3.方向：感应电流的方向与感生电场的方向相同，由 和_ _判定.,感生电场,楞次定律,右手螺旋,定则,判断下列说法的正误. (1)感生电场线是闭合的.( ) (2)只要磁场变化，即使没有电路，在空间也将产生感生电场.( ) (3)处于变化磁场中的导体，其内部自由电荷定向移动，是由于受到感生电场的作用.( ),导体中自由电荷(正电荷)具有水平方向的速度，由左手定则可判断自由电荷受到沿棒向上的洛伦兹力作用.,(1)自由电荷会随着导体棒运动，并因此受到洛伦兹力.导体棒中的自由电荷受到的洛伦兹力方向如何？(为了方便，可以
3、认为导体中的自由电荷是正电荷).,二、电磁感应现象中的洛伦兹力,如图2所示，导体棒CD在匀强磁场中运动.,图2,答案,自由电荷不会一直运动下去.因为C、D两端聚集的电荷越来越多，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.,(2)若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？为什么？,答案,C端电势较高，导体棒中电流是由D指向C的.,(3)导体棒哪端电势比较高？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？,答案,图2,1.动生电动势：由于 产生的电动势叫动生电动势. 2.动生电动势大小： (B的方向与v的方向垂直)
4、. 3.方向判断： 定则.,导体运动,右手,EBlv,判断下列说法的正误. (1)导体内自由电荷受洛伦兹力作用是产生动生电动势的原因.( ) (2)导体切割磁感线运动时，导体内的自由电荷受到的洛伦兹力方向沿导体棒的方向.( ) (3)只要导体在磁场中运动，导体两端就会产生动生电动势.( ),2,题型探究,一、对感生电场的理解 1.变化的磁场周围产生感生电场，与闭合电路是否存在无关.如果在变化磁场中放一个闭合电路，自由电荷在感生电场的作用下发生定向移动. 2.感生电场可用电场线形象描述.感生电场是一种涡旋电场，电场线是闭合的；而静电场的电场线不闭合.,例1 (多选)某空间出现了如图3所示的一组闭
5、合的电场线，这可能是 A.沿AB方向磁场在迅速减弱 B.沿AB方向磁场在迅速增强 C.沿BA方向磁场在迅速增强 D.沿BA方向磁场在迅速减弱,图3,答案,闭合回路(可假定其存在)的感应电流方向就表示感生电场的方向.判断思路如下：,二、动生电动势的理解与应用,例2 (多选)如图4所示，一导线弯成半径为a的半圆形闭合回路.虚线MN右侧有磁感应强度为B的匀强磁场.方向垂直于回路所在的平面.回路以速度v向右匀速进入磁场，直径CD始终与MN垂直.从D点到达边界开始到C点进入磁场为止，下列结论正确的是,图4,A.感应电流方向不变 B.CD段直导线始终不受安培力 C.感应电动势最大值EmBav D.感应电动
6、势平均值,答案,解析,在闭合回路进入磁场的过程中，通过闭合回路的磁通量逐渐增大，根据楞次定律可知感应电流的方向为逆时针方向不变，A正确. 根据左手定则可判断，CD段受安培力向下，B不正确. 当半圆形闭合回路进入磁场一半时，这时有效切割长度最大为a，所以感应电动势最大值EmBav，C正确.,例3 如图5所示，导轨OM和ON都在纸面内，导体AB可在导轨上无摩擦滑动，若AB以5 m/s的速度从O点开始沿导轨匀速右滑，导体与导轨都足够长，磁场的磁感应强度为0.2 T.问：,图5,答案,(1)3 s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？,解析,夹在导轨间的部分导体切割磁感
