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1、电磁感应现象的两类情况电磁感应现象的两类情况【复习回顾复习回顾】1、什么是电源？什么是电动势？什么是电源？什么是电动势？思考：思考：穿过闭合回路磁通量发生了变化，穿过闭合回路磁通量发生了变化，回路中产生感应电动势。产生感应电动势回路中产生感应电动势。产生感应电动势那部分导体相当于电源，哪一种作用扮演那部分导体相当于电源，哪一种作用扮演了非静电力的角色呢？了非静电力的角色呢？2、楞次定律楞次定律 1.哪些办法可以使电路中产生感应电动势？哪些办法可以使电路中产生感应电动势？电键闭合，改变滑动片的位置电键闭合，改变滑动片的位置S S不变，不变，B B变化变化线圈线圈B B相当于电源相当于电源导体切割
2、磁感线导体切割磁感线B B不变，不变，S S变化变化ABAB相当于电源相当于电源+- + + + + + + + +2. 当电源是电池时，电荷在外电路和内电路中是当电源是电池时，电荷在外电路和内电路中是靠什么力运动的？靠什么力运动的？注：注：电源电动势的作用是某种非静电力对自由电源电动势的作用是某种非静电力对自由电荷的作用。电荷的作用。化学作用就是我们化学作用就是我们所说的非静电力所说的非静电力【演示实验演示实验】一一.电磁感应现象中的感生电场电磁感应现象中的感生电场思考：变化的磁场在思考：变化的磁场在闭合电路闭合电路中产生了感应电中产生了感应电动势动势. 哪一种作用扮演了非静电力的角色哪一种
3、作用扮演了非静电力的角色?分析：分析：英国物理学家英国物理学家麦克斯韦麦克斯韦认为，磁场认为，磁场的变化时会在空间激发一种电场。的变化时会在空间激发一种电场。如果此如果此刻空间存在闭合导体刻空间存在闭合导体, ,导体中自由电荷就会导体中自由电荷就会在这种电场的作用下做定向移动在这种电场的作用下做定向移动, ,产生产生感应电感应电流流, ,或者说导体中产生或者说导体中产生感应电动势感应电动势. .变化的磁场变化的磁场在周围空间激发的电场在周围空间激发的电场, 叫叫感生电场感生电场,由感生电由感生电场产生的感应电动势称为感生电动势场产生的感应电动势称为感生电动势.感生电感生电动势的非静电力就是感生
4、电场对自由电荷的作动势的非静电力就是感生电场对自由电荷的作用用思考思考1 1：产生感生电动势的非静电力是什么提供的？产生感生电动势的非静电力是什么提供的？E E感感B原原I I感生电动势是感生电场产生的电场力提供的。感生电动势是感生电场产生的电场力提供的。E E感感一一一一一一一一一一一一一一一一一一B原原没有导体，有感生电场吗？导体有何作用？没有导体，有感生电场吗？导体有何作用？有感生电场，导体提供了自由电荷。有感生电场，导体提供了自由电荷。感生电场与静电场的区别感生电场与静电场的区别感生电场与静电场的区别感生电场与静电场的区别静电场静电场 E0感生电场感生电场 Ek起源起源由静止电荷激发由
5、静止电荷激发由变化的磁场激发由变化的磁场激发电电场场线线形形状状电场线为非闭合曲线电场线为非闭合曲线电场线为闭合曲线电场线为闭合曲线Ek静电场为有源场静电场为有源场感生电场为无源场感生电场为无源场静电场静电场E0感生电场感生电场Ek电电场场的的性性质质为保守场为保守场, 可引入势可引入势(能能)为非保守场为非保守场, 不可引入势不可引入势(能能)静电场为有源场静电场为有源场感生电场为无源场感生电场为无源场他们间也有共性：具有场物质形式的所有他们间也有共性：具有场物质形式的所有共性；均对电荷有力的作用，且场强定义相同；共性；均对电荷有力的作用，且场强定义相同；在导体中，感生电场可引起电荷的积累从
6、而建在导体中，感生电场可引起电荷的积累从而建立静电场。立静电场。感生电场是产生感应电流或感感生电场是产生感应电流或感应电动势的原因应电动势的原因,感生电场的感生电场的方向同样可由楞次定律判断方向同样可由楞次定律判断.铁铁芯芯线圈线圈电电束束子子 环形环形真空室真空室B磁场磁场电子感应加速器是利用电子感应加速器是利用感生电场感生电场使电子加速的设备。使电子加速的设备。 它的柱形电磁铁在两极间产生磁场。在磁场中它的柱形电磁铁在两极间产生磁场。在磁场中安置一个环形真空管道作为电子运行的轨道。当磁安置一个环形真空管道作为电子运行的轨道。当磁场发生变化时，就会沿管道方向产生感应电场。射场发生变化时，就会
