第 5 节　电磁感应现象的两类情况

教版 ·物理 ·选修 3-2

第 5 　节电磁感应现象的两类情况

电磁感应

× × × × × × × ×× × × × × × × ×× × × × × × × ×× × × × × × × ×

G

B

A

V

昭阳区一中付科


11 、回顾电荷在外电路和内电路中的运动。、回顾电荷在外电路和内电路中的运动。

电源电动势的作用是某种电源电动势的作用是某种非静电力对自由电荷的作用。非静电力对自由电荷的作用。

a bcd

化学作用就是我们所说的非静电力


22 、应用楞次定律判定感应电流方向的思路、应用楞次定律判定感应电流方向的思路

感应电流的磁场方向

感应电流的方向

楞次楞次定律定律

右手右手螺旋螺旋定则定则

明确研究的对象是哪一个闭合电路

该电路磁通量如何变化

该电路磁场的方向如何


3：法拉第电磁感应定律

导体切割磁力线时t

φnE

Δ

Δ= θBLvE sin=


动生电动势动生电动势

磁场变化引磁场变化引起的电动势起的电动势

感生电动势感生电动势

ABAB 相当于电相当于电源源

线圈 B 相当于电源


问题 1：由电磁感应可知：闭合电路位于变化的磁场中引起电路中磁通量的变化，会产生感应电流。那么一定有力使电荷移动，这个力究竟是什么力呢？

一、感生电场与感生电动势


〔英〕麦克斯韦认为麦克斯韦认为

磁场变化时会在周围空间激发磁场变化时会在周围空间激发一种电场一种电场 ---------- 感生电场感生电场

闭合导体中的自由电荷在这种闭合导体中的自由电荷在这种电场下做定向运动电场下做定向运动

产生感应电流（感生电动势）产生感应电流（感生电动势）

感生电动势的非感生电动势的非静电力是感生电静电力是感生电场对电荷的作用场对电荷的作用力。力。

感生电场的方向类感生电场的方向类似感应电流方向的似感应电流方向的判定判定 -------- 楞次定律楞次定律


变化的磁场（例如磁场变强）

感生电场

感生电场产生的模型展示

仔细观察体会，试讨论总结感生电场特点：

1：电场线闭合、涡旋状

2：涡旋面与磁场方向垂直3：感生电场线方向与感应电流方向一致。（可用楞次定律判断）

如果此刻空间中存在闭合导体，导体中就会产生感应电动势，也叫感生电动势，这种情况下的非静电力是感生电场对电荷的作用力。

由感生电场产生的感应电动势称为感生电动势


问题 2：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，哪一种作用扮演非静电力？

二、洛伦兹力与动生电动势


思考与讨论


1 、导体中自由电荷（正电荷）具有水平方向的速度，由左手定则可判断受到沿棒向上的洛伦兹力作用，其合运动是斜向上的。

讨论结果：

2 、自由电荷不会一直运动下去。因为 C 、 D 两端聚集电荷越来越多，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。

3 、 C 端电势高

4 、导体棒中电流是由 D 指向 C 的。 V

C

D

L

F 洛

F 电

+ + +

- - -


• 一段导体切割磁感线运动时相当于一个电源，这时非静电力与洛伦兹力有关。

• 动生电动势 :由于导体运动而产生的感应电动势叫动生电动势。


1 ．磁场变化时会在空间激发一种电场，如果此时空间存在闭合导体，导体中的自由电荷就会在这种电场的作用下做定向运动，产生感应电流，或者说导体中产生了 ________ ．在这种情况下，所谓的非静电力就是这种________ 对自由电荷的作用．

2 ．一段导体在做切割磁感线运动时，相当于一个 _

_______ ，这时的非静电力与 ________ 有关．

1 ．感应电动势　感应电场

2 ．电源　洛伦兹力


如下图 (a) 所示，截面积为 0.2 m2 的 100 匝圆形线圈 A 处在变化的磁场中，磁场方向垂直纸面，其磁感应强度 B 随时间 t 的变化规律如图 (b) 所示．设向里为 B 的正方向，线圈 A 上的箭头为感应电流 I 的正方向， R1 ＝ 4 Ω ，R2 ＝ 6 Ω ， C ＝ 30 μF ，线圈内阻不计．求电容器充电时的电压和 2 s 后电容器放电的电荷量．


解析：由题意可知圆形线圈 A 上产生的感生电动势

E ＝ n S ＝ 100×0.02×0.2 V ＝ 0.4 V ，

电路中的电流　 I ＝＝＝ 0.04 A.

电容器充电时的电压 UC ＝ IR2 ＝ 0.04 A×6 Ω ＝ 0.24 V ，

2 s 后电容器放电的电荷量 Q ＝ CUC ＝ 30×10 － 6 F×0.24 V

＝ 7.2×10 － 6 C.

