2022-2023年高考物理一轮复习 电磁感应现象的两类情况 (2)

电磁感应现象的两类情况\n1．感生电场：磁场_____时在空间激发的一种电场,它是由英国物理学家__________提出的．2．感生电动势：由__________产生的感应电动势,它的方向与感生电场的方向_____,与感应电流的方向_____．3．感生电动势中的非静电力：就是___________对自由电荷的作用力．变化麦克斯韦感生电场相同相同感生电场\n感应电动势和感应电流,哪一个更能反映电磁感应的本质？【提示】当穿过回路的磁通量发生变化时,回路中将产生感应电动势,如果回路闭合,就会产生感应电流,而不论回路是否闭合,都有感应电动势产生,但不一定有感应电流．所以感应电动势比感应电流更能反映电磁感应的本质．\n1．磁场可以对电荷做功．()2．感生电场可以对电荷做功．()3．磁场越强,磁场变化时产生的感生电场越强．()×√×\n1．成因导体棒做切割磁感线运动时,导体棒中的自由电荷随棒一起定向运动,并因此受到洛伦兹力．2．动生电动势：由于__________而产生的感应电动势．3．动生电动势中的非静电力：与_________有关．导体运动洛伦兹力\n感生电动势与动生电动势产生原因是否相同？【提示】不相同．感生电动势是由于磁场变化而引起的；动生电动势是由于导体切割磁感线而引起的．\n√√×\n学生分组探究一对感生电动势与动生电动势的理解第1步探究——分层设问,破解疑难1．(1)什么叫动生电动势？(2)动生电动势的产生与电路是闭合还是断开有关吗？【提示】(1)由于导体棒做切割磁感线的运动,而在导体棒两端产生的感应电动势,叫做动生电动势．\n(2)无关．无论电路闭合还是断开,只要有导体做切割磁感线的运动,电路中就有动生电动势产生．当电路闭合,其一部分导体做切割磁感线的运动时,电路中有感应电流产生．\n2．什么是感生电场？感生电场与感应电流的关系是什么？\n3．感生电动势和动生电动势的产生原因是否相同？【提示】不同．感生电动势是感生电场对自由电荷作用产生的,动生电动势是洛伦兹力对自由电荷作用产生的．\n第2步结论——自我总结,素能培养1．感生电动势与动生电动势产生机理的理解(1)磁感应强度变化产生的感生电动势是由变化的磁场产生感生电场,线圈中的自由电荷受到静电力作用定向移动形成的．(2)导体切割磁感线产生的动生电动势是由于自由电荷受到洛伦兹力作用定向移动形成的．\n2．感生电动势与动生电动势的比较感生电动势动生电动势产生原因磁场的变化导体做切割磁感线运动移动电荷的非静电力感生电场对自由电荷的静电力导体中自由电荷所受洛伦兹力沿导体方向的分力回路中相当于电源的部分处于变化磁场中的线圈部分做切割磁感线运动的导体\n方向判断方法由楞次定律判断通常由右手定则判断,也可由楞次定律判断大小计算方法由E＝n计算通常由E＝Blvsinθ计算,也可由E＝n计算\n第3步例证——典例印证,思维深化(多选)某空间出现了如图451所示的磁场,当磁感应强度变化时,在垂直于磁场的方向上会产生感生电场,下列有关磁感应强度的变化与感生电场的方向关系的描述正确的是()A．当磁感应强度均匀增大时,感生电场的电场线从上向下看应为顺时针方向B．当磁感应强度均匀增大时,感生电场的电场线从上向下看应为逆时针方向\nC．当磁感应强度均匀减小时,感生电场的电场线从上向下看应为顺时针方向D．当磁感应强度均匀减小时,感生电场的电场线从上向下看应为逆时针方向【思路点拨】感生电场的方向与感生电动势、感应电流的方向相同,因此可以用楞次定律分析．【解析】感生电场中电场线的方向用楞次定律来判定．原磁场向上且磁感应强度在增大,在周围有闭合导线的情况下,感应电流的磁场方向应与原磁场方向相反,\n即感应电流的磁场方向向下,再由右手螺旋定则得到感应电流的方向从上向下看应为顺时针方向,则感生电场的方向从上向下看也为顺时针方向；同理可知,原磁场方向向上且磁感应强度减小时,感生电场的方向从上向下看应为逆时针方向,所以A、D对．【答案】AD\n感生电场的特点：1．感生电场是一种涡旋电场,电场线是闭合的．2．感生电场的产生跟空间中是否存在闭合电路无关．3．