电磁感应的两类情况
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电磁感应现象的两类情况 课件
解析 (2)3 s 内回路中磁通量的变化量 ΔΦ＝BS－0＝0.2×12×15×5 3 Wb＝152 3 Wb
3 s 内电路产生的平均感应电动势为：
15 3
E＝ΔΔΦt ＝
2 3
V＝52 3 V.
答案 (1)5 3 m 5 3 V 1.06 A
(2)152 3 Wb
5 2
3V
图5
四、导体棒转动切割磁感线产生感应电动势的计算
2.E＝Blv 是法拉第电磁感应定律在导体切割磁感线时的具体表达式. (1)当 v 为平均速度时，E 为 平均 感应电动势. (2)当 v 为瞬时速度时，E 为 瞬时 感应电动势.
3.当同时存在感生电动势与动生电动势时，总电动势等于两者的 代数和 .两者在方向相同 时 相加 ，方向相反时 相减 .(方向相同或相反是指感应电流在回路中的方向)
一、对感生电场的理解
例 1 某空间出现了如图 3 所示的一组闭合的电场线，这可能是 A.沿 AB 方向磁场在迅速减弱 B.沿 AB 方向磁场在迅速增强 C.沿 BA 方向磁场在迅速增强 磁场产 生电场
楞次定律
图3
四指环绕方向即为 感应电场的方向
二、动生电动势的理解与应用
例 4 长为 l 的金属棒 ab 以 a 点为轴在垂直于匀强磁场的平面内以角速度 ω 做匀速转动，
如图 6 所示，磁感应强度为 B.求：
(1)ab 棒的平均速率.
(2)ab 两端的电势差.
图6
(3)经时间 Δt 金属棒 ab 所扫过面积中磁通量为多少？此过程中平均感应电动势多大？
解析 (1)ab 棒的平均速率 v ＝va＋2 vb＝0＋2ωl＝12ωl (2)ab 两端的电势差：E＝Bl v ＝12Bl2ω
高考物理压轴题之电磁感应现象的两类情况(高考题型整理,突破提升)及详细答案
5s时拉力F的功率为：P=Fv
代入数据解得：P=1W
棒MN最终做匀速运动，设棒最大速度为vm，棒受力平衡，则有：
代入数据解得:
(2)解除棒PQ后，两棒运动过程中动量守恒，最终两棒以相同的速度做匀速运动，设速度大小为v′，则有：
设从PQ棒解除锁定，到两棒达到相同速度，这个过程中，两棒共产生的焦耳热为Q，由能量守恒定律可得：
（1）前2s时间内流过MN杆的电量（设EF杆还未离开水平绝缘平台）；
（2）至少共经多长时间EF杆能离开平台。
【答案】（1）5C；（2）4s
【解析】
【分析】
【详解】
解：（1）t=2s内MN杆上升的距离为
此段时间内MN、EF与导轨形成的回路内，磁通量的变化量为
产生的平均感应电动势为
产生的平均电流为
流过MN杆的电量
（1）导线框匀速穿出磁场的速度；
（2）导线框进入磁场过程中产生的焦耳热；
（3）若在导线框进入磁场过程对其施加合适的外力F则可以使其匀加速地进入磁场区域，且之后的运动同没施加外力F时完全相同。请写出F随时间t变化的函数表达式.
