1、了解电磁感应两种情况下电动势的产了解电磁感应两种情况下电动势的产生机理生机理能够运用电磁感应规律熟练解决相关能够运用电磁感应规律熟练解决相关问题问题在电磁感应现象中，引起磁通量变化的原因不同，一在电磁感应现象中，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，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乙所示，请探究一下
2、它们产生感应电动势的机理1电路中电动势的作用实际上是电路中电动势的作用实际上是_对自由电对自由电荷的作用，电池中电解液与两极板的荷的作用，电池中电解液与两极板的_使两极板分使两极板分别 带 了 正 负 电 荷 ， 这 种别 带 了 正 负 电 荷 ， 这 种 _ _ _ _ _ _ 就 是 我 们 所 说 的就 是 我 们 所 说 的“_”2_国物理学家麦克斯韦认为，磁场变化时国物理学家麦克斯韦认为，磁场变化时会在空间激发一种会在空间激发一种_如果此空间存在如果此空间存在_，则，则产生感应电流，或者说导体中产生了产生感应电流，或者说导体中产生了_在这种情在这种情况下，所谓的况下，所谓的“非静电
3、力非静电力”就是这种就是这种_对自由电荷对自由电荷的作用的作用3导体棒在匀强磁场中运动也会产生导体棒在匀强磁场中运动也会产生_，这，这种情况下，种情况下，_没有变化，空间没有没有变化，空间没有_，产生感，产生感应电动势的非静电力与应电动势的非静电力与_有关这种感应电动势是有关这种感应电动势是由于导体运动而产生的，它也叫做由于导体运动而产生的，它也叫做“_”答案：答案：1.某种非静电力；化学作用；化学作用；非静某种非静电力；化学作用；化学作用；非静电力电力2英；电场；闭合导体；感应电动势；感生电场英；电场；闭合导体；感应电动势；感生电场3感应电动势；磁场；感生电场；洛伦兹力；动生感应电动势；磁场
4、；感生电场；洛伦兹力；动生电动势电动势(1)定义：定义：由于磁场变化而产生的电场叫感生电场由于磁场变由于磁场变化而产生的电场叫感生电场由于磁场变化而产生的电动势叫感应电动势它也叫做化而产生的电动势叫感应电动势它也叫做“感生电动感生电动势势”(2)特点：特点：变化的磁场周围产生感生电场，与闭合电路是否存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的磁场中放一个闭合电路，电路中的在无关如果在变化的磁场中放一个闭合电路，电路中的自由电荷在感生电场作用下，做定向移动，形成电流在自由电荷在感生电场作用下，做定向移动，形成电流在这种情况下所谓的非静电力就是感生电场的作用这种情况下所谓的非静
5、电力就是感生电场的作用感应电场是电场的一种形式，是客观存在的一种特感应电场是电场的一种形式，是客观存在的一种特殊物质殊物质感生电场可用电场线形象描述，但感生电场的电场感生电场可用电场线形象描述，但感生电场的电场线是闭合曲线，所以感生电场又称为涡旋电场这一点与线是闭合曲线，所以感生电场又称为涡旋电场这一点与静电场不同，静电场的电场线不闭合静电场不同，静电场的电场线不闭合感生电场可以对带电粒子做功，可使带电粒子加速感生电场可以对带电粒子做功，可使带电粒子加速和偏转和偏转(3)感生电场方向的判定感生电场方向的判定据楞次定律和右手螺旋定则判定判定时可先假设有据楞次定律和右手螺旋定则判定判定时可先假设有
6、导体存在，推出的感应电流的方向，就是感生电场的方导体存在，推出的感应电流的方向，就是感生电场的方向向下列哪些说法是正确的下列哪些说法是正确的()A磁场变化时会在空间激发电场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，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是由于受到感生电场的作用C感生电场就是感应电动势感生电场就是感应电动势D以上说法都不对以上说法都不对答案：答案：AB解析：解析：麦克斯韦认为，磁场的变化在空间激发一种电麦克斯韦认为，磁场的变化在空间激发一种电场闭合电路此刻处于这种电场中，导体中的自由电荷将场闭合电路此刻处于这种电场中，导体中