感生电场的方向根据闭合电路(或假想的闭合电路)中感应电流的方向确定．\n第4步巧练——精选习题,落实强化1．如图452所示的是一个水平放置的玻璃圆环形小槽,槽内光滑,槽宽度和深度处处相同．现将一直径略小于槽宽的带正电小球放在槽中,让它获得一初速度v0,与此同时,有一变化的磁场垂直穿过玻璃圆环形小槽外径所对应的圆面积,磁感应强度的大小跟时间成正比例增大,方向竖直向下．设小球在运动过程中电荷量不变,则()\nA．小球受到的向心力大小不变B．小球受到的向心力大小不断增大C．磁场力对小球做了功D．小球受到的磁场力大小与时间成正比【解析】本题解题关键是由楞次定律判断出感生电场的方向．当磁感应强度随时间均匀增大时,将产生一恒定的感生电场,由楞次定律知,电场方向和小球初速度方向相同,因小球带正电,\n电场力对小球做正功,小球速率逐渐增大,向心力也随着增大,故A错,B对；洛伦兹力对运动电荷不做功,故C错；带电小球所受洛伦兹力F＝qBv,随着速率的增大而增大,同时B∝t,则F和t不成正比,故D错．【答案】B\n2．(多选)某空间出现了如453图所示的一组闭合的电场线,这可能是()A．沿AB方向的磁场迅速减弱B．沿AB方向的磁场迅速增强C．沿BA方向的磁场迅速增强D．沿BA方向的磁场迅速减弱图453\n【解析】假设存在圆形闭合回路,回路中应产生与电场同向的感应电流,由安培定则知,感应电流的磁场方向向下,所以根据楞次定律,引起感应电流的应是方向向下的磁场迅速减弱或方向向上的磁场迅速增强,故A、C正确．【答案】AC\n学生分组探究二电磁感应现象中的能量转化与守恒第1步探究——分层设问,破解疑难1．与感生电动势有关的电磁感应现象中,能量怎样转化？【提示】变化的磁场产生非静电场,由电场力推动电荷做功,将磁场能转化为电能．\n2．与动生电动势有关的电磁感应现象中,能量怎样转化？【提示】随导体棒运动的电荷受到洛伦兹力,从导体棒一端移动到另一端,是一个与洛伦兹力有关的非静电力做功,将其它形式的能转变为电能．\n第2步结论——自我总结,素能培养1．等效电路的分析：将产生感应电动势的那部分电路等效为电源,画出等效电路图,分析内外电路结构,应用闭合电路欧姆定律、串并联电路的性质等知识进行分析．2．电磁感应现象中涉及收尾速度问题时的动态分析：周而复始地循环,达到最终状态时,加速度等于零,导体达到稳定运动状态．\n3．能量转化与守恒的分析：电磁感应过程往往涉及多种能量形式的转化．如图454中金属棒ab沿导轨由静止下滑时,重力势能减少,一部分用来克服安培力做功转化为电路中的电图454能,最终在R上转化为焦耳热；另一部分转化为金属棒的动能．若导轨足够长,棒最终达到稳定状态匀速运动时,重力势能的减少则完全用来克服安培力做功转化为电路中的电能．\n第3步例证——典例印证,思维深化如图455所示,足够长的平行金属导轨倾斜放置,倾角为37°,宽度为0.5m,电阻忽略不计,其上端接一小灯泡,电阻为1Ω.一导体棒MN垂直于导轨放置,质量为0.2kg,接入电路的电阻为1Ω,两端与导轨接触良好,与导轨间的动摩擦因数为0.5.在导轨间存在着垂直于导轨平面的匀强磁场,\n磁感应强度为0.8T．将导体棒MN由静止释放,运动一段时间后,小灯泡稳定发光,此后导体棒MN的运动速度以及小灯泡消耗的电功率分别为(重力加速度g取10m/s2,sin37°＝0.6)()A．2.5m/s1WB．5m/s1WC．7.5m/s9WD．15m/s9W【思路点拨】(1)由小灯泡稳定发光,可知感应电流和感应电动势恒定及v不变．(2)由v不变,考虑到导体棒MN的平衡．(3)根据物体的平衡和功能关系确定v和P.\n【解析】把立体图转为平面图,由平衡条件列出方程是解决此类问题的关键．对导体棒进行受力分析做出截面图,如图所示,导体棒共受四个力作用,即重力、支持力、摩擦力和安培力．由平衡条件得mgsin37°＝F安＋Ff①Ff＝μFN②FN＝mgcos37°③而F安＝BIL④\n\n电能的三种求解思路(1)利用克服安培力做功求解：电磁感应中产生的电能等于克服安培力所做的功．(2)利用能量守恒求解：相应的其他能量的减少量等于产生的电能．