【答案】(1)2m/s (2)0.15J (3)F=0.75-1.25t(0<t<0.4s)
联立①②③式பைடு நூலகம்得: ④
（2）设金属杆在磁场区域中匀速运动时，金属杆的电流为I，根据欧姆定律：I= ⑤
式中R为电阻的阻值．金属杆所受的安培力为： ⑥
因金属杆做匀速运动，由牛顿运动定律得：F–μmg–f=0⑦
联立④⑤⑥⑦式得:R=
5．如图所示空间存在有界匀强磁场，磁感应强度B=5T，方向垂直纸面向里，上下宽度为d=0.35m.现将一边长L=0.2m的正方形导线框自磁场上边缘由静止释放经过一段时间，导线框到达磁场下边界，之后恰好匀速离开磁场区域.已知导线框的质量m=0.1kg，电阻 .（g取10m/s2)求:
代入数据解得：P=1W
棒MN最终做匀速运动，设棒最大速度为vm，棒受力平衡，则有：
代入数据解得:
(2)解除棒PQ后，两棒运动过程中动量守恒，最终两棒以相同的速度做匀速运动，设速度大小为v′，则有：
设从PQ棒解除锁定，到两棒达到相同速度，这个过程中，两棒共产生的焦耳热为Q，由能量守恒定律可得：
（1）前2s时间内流过MN杆的电量（设EF杆还未离开水平绝缘平台）；
（2）至少共经多长时间EF杆能离开平台。
【答案】（1）5C；（2）4s
【解析】
【分析】
【详解】
解：（1）t=2s内MN杆上升的距离为
此段时间内MN、EF与导轨形成的回路内，磁通量的变化量为
产生的平均感应电动势为
产生的平均电流为
流过MN杆的电量
（1）导线框匀速穿出磁场的速度；
（2）导线框进入磁场过程中产生的焦耳热；
（3）若在导线框进入磁场过程对其施加合适的外力F则可以使其匀加速地进入磁场区域，且之后的运动同没施加外力F时完全相同。请写出F随时间t变化的函数表达式.
【答案】(1)2m/s (2)0.15J (3)F=0.75-1.25t(0<t<0.4s)
联立①②③式பைடு நூலகம்得: ④
（2）设金属杆在磁场区域中匀速运动时，金属杆的电流为I，根据欧姆定律：I= ⑤
式中R为电阻的阻值．金属杆所受的安培力为： ⑥
因金属杆做匀速运动，由牛顿运动定律得：F–μmg–f=0⑦
联立④⑤⑥⑦式得:R=
5．如图所示空间存在有界匀强磁场，磁感应强度B=5T，方向垂直纸面向里，上下宽度为d=0.35m.现将一边长L=0.2m的正方形导线框自磁场上边缘由静止释放经过一段时间，导线框到达磁场下边界，之后恰好匀速离开磁场区域.已知导线框的质量m=0.1kg，电阻 .（g取10m/s2)求:
电磁感应现象的两类情况 课件
线圈平面，先后两次将线圈从同一位置匀速地
拉出有界磁场，第一次拉出时速度为 v1＝v0， 图 4-5-8 第二次拉出时速度为 v2＝2v0，前后两次拉出线圈的过程中，下
列说法错误的是
()
A．线圈中感应电流之比是 1∶2
B．线圈中产生的热量之比是 2∶1
C．沿运动方向作用在线框上的外力的功率之比为 1∶2
(3)导体棒受到的安培力
F＝BIl＝(B0＋kx)Il＝0.4(1＋x) 安培力随位置线性变化，则安培力做功
WF＝12[B0＋(B0＋kx)]Ilx
代入数据得 WF＝1.6 J。
答案：(1)2 A
2 (2)3 m/s
(3)1.6 J
电磁感应现象中的能量转化与守恒
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。
而电阻 R 上产生的热量为 QR＝R＋R r Q 总
代入数据解得 QR＝3.5 J。 答案：(1)6 m/s (2)3.5 J
图456
(1)回路中的电流； (2)金属棒在 x＝2 m 处的速度； (3)金属棒从 x＝0 运动到 x＝2 m 过程中安培力做功的大小。 解析：(1)电阻上消耗的功率不变，即回路电流不变，在 x＝0 处有 E＝B0lv0＝0.4 V，I＝R＋E r＝2 A。 (2)由题意，磁感应强度 B＝B0＋kx 考虑到电流恒定，在 x＝2 m 处有BR0＋lvr0＝B0R＋＋kxrlv 得 v＝23 m/s。
电磁感应现象的两类情况 课件
F的方向竖直向下．在力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．结果使导体上端D的电势高于下端C的电势， 出现由D指向C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，当作用在自由电子上的静电力F′与 洛伦兹力F互相平衡时，DC两端便产生了一个稳定的电势 差．如果用另外的导线把CD两端连接起来，由于D端电势比 C端高，自由电子在静电力的作用下将在导线框中沿顺时针
1．动生电动势原因分析．
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洛伦兹力作用而引起的．
如下图甲所示，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.