7、的自由电荷将发生定向运动，产生感应电流，或者说导体中产生感应电发生定向运动，产生感应电流，或者说导体中产生感应电动势其非静电力就是这种感生电场，所以动势其非静电力就是这种感生电场，所以A，B选项是正选项是正确的，确的，C选项是错误的故选选项是错误的故选AB.(1)一段导体在做切割磁感线的运动时相当于一个电源，一段导体在做切割磁感线的运动时相当于一个电源，这时的非静电力与洛伦兹力有关这时的非静电力与洛伦兹力有关(2)产生感应电动势原因分析产生感应电动势原因分析导体在磁场中做切割磁感线运动时，产生感应电动导体在磁场中做切割磁感线运动时，产生感应电动势势(它也叫做它也叫做“动生电动势动生电动势”)，
8、它是由于导体中自由电子，它是由于导体中自由电子受洛伦兹力作用而引起的受洛伦兹力作用而引起的感应电动势的产生实质是洛伦兹力感应电动势的产生实质是洛伦兹力(非静电力非静电力)对自对自由电荷做了功；由电荷做了功；导体棒在磁场中运动过程中要受到安培力作用，要导体棒在磁场中运动过程中要受到安培力作用，要维持导体棒运动，外力必须克服安培力做功，因此产生电维持导体棒运动，外力必须克服安培力做功，因此产生电流的过程是其他形式的能转化为电能的过程流的过程是其他形式的能转化为电能的过程洛伦兹力总是与电荷的运动方向垂直，因此，洛伦兹洛伦兹力总是与电荷的运动方向垂直，因此，洛伦兹力对电荷不做功，但是感生电动势又等于洛
9、伦兹力搬运单力对电荷不做功，但是感生电动势又等于洛伦兹力搬运单位正电荷所做的功，这就是说两者有矛盾，你怎样理解这位正电荷所做的功，这就是说两者有矛盾，你怎样理解这一问题？一问题？答案：答案：其实并不矛盾，运动导体中的自由电子，不仅其实并不矛盾，运动导体中的自由电子，不仅随导体以速度随导体以速度v运动，而且还沿导体以速度运动，而且还沿导体以速度u做定向移动，做定向移动，正是这个定向移动才产生感应电流，如下图所示因此，正是这个定向移动才产生感应电流，如下图所示因此，导体中的电子的合速度导体中的电子的合速度v合合等于等于v和和u的矢量和，所以电子受的矢量和，所以电子受到的洛伦兹力为到的洛伦兹力为Fv
10、合合ev合合B，Fv合合与合速度与合速度v合合垂直，它对垂直，它对电子不做功，电子不做功，Fv合合的一个分量是的一个分量是F1evB，这个分力做功，这个分力做功，产生感应电动势产生感应电动势Fv合合的另一个分量是的另一个分量是F2euB，阻碍导，阻碍导体运动，做负功可以证明两个分力体运动，做负功可以证明两个分力F1和和F2所做功的代数所做功的代数和为零结果仍然是洛伦兹力并不提供能量，而只是起传和为零结果仍然是洛伦兹力并不提供能量，而只是起传递能量的作用，即外力克服洛伦兹力的一个分力递能量的作用，即外力克服洛伦兹力的一个分力F2所做的所做的功通过另一个分力功通过另一个分力F1转化为感应电流的能量
11、转化为感应电流的能量.特别提醒：特别提醒：有些情况下，动生电动势和感生电动势具有相对性有些情况下，动生电动势和感生电动势具有相对性.例例如，将条形磁铁插入线圈中，如果在相对磁铁静止的参考如，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；如果在相对系内观察，线圈运动，产生的是动生电动势；如果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，产生感生电动势动势. 在一水平光滑绝缘塑料板上有一环形凹槽，有一带在一水平光滑绝缘塑料板上有一环形凹槽，有一带电小球质量为电小球质量为m，电荷量为，电荷量为q，在槽内沿顺时针
12、作匀速圆周，在槽内沿顺时针作匀速圆周运动，现加一竖直向上的均匀变化的匀强磁场，且运动，现加一竖直向上的均匀变化的匀强磁场，且B逐渐逐渐增加，则增加，则()A小球速度变大小球速度变大B小球速度变小小球速度变小C小球速度不变小球速度不变 D以上三种情况都有可能以上三种情况都有可能解析：解析：在此空间中，没有闭合导体，但磁场的变化，在此空间中，没有闭合导体，但磁场的变化，使空间产生感生电场据楞次定律得出图示感生电场，又使空间产生感生电场据楞次定律得出图示感生电场，又因小球带正电荷，电场力与小球速度同向，电场力对小球因小球带正电荷，电场力与小球速度同向，电场力对小球做正功，小球速度变大做正功，小球速度