(3)利用电路特征求解：通过电路中所消耗的电能来计算．\n第4步巧练——精选习题,落实强化1．(多选)如图456所示,两根足够长的光滑导轨竖直放置,间距为L,底端接阻值为R的电阻．将质量为m的金属棒悬挂在一个固定的轻弹簧下端,金属棒和导轨接触良好,导轨所在平面与磁感应强度为B的匀强磁场垂直,除电阻R外其余电阻均不计．现将金属棒从弹簧原长位置由静止释放,则()\nA．释放瞬间金属棒的加速度等于重力加速度gB．金属棒向下运动时,流过电阻R的电流方向为a→b\n\n金属棒减少的重力势能转化为弹簧的弹性势能、金属棒的动能以及电阻R上产生的内能,因此选项D错误．【答案】AC\n2．法拉第曾提出一种利用河流发电的设想,并进行了实验研究．实验装置的示意图如图457所示,两块面积均为S的矩形金属板,平行、正对、竖直地全部浸在河水中,间距为d,水流速度处处相同,大小为v,方向水平．金属板与水流方向平行,地磁场磁感应强度的竖直分量为B,水的电阻率为ρ,水面上方有一阻值为R的电阻通过绝缘导线和开关S连接到两金属板上,忽略边缘效应,求：图457\n(1)该发电装置的电动势；(2)通过电阻R的电流大小；(3)电阻R消耗的电功率．\n\n电磁感应中的力学问题的分析方法由于通过导体的感应电流在磁场中将受到安培力作用,因此电磁感应问题往往和力学问题综合在一起考查．1．理解电磁感应问题中的两个研究对象及其之间的相互制约关系\n2．理解力和运动的动态关系3．解决电磁感应现象中的力学问题的思路(1)对电学对象要画好必要的等效电路图．(2)对力学对象要画好必要的受力分析图和过程示意图．\n(3)电磁感应中切割磁感线的导体要运动,产生的感应电流又要受到安培力的作用．在安培力作用下,导体的运动状态发生变化,这就可能需要应用牛顿运动定律．4．解决电磁感应现象中的力学问题的基本步骤(1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势的大小和方向；(2)求回路中的电流；(3)分析研究导体受力情况(包含安培力,用左手定则确定其方向)；(4)列动力学方程或平衡方程求解．\n如图458所示,AB、CD是两根足够长的固定平行金属导轨,两导轨间的距离为L,导轨平面与水平面间的夹角为θ,在整个导轨平面内都有垂直于导轨平面斜向上的匀强磁场,磁感应强度为B,在导轨的AC端连接一个阻值为R的电阻,一根质量为m、垂直于导轨放置的金属棒ab,从静止开始沿导轨下滑,求此过程中ab棒的最大速度．已知ab与导轨间的动摩擦因数为μ,导轨和金属棒的电阻都不计．\n【思路点拨】ab沿导轨下滑过程中受四个力作用,即重力mg、支持力FN、摩擦力Ff和安培力F安,如图所示,ab由静止开始下滑后,将是v↑→E↑→I↑→F安↑→a↓(↑为增大符号),所以这是个变加速过程,当加速度减到a＝0时,其速度增到最大v＝vmax,此时处于平衡状态,以后将以vmax匀速下滑．【解析】ab下滑时因切割磁感线,要产生感应电动势,根据电磁感应定律E＝BLv①闭合电路ACba中将产生感应电流,根据闭合电路欧姆定律I＝E/R②\n据右手定则可判定感应电流方向为aACba,再据左手定则判断它受的安培力F安方向如图所示,其大小为F安＝BIL③取平行和垂直导轨的两个方向对ab所受的力进行正交分解,应有FN＝mgcosθ,Ff＝μmgcosθ,\n\n\n[先看名师指津]1．电磁感应中的动态分析,是处理电磁感应问题的关键,要学会从动态分析的过程中来选择是从动力学方面,还是从能量、动量方面来解决问题．2．在分析运动导体的受力时,常需画出平面示意图和物体受力图．\n[再演练应用]如图459所示,平行导轨MN和PQ相距0.5m,电阻忽略不计．其水平部分粗糙,倾斜部分光滑．且水平部分置于B＝0.6T竖直向上的匀强磁场中,倾斜部分处没有磁场．已知导线a和b的质量均为0.2kg,电阻均为0.15Ω,开始时a、b相距足够远,b放置在水平导轨上,现将a从倾斜导轨上高0.05m处由静止开始释放,求：(g＝10m/s2)\n(1)回路中的最大感应电流是多少？(2)如果导线和导轨间动摩擦因数μ＝0.1,当导线b的速度最大时,导线a的加速度是多少？\n