有：
FN＝mgcos θ Ff＝μmgcos θ B2L2v
由①②③可得：F 安＝ R .
以 ab 为研究对象，根据牛顿第二定律应有： mgsin θ－μmgcos
θ－B2LR2v＝ma；
ab 做加速度减小的变加速运动，当 a＝0 时速度达最大．因此，
ab 达到 vm 时应有： mgsin θ－μmgcos θ－B2LR2v＝0④
的洛伦兹力 F＝Fe洛＝vB，
于是，动生电动势就是：E＝Fl＝Blv.
上式与法拉第电磁感应定律得到的结果一致． 2．动生电动势与感生电动势的区别． (1)相当于电源的部分不同． 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，而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)方向．
电磁感应现象的两类情况课件
(
2
)
在
上
述
(
1
)
情
况
中
，
始
终保
持
棒
静
止
，
当
t＝
t
时
1
需
加
垂直于棒的水平拉力为多大？
(3)若从t＝0时刻起，磁感应强度逐渐减小，当棒以恒 定速度v向右做匀速运动时，可使棒中不产生感应电 流，则磁感应强度应怎样随时间变化？(写出B与t的 关系式)
【解析】 (1)感应电动势 E＝ΔΔΦt ＝kl2， 感应电流 I＝ER＝kRl2，由楞次定律可判定感应电流方向 为逆时针． (2)t＝t1 时，B＝B0＋kt1，F＝BIl，所以 F＝(B0＋kt1)kRl3. (3)使棒中不产生感应电流，则应保持总磁通量不变，即 Bl(l＋vt)＝B0l2，所以 B＝l＋B0vl t.
【答案】 AD
【方法总结】
(1)变化的磁场产生感生电场．
(2)感生电场或感生电动势的方向可根据楞次定律运用
右手定则判断与判断感应电流方向的方法相同，其思路如
下
：
磁
通
量
的
变
化
情
况
楞次定律 楞次定律
感
应
电
流
磁
场
的
方
向
右 右手 手螺 螺旋 旋定 定则 则感应电场方向(即感应电动势方向)．
(3)感生电动势的大小 E＝nΔΔΦt .
【答案】 BC
【方法总结】
关于切割类的二次感应问题，导体切割磁感线的运动 方向，决定可能产生二次感应的磁通量的方向，导体 切割速度的变化，决定着产生二次感应的磁通量的变 化，只有切割速度变化时，才可能产生二次感应．
电磁感应现象的两类情况 课件
【解析】 圆形线圈产生电动势，相当于电源内电路．磁通量均匀增大，由楞 次定律知，线圈中感应电流为逆时针方向，又线圈相当于内电路，故 φa＞φb； E＝nΔΔΦt ＝50×84××00.0.11 V＝10 V，电压表测量的是电源的电动势，即感应电动 势，因而电压表的读数为 10 V．故 B 正确．
【答案】 B
图 4-5-6
【解析】 t＝0.6 s 时，回路中动生电动势 E1＝Blv 又 B＝kt，v＝at 代入数据解得 E1＝1.44×10－3 V 感生电动势 E2＝ΔΔΦt ＝ΔΔBt lx 又 x＝12at2 代入数据解得 E2＝0.72×10－3 V
又由右手定则及楞次定律知 E1、E2 同向，故此时回路中总电动势为 E＝E1＋E2＝2.16×10－3 V 回路中电阻 R＝2xr0＝3.6×10－2 Ω 回路中电流 I＝ER＝6×10－2 A 则金属杆受的安培力 F＝BIl＝ktIl＝1.44×10－4 N，由左手定则知方向向右．
由楞次定律判断 由 E＝nΔΔΦt 计算
通常由右手定则判断，也 可由楞次定律判断 通常由 E＝Blv·sin θ 计算， 也可由 E＝nΔΔΦt 计算
如图 4-5-6 所示，两根平行金属导轨固定在水平桌面上，每根导轨每米 的电阻为 r0＝0.10 Ω，导轨的端点 P、Q 用电阻可忽略的导线相连，两导轨间的 距离 l＝0.20 m．有随时间变化的磁场垂直于桌面向下，已知磁感应强度 B 与时 间 t 的关系为 B＝kt，比例系数 k＝0.020 T/s.一电阻不计的金属杆可在导轨上无 摩擦地滑动，在滑动过程中保持与导轨垂直，在 t＝0 时刻，金属杆紧靠 P、Q 端，在外力作用下，金属杆以恒定的加速度 a＝1 m/s2 从静止开始向导轨的另一 端滑动，求在 t＝0.6 s 时金属杆所受的安培力．
