2022-2023年高考物理一轮复习 电磁感应现象的两类情况

电磁感应现象的两类情况\n1.磁场变化时在空间激发出电场,叫做感生电场,此时磁场中的闭合导体回路中会产生感应电流,回路中感生电场对自由电荷的作用即为电源内部非静电力对自由电荷的作用.2.由感生电场产生的感应电动势叫做感生电动势,感生电场的方向可根据楞次定律来判定.3.导体切割磁感线时会产生动生电动势,此时导体相当于电源,电源内部的非静电力与洛伦兹力有关.\n1.感生电场麦克斯韦认为,磁场变化时会在空间激发一种电场,它与静电场不同,不是由产生的,我们叫它感生电场.2．感生电动势由感生电场产生的感应电动势.3．感生电动势中的非静电力就是对的作用.4．感生电场的方向判断由磁场的方向和强弱变化,根据楞次定律用安培定则判断.感生电场自由电荷电荷\n[特别提醒](1)静电场的电场线不闭合,感生电场由于是一种涡旋场,所以电场线闭合.(2)感生电场是否存在仅取决于有无变化的磁场,与是否存在导体及是否存在闭合回路无关.\n1．在如图4－5－1所示的四种磁场情况中能产生恒定的感生电场的是()图4－5－1解析：据麦克斯韦电磁理论,要产生恒定的感生电场,必须由均匀变化的磁场产生,C对.答案：C\n1．动生电动势由于导体运动而产生的感应电动势.2．动生电动势中的“非静电力”自由电荷因随导体棒运动而受到,非静电力与有关.3.动生电动势中的功能关系闭合回路中,导体棒做切割磁感线运动时,克服力做功,其他形式的能转化为.切割磁感线洛伦兹力洛伦兹力电能安培\n感生电动势与动生电动势的对比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电场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\n[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.例如,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.\n2．下列说法中正确的是()A．动生电动势是洛伦兹力对导体中自由电荷做功而引起的B．因为洛伦兹力对运动电荷始终不做功,所以动生电动势不是由洛伦兹力而产生的C．动生电动势的方向可以由右手定则来判定D．导体棒切割磁感线产生感应电流,受到的安培力一定与受到的外力大小相等、方向相反\n解析：动生电动势是洛伦兹力沿导体方向的分力做功引起的,但洛伦兹力对自由电荷所做的总功仍为零,选项A、B错误；动生电动势是由于导体切割磁感线产生的,可由右手定则判定方向,C正确；只有在导体棒做匀速切割时,除安培力以外的力的合力才与安培力大小相等方向相反,做变速运动时不成立,故D错误.答案：C\n1.电磁感应现象中的能量转化(1)与感生电动势有关的电磁感应现象中,磁场能转化为电能,若电路是纯电阻电路,转化过来的电能将全部转化为电阻的内能.(2)与动生电动势有关的电磁感应现象中,通过克服安培力做功,把机械能或其他形式的能转化为电能.克服安培力做多少功,就产生多少电能.若电路是纯电阻电路,转化过来的电能也将全部转化为电阻的内能.\n2．求解电磁感应现象中能量守恒问题的一般思路(1)分析回路,分清电源和外电路.在电磁感应现象中,切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势,该导体或回路就相当于电源,其余部分相当于外电路.\n(2)分析清楚有哪些力做功,明确有哪些形式的能量发生了转化.如：做功情况能量变化特点滑动摩擦力做功有内能产生重力做功重力势能必然发生变化克服安培力做功必然有其他形式的能转化为电能,并且克服安培力做多少功,就产生多少电能安培力做正功电能转化为其他形式的能\n(3)根据能量守恒列方程求解.3．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.\n3．如图4－5－2所示,磁感应强度为B的匀强磁场有理想界面,用力将矩形线圈从磁场中匀速拉出.在其他条件不变的情况下()A．速度越大时,拉力做功越多B．线圈边长L1越大时,拉力做功越多C．线圈边长L2越大时,拉力做功越多D．线圈电阻越大时,拉力做功越多图4－5－2\n答案：ABC\n图4－5－3\n[思路点拨]因为磁场在变化,在闭合回路中产生的是感生电动势,根据楞次定律和左手定则知ab受到的安培力方向向左,当F安≥Mg时,重物将被拉起.[答案]5s\n[借题发挥]本类问题中的恒量与变量必须分清楚,导体不动,磁场发生变化,产生感生电动势,由于变化率是定值,因此E、I均为恒量.但ab杆受到的安培力随磁场的增强而增大,根据力的变化判断出重物刚好离开地面的临界条件.\n1.如图4－5－4所示,金属棒ab置于水平放置的光滑框架cdef上,棒与框架接触良好,匀强磁场垂直于ab棒斜向下.从某时刻开始磁感应强度均匀减小,同时施加一个水平方向上的外力F使金属棒ab保持静止,则F()A．方向向右,且为恒力B．方向向右,且为变力C．方向向左,且为变力D．方向向左,且为恒力图4－5－4\n答案：C\n\n[例2]如图4－5－5所示,竖直固定的光滑U形金属导轨MNOP每米长度的电阻为r,MN平行于OP,且相距为l,磁感应强度为B的匀强磁场与导轨所在平面垂直.有一质量为m、电阻不计的水平金属杆ab可在导轨上自由滑动,滑动过程中与导轨接触良好且保持垂直.将ab从某一位置由静止开始释放后,下滑h高度时速度达最大,在此过程中,电路中产生的热量为Q,以后设法让杆ab保持这个速度匀速下滑,直到离开导轨为止.求：(1)金属杆匀速下滑时的速度.(2)匀速下滑过程中通过金属杆的电流I与时间t的关系.图4－5－5\n[思路点拨]解答本题时应把握以下两点：(1)金属杆下滑过程中哪些能量守恒.(2)金属杆匀速下滑的条件.\n\n[借题发挥]解决这类问题的关键在于通过运动状态的分析来寻找过程中的临界状态,如速度、加速度取最大值或最小值的条件等,基本思路是：\n2.如图4－5－6所示,三角形金属框架MON平面与匀强磁场B垂直,导体ab能紧贴金属框架运动,且始终与导轨ON垂直.当导体ab从O点开始匀速向右平动时,速度为v0,试求bOc回路中某时刻的感应电动势随时间变化的函数关系式.图4－5－6\n\n[例3]如图4－5－7所示,半径为R的圆形导轨处在垂直于圆平面的匀强磁场中,磁感应强度为B,方向垂直于纸面向里,一根长度略大于导轨直径的导体棒MN以速率v在圆导轨上从左端滑到右端,电路中的定值电阻为r,其余电阻不计,导体棒与圆形导轨接触良好.求：(1)在滑动过程中通过电阻r的电流的平均值；(2)MN从左端到右端的整个过程中,通过r的电荷量；(3)当MN通过圆导轨中心时,通过r的电流是多少？图4－5－7\n[思路点拨]导体棒从左向右滑动的过程中,切割磁感线产生感应电动势,对电阻r供电,计算电流时要特别注意是用平均值还是瞬时值.\n\n\n3.有一面积为100cm2的金属环,电阻为0.1Ω,环中磁场变化规律如图4－5－8乙所示,且磁场方向垂直于环面向里,在t1～t2这段时间内：(1)金属环中自由电子定向移动的方向如何？(2)通过金属环的感应电荷量为多少？图4－5－8\n答案：(1)顺时针(2)1×10－2C