7、沿管道方向产生感应电场。射入其中的电子就受到这感应电场的持续作用而被不入其中的电子就受到这感应电场的持续作用而被不断加速。断加速。二二.电磁感应现象中的洛伦兹力电磁感应现象中的洛伦兹力问题：导体切割磁感线的运动也会产生感应问题：导体切割磁感线的运动也会产生感应电动势电动势,该电动势产生的机理是什么该电动势产生的机理是什么?【演示实验演示实验】理论分析：理论分析： v_fff v_+导体两端产生电势差导体两端产生电势差动生电动势动生电动势动生电动势动生电动势是是导体中的自由导体中的自由电荷在磁场中电荷在磁场中受到受到洛伦兹力洛伦兹力作用的结果。作用的结果。fX X XX X XX X XX X
8、XX X X 导体CD在匀强磁场B中以速度V向右运动,并且导线CD与B、V的方向相垂直,由于导体中的自由电子随导体一起运动.因此每个电子受到的洛伦兹力为F洛=eVB,F洛方向向下在力的作用下，自由电子沿导体向下运动，使导体下端出现过剩的负电荷, 导体上端出现过剩的正电荷结果使导体上端C的电势高于下端D的电势,出现由C指向D的静电场,此时电场对自由电子的作用力是向上,与洛伦兹力方向相反,当二力互相平衡时，两端便产生一个稳定的电势差。LDC推导动生电动势大小的表达式推导动生电动势大小的表达式VF电电F洛洛可见,运动的导体CD就是一个电源,C为正极,自由电子受到洛伦兹力的作用,从端搬到端；也可以看作
9、是正电荷受洛伦兹力的作用从端搬运到端这里洛伦兹力就相当于电源中的非静电力,根据电动势的定义,电动势等于单位正电荷从负极通过电源内部移动到正极非静电力所做的功,作用在单位正电荷上的洛伦兹力于是动生电动势就是与法拉第电磁感应定律得到的结果一致.CD1.1.导体棒中自由电荷受到的洛伦兹力沿什么方向？导体棒中自由电荷受到的洛伦兹力沿什么方向？f1v2f2v1fv2.2.导体棒一直运动下去，自由电荷是否也会沿着导体棒一直运动下去，自由电荷是否也会沿着导体棒一直运动下去？导体棒一直运动下去？洛伦兹力做功吗？洛伦兹力做功吗？ v_+fCDCDf1v2f2v1fv- - -Ee自由电荷不会一直运动下去。自由电
10、荷不会一直运动下去。 当电场力等于洛伦兹力当电场力等于洛伦兹力f1时，时，自由电荷不再定向运动。同时自由电荷不再定向运动。同时f2消失消失,电动势稳定。电动势稳定。3.3.导体棒的哪端电势比较高？导体棒的哪端电势比较高？ v_+fCD-导体棒就是电源，如果外接用电器，则电流将从导体棒就是电源，如果外接用电器，则电流将从C端外流出，即端外流出，即C端电势高。端电势高。M4.4.如果外接用电器，如果外接用电器，导体棒中电流即电源导体棒中电流即电源内部电流内部电流( (即电动势的即电动势的方向）是沿什么方向方向）是沿什么方向的？的？由由D指向指向C的。的。5.导体棒接用电器后，要继续做匀速运动时还需
11、要导体棒接用电器后，要继续做匀速运动时还需要外力推动吗？外力推动吗？受向左的安培力作用受向左的安培力作用 ，需要外力。，需要外力。F安安F外外M洛伦兹力不做功，不提供洛伦兹力不做功，不提供能量，只是起传递能量的能量，只是起传递能量的作用。作用。f1扮演了非静电力，扮演了非静电力，做了多少功，就做了多少功，就转化出了转化出了多少电能。多少电能。6. 能量是怎样转化的呢？能量是怎样转化的呢？CDf1f2v2v1- - -EeM注：注：f2宏观表现为安培力，宏观表现为安培力，克服安培力做了多少功，克服安培力做了多少功，就知道产生了多少电能。就知道产生了多少电能。三三. .感生电动势和动生电动势的划分
12、感生电动势和动生电动势的划分 在某些情况下只有相对意义.例如在教科书图4.2-2所示的实验中,如果在相对于磁棒静止的参考系内观察，磁棒不动，空间各点的磁场也没有发生变化，而线圈在运动，线圈内的电动势是动生的但是，如果在相对于线圈静止的参考系内观察，则看到由于磁棒运动，引起空间磁场变化，因而线圈中的电动势是感生的在这种情况下，究意把电动势看作动生的还是感生的，决定于观察者所在的参考系然而，并不是在任何情况下都能通过参考系的变换把一种电动势归结为另一种电动势，教科书图4.2-5所示的实验就是一例子图4.2-2图4.2-5动生电动势动生电动势感生电动势感生电动势特特点点磁场不变，闭合电路的整磁场不变