电磁感应现象的两类情况
电压变换
通过改变原线圈和副线圈的匝数比，可以实现电压的升高或降低。当原线圈匝数多于副线圈时，输出电压低于输入电 压；反之，输出电压高于输入电压。
电流变换
变压器还可以实现电流的变换。当输出电压升高时，输出电流减小；反之，输出电压降低时，输出电流 增大。
电磁炉的工作原理
涡流效应
电磁炉的工作原理基于电磁感应 中的涡流效应。当电磁炉的线圈 通以高频交流电时，会在其下方 的金属锅底产生涡流，这个涡流 会使锅底迅速发热，从而加热食 物。
微观粒子中的电磁感应
粒子加速器中的电磁感应
01
粒子加速器利用电磁感应原理，通过交变磁场加速带电粒子，
实现高能物理研究。
粒子探测器中的电磁感应
02
粒子探测器利用电磁感应原理，检测带电粒子的运动轨迹和能
量，实现粒子物理实验的测量。
量子霍尔效应
03
在低温强磁场下，二维电子气表现出量子霍尔效应，其霍尔电
阻呈现量子化平台，与微观粒子中的电磁感应密切相关。
法拉第电磁感应定律
法拉第电磁感应定律指出，感应电动 势的大小与穿过回路的磁通量的变化 率成正比。这一定律揭示了磁场变化 与感应电动势之间的定量关系。
磁通量变化率的计算：磁通量变化率 可以通过测量穿过回路的磁通量随时 间的变化来得到。这一测量可以通过 使用霍尔效应传感器等设备进行。
感生电动势的实例分析
转子与定子的相互作用
在发电机中，转子（通常是线圈）在定子（通常是磁铁）产生的磁场中旋转，使得线圈中 的磁通量发生变化，从而产生感应电动势。
整流与输出
发电机产生的感应电动势是交变的，需要经过整流器将其转换为直流电，然后通过输出端 输出给负载使用。
变压器的工作原理
互感现象
通过改变原线圈和副线圈的匝数比，可以实现电压的升高或降低。当原线圈匝数多于副线圈时，输出电压低于输入电 压；反之，输出电压高于输入电压。
电流变换
变压器还可以实现电流的变换。当输出电压升高时，输出电流减小；反之，输出电压降低时，输出电流 增大。
电磁炉的工作原理
涡流效应
电磁炉的工作原理基于电磁感应 中的涡流效应。当电磁炉的线圈 通以高频交流电时，会在其下方 的金属锅底产生涡流，这个涡流 会使锅底迅速发热，从而加热食 物。
微观粒子中的电磁感应
粒子加速器中的电磁感应
01
粒子加速器利用电磁感应原理，通过交变磁场加速带电粒子，
实现高能物理研究。
粒子探测器中的电磁感应
02
粒子探测器利用电磁感应原理，检测带电粒子的运动轨迹和能
量，实现粒子物理实验的测量。
量子霍尔效应
03
在低温强磁场下，二维电子气表现出量子霍尔效应，其霍尔电
阻呈现量子化平台，与微观粒子中的电磁感应密切相关。
法拉第电磁感应定律
法拉第电磁感应定律指出，感应电动 势的大小与穿过回路的磁通量的变化 率成正比。这一定律揭示了磁场变化 与感应电动势之间的定量关系。
磁通量变化率的计算：磁通量变化率 可以通过测量穿过回路的磁通量随时 间的变化来得到。这一测量可以通过 使用霍尔效应传感器等设备进行。
感生电动势的实例分析
转子与定子的相互作用
在发电机中，转子（通常是线圈）在定子（通常是磁铁）产生的磁场中旋转，使得线圈中 的磁通量发生变化，从而产生感应电动势。
整流与输出
发电机产生的感应电动势是交变的，需要经过整流器将其转换为直流电，然后通过输出端 输出给负载使用。
变压器的工作原理
互感现象
电磁感应现象的两类情况完整版课件
A．30mV C．0.3mV
B．3mV D．0.03mV
答案：C
解析：鸽子两翅展开可达30cm左右，所以E＝BLv＝ 0.5×10－4×0.3×20V＝0.3mV。
二、电磁感应现象中的能量转化与守恒 1．电磁感应现象中的能量转化方式 (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。