7、线产生的电动势才是电路中的感应电动势.,(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？,答案,解析,3 s内回路中磁通量的变化量,3 s内电路产生的平均感应电动势为：,图5,例4 长为l的金属棒ab以a点为轴在垂直于匀强磁场的平面内以角速度做匀速转动，如图6所示，磁感应强度为B.求：,图6,答案,(1)ab棒的平均速率；,解析,四、导体棒转动切割磁感线产生感应电动势的计算,ab棒的平均速率,(2)ab两端的电势差；,答案,解析,(3)经时间t金属棒ab所扫过面积中磁通量为多少？此过程中平均感应电动势多大？,答案,解析,图6,经时间t金属棒ab所扫过的扇形面积为S，则：
8、,导体转动切割磁感线： 当导体棒在垂直于磁场的平面内，其一端固定，以角速度匀速转动时，产生的感应电动势为 ，如图7所示. 若圆盘在磁场中以绕圆心匀速转动时，(如图8所示)相当于无数根“辐条”转动切割，它们之间相当于电源的并联结构，圆盘上的感应电动势仍为,图7,图8,达标检测,3,A.E1E2，a端为正 B.E1E2，b端为正 C.E1E2，a端为正 D.E1E2，b端为正,1.(2016海宁二中)如图9所示，两个端面半径同为R的圆柱形铁芯同轴水平放置，相对的端面之间有一缝隙，铁芯上绕导线并与直流电源连接，在缝隙中形成一匀强磁场.一铜质细直棒ab水平置于缝隙中，且与圆柱轴线等高、垂直.让铜质细直
9、棒从静止开始自由下落，铜质细直棒下落距离为0.2R时铜质细直棒中电动势大小为E1，下落距离为0.8R时电动势大小为E2，忽略涡流损耗和边缘效应.关于E1、E2的大小和铜质细直棒离开磁场前两端的极性，下列判断正确的是,答案,解析,1,2,3,4,图9,通电导线在缝隙中产生的磁场方向向左，所以铜质细直棒下落时由右手定则可判断得b端为正，选项A、C错误； 根据EBLv可知，下落0.8R时电动势较大，即E1E2，选项B错误，选项D正确.,1,2,3,4,2. 如图10，均匀磁场中有一由半圆弧及其直径构成的导线框，半圆直径与磁场边缘重合；磁场方向垂直于半圆面(纸面)向里，磁感应强度大小为B0.使该线框从
10、静止开始绕过圆心O、垂直于半圆面的轴以角速度匀速转动半周，在线框中产生感应电流.现使线框保持图中所示位置，磁感应强度大小随时间线性变化.为了产生与线框转动半周过程中同样大小的电流，磁感应强度随时间的变化率 的大小应为,1,2,3,4,答案,解析,图10,1,2,3,4,当线框绕过圆心O的转动轴以角速度匀速转动时， 由于面积的变化产生感应电动势，从而产生感应电流. 设半圆的半径为r，导线框的电阻为R，,当线框不动，磁感应强度变化时，,A.电路中的感应电流大小不变 B.电路中的感应电动势大小不变 C.电路中的感应电动势逐渐增大 D.电路中的感应电流逐渐减小,3.(多选)如图11所示，三角形金属导轨
11、EOF上放有一金属杆AB，在外力作用下，使AB保持与OF垂直，从O点开始以速度v匀速右移，该导轨与金属杆均为粗细相同的同种金属制成，则下列判断正确的是,1,2,3,4,图11,答案,解析,1,2,3,4,设金属杆从O开始运动到如题图所示位置所经历的时间为t，EOF，则金属杆切割磁感线的有效长度 ，故EBLvBvvttan Bv2tan t，即电路中电动势与时间成正比，C选项正确；,4.如图12所示，导轨是水平的，间距L10.5 m，ab杆与导轨左端的距离L20.8 m，由导轨与ab杆所构成的回路的总电阻R0.2 ，垂直导轨的方向有竖直向下的匀强磁场，磁感应强度B0 1 T，重物的质量M0.04 kg，用细绳通过定滑轮与ab杆的中点相连，各处的摩擦均可忽略不计.现使磁场以 0.2 T/s的变化率均匀地增大，试求当t为多少时，M刚好离开地面？(取g10 m/s2),图12,1,2,3,4,答案,解析,5 s,1,2,3,4,重物刚好离开地面时F安Mg 联立上述四个方程解得：t5 s.,