13、，闭合电路的整体或局部在磁场中运动导体或局部在磁场中运动导致回路中磁通量的变化致回路中磁通量的变化闭合回路的任何部分都不闭合回路的任何部分都不动，空间磁场发生变化导动，空间磁场发生变化导致回路中磁通量变化致回路中磁通量变化原原因因由于由于S的变化引起的变化引起回路中回路中 变化变化由于由于B的变化引起的变化引起回路中回路中 变化变化非静电力就是洛仑兹力，非静电力就是洛仑兹力，由洛仑兹力对运动电荷由洛仑兹力对运动电荷作用而产生电动势作用而产生电动势变化磁场在它周围空间激发变化磁场在它周围空间激发涡旋电场，非静电力就是感涡旋电场，非静电力就是感生电场力，由感生电场力对生电场力，由感生电场力对电荷作
14、功而产生电动势电荷作功而产生电动势方方向向的的来来源源非非静静电电力力楞次定律判断楞次定律判断楞次定律或右手定则楞次定律或右手定则 RBrPMNaQbv（1 1）a 1.5Va 1.5V（2 2）0.1N0.1N（3 3）0.10.1J 0.10.1J例例1：如图，水平面上有两根相距如图，水平面上有两根相距0.5m的足够长的平行金的足够长的平行金属导轨属导轨MN和和PQ，它们的电阻可忽略不计，在，它们的电阻可忽略不计，在M和和 P之间之间接有阻值为接有阻值为R 3.0的定值电阻，导体棒的定值电阻，导体棒ab长长L=0.5m，其电阻为其电阻为r 1.0 ，与导轨接触良好，与导轨接触良好.整个装置
15、处于方向整个装置处于方向竖直向上的匀强磁场中，竖直向上的匀强磁场中，B0.4T。现使。现使ab以以v10ms的速度向右做匀速运动。的速度向右做匀速运动。（1）a b哪点电势高哪点电势高? a b两点间的电压多大？两点间的电压多大？（2）维持）维持a b做匀速运动的外力多大？做匀速运动的外力多大？（3）a b向右运动向右运动1m的过程中，外力做的功是多少？电的过程中，外力做的功是多少？电路中产生的热量是多少？路中产生的热量是多少？例例2 2：如图所示，如图所示，竖直向上竖直向上的匀强磁场，磁感应强的匀强磁场，磁感应强度度B=0.5TB=0.5T，并且以，并且以B/t=0.1T/SB/t=0.1T
16、/S在变化在变化. .水平轨水平轨道电阻不计，且不计摩擦阻力，宽道电阻不计，且不计摩擦阻力，宽d=0.5md=0.5m的导轨上的导轨上放一电阻放一电阻R R0 0=0.1=0.1的导体棒，并用水平线通过定滑的导体棒，并用水平线通过定滑轮吊着质量为轮吊着质量为M=0.2kgM=0.2kg的重物，轨道左端连接的电的重物，轨道左端连接的电阻阻R=0.4R=0.4，图中的，图中的L=0.8mL=0.8m，求至少经过多长时间，求至少经过多长时间才能吊起重物。才能吊起重物。495S1.1.如图所示，一个闭合电路静止于磁场中，由于磁如图所示，一个闭合电路静止于磁场中，由于磁场强弱的变化，而使电路中产生了感应
17、电动势，下场强弱的变化，而使电路中产生了感应电动势，下列说法中正确的是（列说法中正确的是（ ）A A磁场变化时，会在在空间中激发一种电场磁场变化时，会在在空间中激发一种电场B B使电荷定向移动形成电流的力是磁场力使电荷定向移动形成电流的力是磁场力C C使电荷定向移动形成电流的力是电场力使电荷定向移动形成电流的力是电场力D D以上说法都不对以上说法都不对2.2.如图所示，导体如图所示，导体ABAB在做切割磁感线运动时，将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（列说法中正确的是（ ）A A因导体运动而产生的感应电
18、动势称为动生电动因导体运动而产生的感应电动势称为动生电动势势B B动生电动势的产生与洛仑兹力有关动生电动势的产生与洛仑兹力有关C C动生电动势的产生与电场力有关动生电动势的产生与电场力有关D D动生电动势和感生电动势产生的原因是一样的动生电动势和感生电动势产生的原因是一样的3.如图所示，两根相距为如图所示，两根相距为L的竖直平行金属导轨位的竖直平行金属导轨位于磁感应强度为于磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场、方向垂直纸面向里的匀强磁场中，导轨电阻不计，另外两根与上述光滑导轨保持中，导轨电阻不计，另外两根与上述光滑导轨保持良好接触的金属杆良好接触的金属杆ab、cd质量均为质量均为m，电阻均为，电阻均为R，若要使，若要使cd静止不动，则静止不动，则ab杆应向杆应向_运动，运动，速度大小为速度大小为_，作用于，作用于ab杆上的外力大小是杆上的外力大小是_。 向上向上 2mg 2mg
