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5 电磁感应现象的两类情况


5 电磁感应现象的两类情况

1.知道感生电场的产生原因. 2.知道感生电动势和动生电动势及其区别与联系. 3.通过对相应物理学史的了解,培养热爱科学、尊重知 识的良好品德.

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,

如下图乙所示,请探究一下它们产生感应电动势的机
理.

磁场变化引 起的电动势
感生电动势

电键闭合,改变滑片的位置

线圈B相当于 电源

一个闭合电路静止于磁场中,由于磁场强弱的变化, 闭合电路内产生了感应电动势.这种情况下,哪一种作用 扮演了非静电力的角色?

一、理论探究感生电动势的产生
电流是怎样产生的? 自由电荷为什么会运动?

猜想:使电荷运动的力可能是洛伦兹力、

静电力或者是其他力.
磁场变强 使电荷运动的力难道是变化的磁场对其施加的吗?

麦克斯韦认为, 感生电动势的非静 电力是感生电场对 自由电荷的作用力.

磁场变化时会在周围空间激发一种 电场——感生电场 闭合导体中的自由电荷在这种电场 中做定向运动 产生感应电流(感生电动势)

感生电场的方向判 定类似感应电流方 向的判定——安培 定则.

1、变化的磁场能在周围空间激发电场,这种电场叫感生电 场.

2、由感生电场产生的感应电动势称为感生电动势.
3、感生电动势在电路中的作用就是电源,其电路就是内电 路,当它与外电路连接后就会对外电路供电. 4、感生电场是产生感应电流或感应电动势的原因,感生 电场的方向同样可由楞次定律判断.

实际应用

电子感应加速器 逆 时 针

竖直向上

穿过真空室内磁场的方向 由图知电子沿什么方向运动 要使电子沿此方向加速,感 生电场的方向如何 由感生电场引起的磁场方 向如何
向下
原磁场在增强, 即电流在增大.

顺 时 针

例1、如图,两个相连的金属圆环,粗金属圆环的电阻 为细金属圆环电阻的一半.磁场垂直穿过粗金属环所在 的区域,当磁感应强度随时间均匀变化时,在粗环里产 生的感应电动势为E,则ab两点间的电势差为( C )

A.E/2
C.2E/3

B.E/3
D.E

练习1、如图,内壁光滑的塑料管弯成的圆环平放在水平桌
面上,环内有一带负电小球,整个装置处于竖直向下的磁 场中,当磁场磁感应强度突然增大时,小球将( A、沿顺时针方向运动 B、沿逆时针方向运动 A )

C、在原位置附近往复运动
D、仍然保持静止状态

练习2.下列说法正确的是 ( AB )

A.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,是由 于受到感生电场的作用 C.感生电场就是感应电动势 D.以上说法都不对

动生电动势

导体切割磁感线

AB相当 于电源

二、理论探究动生电动势的产生. 1、动生电动势是怎样产生的? 2、什么力充当非静电力? F电 F电
-

++

F洛 - -

提示: ※导体中的自由电荷受到什么力的作用?

※导体棒的哪端电势比较高?
※非静电力与洛伦兹力有关吗?

当导体棒在匀强磁场B中以速度v运动时,导体棒内部

的自由电子要受到洛伦兹力作用,在洛伦兹力作用下电子
沿导线向D端定向运动,使D端和C端出现了等量异种电 荷,D为负极(低电势),C为正极(高电势),则导体CD相 当于一个电源.

一段导线在做切割磁感线的运动时相当于电源,这 时的非静电力与洛伦兹力有关.

由于导体运动而产生的感应电动势称为动生电动势.

探讨: 洛伦兹力做功吗? 能量是怎样转化的呢?
F2 -

洛伦兹力不做功,不提供 能量,只是起传递能量的
U F洛 F1 ω

作用.即外力克服洛伦兹力
的一个分量F2所做的功, 通过另一个分量F1转化为 感应电流的能量.