答案： 0.24 V 　 7.2×10 － 6 C

ΔBΔt

ER1＋R2

0.4 V

4 Ω＋6 Ω


变式迁移

1 ．某空间出现了如右图所示的闭合的电场，电场线为一簇闭合曲线，这可能是 ( 　　 )

A ．沿 AB 方向磁场在迅速减弱

B ．沿 AB 方向磁场在迅速增加

C ．沿 BA 方向磁场在迅速增加

D ．沿 BA 方向磁场在迅速减弱


解析：根据电磁感应，闭合回路中的磁通量变化时，使闭合回路中产生感应电流，该电流可用楞次定律判断．根据麦克斯韦电磁理论，闭合回路中产生感应电流，是因为闭合回路中受到了电场力的作用，而变化的磁场产生电场，与是否存在闭合回路没有关系，故空间磁场变化产生的电场方向，仍然可用楞次定律判断，四指环绕方向即为感应电场的方向，由此可知 A 、 C 正确．

答案： AC


动生电动势与感生电动势的区别 :

N

S

v

b

ad

c


变式迁移

2 ．如右图所示，水平地面上方有正交的匀强电场E 和匀强磁场 B ，电场方向竖直向下，磁场方向垂直纸面向外，等腰三角形的金属框由底边呈水平位置开始沿竖直平面的电磁场中由静止开始下落，下落过程中三角形平面始终在竖直平面内，不计阻力， a 、 b 落到地面的次序是 ( 　　 )

A ． a 先于 b 　　　　　　

B ． b 先于 a

C ． a 、 b 同时落地

D ．无法判断


解析：本题考查由楞次定律判定感应电动势的方向．本题关键是用楞次定律判定感应电动势的方向，并理解感应电动势的正、负极是聚集着正、负电荷．当△ abc 线框下落时，闭合回路中磁通量没有发生变化，回路不产生感应电流，但由于各边都在切割磁感线，所以会产生感应电动势，根据楞次定律，可以判定出 a 点的电势高，是电源的正极， B 点的电势低，是电源的负极， a 点聚集着多余的正电荷， b 点聚集着负电荷， a 点的正电荷受到的电场力向下，使 a 点加速度＞ g ， b 点的负电荷受到的电场力向上，使 b 点加速度 <g ，故 a 点先落地．故正确答案为 A.

答案： A


三、电磁感应中的能量问题电磁感应现象中总是伴随着能量的转化和守恒，

当外力克服安培力做多少功时，就有多少其他形式的能转化为电能；当安培力做多少正功时，就有多少电能转化为其他形式的能．

★ 力做功是能量转化的量度，在电磁感应现象中，安培力做功是 ________ 能转化的量度。电


1 ．如下图所示，金属杆 ab 以恒定的速率 v 在光滑平行导轨上向右滑行，设整个电路中总电阻为 R( 恒定不变 ) ，整个装置置于垂直纸面向里的匀强磁场中，下列叙述正确的是( 　　 )

A ． ab 杆中的电流与速率 v 成正比 B ．磁场作用于 ab 杆的安培力与速率 v 成正比 C ．电阻 R 上产生的电热功率与速率 v 的平方成正比 D ．外力对 ab 杆做功的功率与速率 v 的平方成正比

基础巩固


解析：由 E＝Blv和 I＝ER得：I＝

BlvR .所以安培力

F＝BIl＝B2l2v

R ，电阻上消耗的电热功率 P＝I2R＝B2l2v2

R ；

外力对 ab做功的功率就等于回路产生的电热功率．答案：ABCD


(2011 年北京海淀 ) 水平面内两光滑的平行金属导轨，左端与电阻 R 相连接，匀强磁场 B 竖直向下分布在导轨所在的空间内，质量一定的金属棒垂直于导轨并与导轨接触良好．今对金属棒施加一个水平向右的外力 F ，使金属棒从 a 位置开始向右做初速度为零的匀加速运动，依次通过位置 b 和 c. 若导轨与金属棒的电阻不计， ab 与 bc的距离相等，关于金属棒在运动过程中的有关说法正确的是 ( 　　 )

能力提升


A ．金属棒通过 b、 c两位置时，电阻 R的电功率之比为1 2∶

B ．金属棒通过 b、 c两位置时，外力 F的大小之比为 1∶C ．从 a到 b和从 b到 c的两个过程中，电阻 R上产生的

热量之比为 1 1∶D ．从 a到 b和从 b到 c的两个过程中，通过金属棒横截

面的电荷量之比为 1 1∶

2


解析：由题意知 vc＝ 2vb，所以 Ec＝ 2Eb，Ic＝ 2Ib，

电阻 R消耗的功率 P＝I2R，所以Pb

Pc＝

I2b

I2c＝

12，A对；所需的

外力 F＝B2L2v

R ＋ma，而金属棒所受的安培力Fb

Fc＝vb

vc＝

1

2，

因加速度未知，B错；金属棒从 a到 b和从 b到 c的两个过程中外力做功W1＜W2，由动能定理可知动能的增加量

ΔEk1＝ΔEk2，由能量守恒可知 Q1＜Q2，C错；E＝ΔΦΔt，

I＝ER，q＝It，所以 q＝

ΔΦR ，因金属棒从 a到 b和从 b到

c的两个过程中，磁通量的改变量相同，则通过金属棒横截面的电荷量之比为 1∶ 1，D对．

答案：AD


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