13、变大A选项正确选项正确答案：答案：A点评：点评：此题因部分同学受洛伦兹力不做功的影响，而此题因部分同学受洛伦兹力不做功的影响，而误选误选C.答案：答案：(1)A板为正极板板为正极板(2)1.0107C解析：解析：(1)据楞次定律可得：产生的感生电场为逆时针据楞次定律可得：产生的感生电场为逆时针方向，导体中的自由电子在电场力作用下顺时针运动到方向，导体中的自由电子在电场力作用下顺时针运动到B板，所以板，所以B板带负电，板带负电，A板带正电板带正电(2)电容器上的电荷量电容器上的电荷量qCU(其中其中U为电容器上的电为电容器上的电压压)据题意知据题意知UE(其中其中E为感生电动势为感生电动势) 在
14、竖直向上的匀强磁场中，水平放置一个不变形的在竖直向上的匀强磁场中，水平放置一个不变形的单匝金属圆线圈，规定线圈中感应电流的正方向如图甲所单匝金属圆线圈，规定线圈中感应电流的正方向如图甲所示，当磁场的磁感应强度示，当磁场的磁感应强度B随时间随时间t发生如图乙所示变化时，发生如图乙所示变化时，下图中正确表示线圈中感应电动势下图中正确表示线圈中感应电动势E变化的是变化的是()答案：答案：A如图甲所示，在如图甲所示，在PQ、QR区域中存在着磁感应强度大区域中存在着磁感应强度大小相等、方向相反的匀强磁场，磁场方向均垂直于纸小相等、方向相反的匀强磁场，磁场方向均垂直于纸面一导线框面一导线框abcdefa位
15、于纸面内，框的邻边都相互垂直，位于纸面内，框的邻边都相互垂直，bc边与磁场的边界边与磁场的边界P重合导线框与磁场区域的尺寸如图重合导线框与磁场区域的尺寸如图所示，从所示，从t0时刻开始，线框匀速横穿两个磁场区域，以时刻开始，线框匀速横穿两个磁场区域，以abcdef为线框中的电动势为线框中的电动势E的正方向，的正方向，以下四个以下四个Et关系示意图中正确的是关系示意图中正确的是()答案：答案：C解析：解析：由右手定则和由右手定则和EBLv判定水平位移从判定水平位移从0l时时EBlv，水平位移从，水平位移从l2l时，时，E0，从，从2l3l时时E3Blv，从，从3l4l时时E2Blv，可知图，可知
16、图C正确正确本题考查右手定则、楞次定律及本题考查右手定则、楞次定律及EBlv的应用重点的应用重点在于对不同阶段感应电动势大小和方向的判断，要求学生在于对不同阶段感应电动势大小和方向的判断，要求学生能正确建立图象，试题难度较大能正确建立图象，试题难度较大. 如图如图(b)所示，光滑的平行水平金属导轨所示，光滑的平行水平金属导轨MN、PQ相相距距L，在，在M点和点和P点间连接一个阻值为点间连接一个阻值为R的电阻，在两导轨的电阻，在两导轨间间cdfe矩形区域内有垂直导轨平面竖直向上、宽为矩形区域内有垂直导轨平面竖直向上、宽为d的匀强的匀强磁场，磁感应强度为磁场，磁感应强度为B.一质量为一质量为m、电
17、阻为、电阻为r、长度也刚好、长度也刚好为为L的导体棒的导体棒ab垂直搁在导轨上，与磁场左边界相距垂直搁在导轨上，与磁场左边界相距d0.现现用一个水平向右的力用一个水平向右的力F拉棒拉棒ab，使它由静止开始运动，棒，使它由静止开始运动，棒ab离开磁场前做匀速直线运动，棒离开磁场前做匀速直线运动，棒ab与导轨始终保持良好与导轨始终保持良好接触，导轨电阻不计，接触，导轨电阻不计，F随棒随棒ab与初始位置的距离与初始位置的距离x变化的变化的情况如图情况如图(a)，F0已知求：已知求：(1)棒棒ab离开磁场右边界时的速度离开磁场右边界时的速度(2)棒棒ab通过磁场区域的过程中整个回路所消耗的电通过磁场区
18、域的过程中整个回路所消耗的电能能(3)d0满足什么条件时，棒满足什么条件时，棒ab进入磁场后一直做匀速运进入磁场后一直做匀速运动动解析：解析：(1)设离开右边界时棒设离开右边界时棒ab速度为速度为v，则有，则有(2010泉州高二检测泉州高二检测)如图所示的匀强磁场中，有两根如图所示的匀强磁场中，有两根相距相距20cm固定的平行金属光滑导轨固定的平行金属光滑导轨MN和和PQ.磁场方向垂直磁场方向垂直于于MN、PQ所在的平面导轨上放置着所在的平面导轨上放置着ab、cd两根平行的两根平行的可动金属细棒在两棒中点可动金属细棒在两棒中点OO之间拴一根之间拴一根40cm长的细绳，长的细绳，绳长保持不变设磁
