高中物理 4.5电磁感应现象的两类情况详解

高中物理| 4.5电磁感应现象的两类情况详解电磁感应
产生电磁感应现象有感生电动势和动生电动势两类问题。

感生电场
19世纪60年代，英国物理学家麦克斯韦在他的电磁场理论中指出：变化的磁场在周围空间激发电场，我们把这种电场叫感生电场．
感生电动势
由感生电场使导体产生的电动势叫感生电动势。

（1）产生
如图所示，当磁场变化时，产生感生电场，感生电场的电场线是与磁场垂直的曲线。

如果空间存在闭合导体，导体中的自由电荷就会在电场力作用下定向移动而产生感应电流，或者说导体中产生了感生电动。

（2）方向：
闭合环形回路(可假定存在)的电流方向就是感生电动势的方向，根据楞次定律和右手定则确定。

（3）作用
感生电动势在电路中的作用就是充当电源，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。

变化的磁场在闭合导体所在空间产生电场，导体内自由电荷在电场力作用下产生感应电流，或者说导体中产生了感应电动势。

由此可见，感生电场就相当于电源内部的所谓的非静电力，对电荷产生力的作用。

动生电动势
1.动生电动势：
导体在磁场中做切割磁感线运动时产生的电动势。

2.产生原因
导体在磁场中做切割磁感线运动时，产生动生电动势，它是由于导体中自由电子受到洛伦兹力作用引起的．使自由电子做定向移动的非静电力就是洛伦兹力。

如图所示，一条直导线CD在匀强磁场B中以速度v向右运动，并且导线CD与B、v的方向互相垂直。

由于导体中的自由电子随导体一起以速度v运动，因此每个电子受到的洛伦兹力为F＝evB，F的方向竖直向下，在F的作用下自由电子沿导体向下运动，使导体下端出现过剩的负电荷，导体
上端出现过剩的正电荷，结果是C端的电势高于D端的电势，出现由C端指向D端的静电场，此电场对电子的作用力F′是向上的，与洛伦兹力的方向相反。

随着导体两端正、负电荷的积累，场强不断增强，当作用到自由电子上的静电力与洛伦兹力互相平衡时，C、D两端便产生了一个稳定的电势差。

总之：洛伦兹力是产生动生电动势的原因，即洛伦兹力是产生动生电动势的非静电力。

动生电动势与感生电动势的区别与联系
1.相当于电源的部分区别
由于导体运动而产生电动势时，运动部分的导体相当于电源；
由于磁场变化产生感应电动势时，磁场穿过的线圈部分相当于电源。

2.ΔΦ的含义不同
导体运动产生的电动势，ΔΦ是由于导体线框本身的面积发生变化而产生的，所以ΔΦ＝B·ΔS；
感生电动势，ΔΦ是由于磁场发生变化而引起的，即ΔB引起的，所以ΔΦ＝SΔB
3.动生电动势和感生电动势具有的相对性
动生电动势和感生电动势的划分，在某些情况下只有相对意义．将条形磁铁插入线圈中，如果在相对于磁铁静止的参考系内观察，
磁铁不动，空间各点的磁性也没有发生变化，而线圈在运动，线圈中的电动势是动生的；
但是，如果在相对于线圈静止的参考系内观察，则看到磁铁在运动，引起空间磁场发生变化，因而，线圈中的电动势又是感生的．在这种情况下，究竟把电动势看做是动生的还是感生的，决定于观察者所在参考系。

习题演练
1. 如图所示，内壁光滑、水平放置的玻璃圆管内，有一直径略小于圆管直径的带正电的小球，以速率v0沿逆时针方向匀速转动，若在此空间突然加上方向竖直向上、磁感应强度B随时间成正比例增加的变化磁场．设运动过程中小球带电荷量不变，那么( )
A 小球对玻璃圆管的压力一定不断增大
B 小球所受的磁场力一定不断增大
C 小球先沿逆时针方向减速运动，过一段时间后沿顺时针方向加速运动
D 磁场力对小球一直不做功
2. 如图所示装置中，cd杆原来静止．当ab杆做如下哪些运动时，cd杆将向右移动( )
A 向右匀速运动
B 向右加速运动
C 向左加速运动
D 向左减速运动
习题解析
1.CD
解析：变化的磁场将产生感生电场，这种感生电场由于其电场线是闭合的，也称为涡旋电场，其场强方向可借助电磁感应现象中感应电流方向的判定方法，使用楞次定律判断。

当磁场增强时，会产生顺时针方向的涡旋电场，电场力先对小球做负功使其速度减为零，后对小球做正功使其沿顺时针方向做加速运动，所以C正确；磁场力始终与小球运动方向垂直．因此始终对小球不做功，D正确；
2.BD
解析：ab匀速运动时，ab中感应电流恒定，L1中磁通量不变，穿过L2的磁通量不变化，L2中无感应电流产生，cd保持静止，A不正确；ab向右加速运动时，L2中的磁通量向下，增大，通过cd的电流方向向下，cd向右移动，B正确；同理可得C不正确，D正确．。