例题2:光滑导轨上架一个直导体棒MN,设MN向右匀速 运动的速度为v,MN长为L,不计其他电阻,求: (1)导体MN做匀速运动时受到的安培力大小和方向.

(2)导体MN受到的外力的大小和方向.
M × × × × × × × × × × × × × L × × ×× ×× ×× ×× ×× N

R

v

解析:(1)由题意知: E=BLv
I?
E R

F=BIL

得:

B2 L2 v F? R

由左手定则知 F方向向左

(2)由导体棒做匀速运动,故受到的外力大小等于F,
B2 L2 v F? 方向向右. R

练习3.电路中电动势的作用实际上是________对自由电荷的作用,
电池中电解液与两极板的________使两极板分别带了正负电荷, 这种______就是我们所说的“________”._____国物理学家麦 克斯韦认为,磁场变化时会在空间激发一种________,如果此空 间 存 在 ________ , 则 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.导体棒在匀强磁场中运动也会产生 ________,这种情况下,______没有变化,空间没有________,

产生感应电动势的非静电力与________有关.这种感应电动势是
由于导体运动而产生的,它也叫做“________”.

答案:某种非静电力 英 动势 电场 磁场 闭合导体 感生电场

化学作用 感应电动势 洛伦兹力

化学作用

非静电力,

感生电场,感应电 动生电动势.

三、感生电动势与动生电动势的区别.
感生电动势 产生原因 磁场的变化 感生电场对自由电荷的 电场力 处于变化磁场中的线圈 部分 由楞次定律判断 动生电动势 导体做切割磁感线运动 导体中自由电荷所受洛伦兹 力沿导体方向的分力 做切割磁感线运动的导体 通常由右手定则判断,也可 由楞次定律判断 通常由 E=Blvsinθ计算, 也 ΔΦ 可由 E=n 计算 Δt

移动电荷的非静电力 回路中相当于电源的 部分 方向判断方法

大小计算方法

ΔΦ 由 E=n 计算 Δt

例题3:美国“阿特兰蒂斯”号航天飞机进行了一项卫星悬

绳发电实验,实验取得了部分成功.航天飞机在地球赤道
上空离地面约3000km处由东向西飞行,相对地面速度大约 为6.5×103m/s,从航天飞机上向地心发射一颗卫星,携带 一根长20km,电阻为800Ω 的金属悬绳,使这根悬绳与地磁 场垂直,做切割磁感线运动.假定这一范围内的地磁场是

均匀的.磁感应强度为4×10-5T,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(由等离子体组成)的作用,悬绳可以产生约3A的感应

电流,试求:

(1)金属悬绳中产生的感应电动势;
(2)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(已知地球半 径为6.4×103km). 解析:将飞机下切割磁感线产生感应电动势的金属悬绳看

做电源模型,当它通过电离层放电时可看做直流电路模
型.如下图所示.

(1)金属绳产生的电动势 E=Blv=4×10-5×20×103×6.5×103V=5.2×103V; (2)悬绳两端电压,即路端电压可由闭合电路欧姆定律得U =E-Ir=5.2×103V-3×800V=2.8×103V;
2πR (3)航天飞机绕地球运行一圈所需时间 t= v 2×3.14×? =

(6400×10 +3000×10 ? )
3 3

6.5×10

3

s≈9.1×103s
3

则航天飞机绕地球运行一圈输出电能 E=UIt=2.8×10 ×3 ×9.1×10 J≈7.6×10 J
3 7

动生电动势 感应电动势: 感生电动势 动生 电动 势和 感生 电动 势 1、动生电动势:感应电动势由于导体运动而产 生. 2、感生电场:由变化的磁场激发的电场. 3、感生电动势:由感生电场产生的感应电动势.

最大的骄傲与最大的自卑都表示心灵的最 软弱无力. ——斯宾诺莎


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