19、感应强度绳长保持不变设磁感应强度B以以1.0T/s的变化率均匀减小，的变化率均匀减小，abdc回路的电阻为回路的电阻为0.50.求：当求：当B减小到减小到10T时，两可动边时，两可动边所受磁场力和所受磁场力和abdc回路消耗的功率回路消耗的功率答案：答案：均为均为0.32N0.0128W 据报道，据报道，1992年年7月，美国月，美国“阿特兰蒂斯阿特兰蒂斯”号航天飞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功航天飞机在地球赤道上空离地面约3000km处由东向西处由东向西飞行，相对地面速度大约飞行，相对地面
20、速度大约6.5103m/s，从航天飞机上向地，从航天飞机上向地心发射一颗卫星，携带一根长心发射一颗卫星，携带一根长20km，电阻为，电阻为800的金属的金属悬绳，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定这一范围内的地磁场是均匀的磁感应强度为4105T，且认为悬绳上各点的切割速度和航天飞机的速度相同根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，通过与电离层据理论设计，通过与电离层(由等离子体组成由等离子体组成)的作用，悬的作用，悬绳可以产生约绳可以产生约3A的感应电流，试求：的感应电流，试
21、求：(1)金属悬绳中产生的感应电动势；金属悬绳中产生的感应电动势；(2)悬绳两端的电压；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航天飞机绕地球运行一圈悬绳输出的电能(已知地已知地球半径为球半径为6.4103km)解析：解析：将飞机下金属悬绳切割磁感线产生感应电动势将飞机下金属悬绳切割磁感线产生感应电动势看作电源模型，当它通过电离层放电可看作直流电路模看作电源模型，当它通过电离层放电可看作直流电路模型如下图所示型如下图所示( 1 ) 金 属 绳 产 生 的 电 动 势金 属 绳 产 生 的 电 动 势 E B l v 4 1 05201036.5103V5.2103V；(2)悬
22、绳两端电压，即路端电压可由闭合电路欧姆定律悬绳两端电压，即路端电压可由闭合电路欧姆定律得得UEIr5.2103V3800V2.8103V；答案：答案：(1)5.2103V(2)2.8103V(3)7.6107J在玻璃杯底部装一电极，通过导线与电源一极相在玻璃杯底部装一电极，通过导线与电源一极相连直立的磁铁棒下端固定在玻璃杯底部的中心，往杯内连直立的磁铁棒下端固定在玻璃杯底部的中心，往杯内加入水银在玻璃杯的正上方吊一可动导线，导线的上端加入水银在玻璃杯的正上方吊一可动导线，导线的上端与电源的另一极相接，下端浸入玻璃杯中的水银中由于与电源的另一极相接，下端浸入玻璃杯中的水银中由于水银密度大，导线会
23、倾斜地与水银相连这样，可动导线、水银密度大，导线会倾斜地与水银相连这样，可动导线、玻璃杯中的水银、玻璃杯底部的电极和电源就构成了一个玻璃杯中的水银、玻璃杯底部的电极和电源就构成了一个回路回路(如图如图)当回路中有电流通过时，导线会如何运动？当回路中有电流通过时，导线会如何运动？运动时，可动导线上产生感应电动势，是动生电动势还是运动时，可动导线上产生感应电动势，是动生电动势还是感生电动势？方向如何？感生电动势？方向如何？答案：答案：当可动导线中有电流通过时，导线受安培力作当可动导线中有电流通过时，导线受安培力作用，由左手定则判断可得安培力方向始终与导线和竖直线用，由左手定则判断可得安培力方向始终与导线和竖直线所在的平面垂直，所以导线会绕着固定在玻璃杯底部的磁所在的平面垂直，所以导线会绕着固定在玻璃杯底部的磁铁棒的上端不断转动由于导线不断切割磁感线，所以导铁棒的上端不断转动由于导线不断切割磁感线，所以导线上产生动生电动势，方向与电源电动势反向，在导线中线上产生动生电动势，方向与电源电动势反向，在导线中由下端指向上端由下端指向上端