2．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。 (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。 (3)根据能量守恒列方程求解。
3．导体切割磁感线时的能量转化 当闭合电路的一部分导体切割磁感线时，回路中产生感 应电流，导体受到安培力的作用。安__培__力__阻碍导体的切割运 动，要维持匀速运动，外力必须__克__服__安__培__力__做__功_，因此产生 感应电流的过程就是__其__他__形__式___的能转变为电能的过程。
知识体系构建
考点题型设计
题型1 对感生电动势的理解及应用
如下图所示，固定在匀强磁场中的水平导轨
ab、cd的间距l1＝0.5m，金属棒ad与导轨左端bc的距离l2＝ 0.8m，整个闭合回路的电阻为R＝0.2Ω，匀强磁场的方向竖
直向下穿过整个回路．ad杆通过细绳跨过定滑轮接一个质
量为m＝0.04kg的物体，不计一切摩擦，现使磁感应强度从
4.5 电磁感应现象的两类情况
2：判断安培力方向 左手定则
课本图4.3-6中，导体棒运动产生动生电动势，因而在闭合回 路中有感应电流通过。可判断出安培力阻碍物体运动，导体 棒克服安培力做功。
★力做功是能量转化的量度，在电磁感应现象 电 能 中，克服安培力做功是其他形式能与_____ 转化的量度。
例题
选择观察视角：俯视 已知：原磁场●， 电子的运动方向（逆时针） 分析：电子带负电，在电场中受力 方向与电场方向相反，感生电场应 沿顺时针方向 据楞次定律，产生顺时针感生 电场，磁场要变强，所以电磁铁中 电流变大
二、洛伦兹力与动生电动势
问题2：
当导体切割磁感线运动时，导体中产 生感应电动势，这种情况下磁场没有变化， 空间没有感生电场，哪一种作用扮演非静 电力？
L
+ + + C
F洛
V F电
- - - D
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。由于导体运动而产生的 感应电动势叫动生电动势
B
× × G × ×
× × × ×
× F × × ×
安
× × × ×
A
× V × × ×
× × × ×
× × × ×
× × × ×
1：判断感应 电流方向 右手定则
思考与讨论
讨论结果：
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。
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。
感生电场产生的模型展示
第5节 电磁感应的两类情况
问题:在电磁感应中是什么力推动电荷从而产生电流呢？
1.线圈面积不变，磁场改变 电磁感应的两类情况
2.线圈面积改变，磁场不变(切割)
第一类情况：线圈面积不变，磁场改变
一个闭合线框静止
B 变强
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.
F
+
F
+
+F
F +I
+
F
E
麦克斯韦
变化的磁场在其周围产生了一个环形电场，
场能在周围空间激发电场，这种电场叫感生电场。 (2)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。
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_感___生__电__场____对自由电荷的作用。
思考判断
(1)感生电场线是闭合的。( √ )
第5节 电磁感应现象的两类情况
一、感生电场
1.定义：变化的磁场在周围空间激发的电场(涡旋电场).
2.方向: 感应电流的方向.
B 变强
3.特点: 电场线是闭合的曲线.
+
+
+
注意：静电场的电场线不闭合.
+I
+
4.感生电动势：由感生电场产生的电动势. E
注意：对应的非静电力就是感生电场对自由电荷的作用.
第5节 电磁感应现象的两类情况
复习:如何求感应电动势
E感
n
t
E感 BLV
针对所有情况
求的是一个过程的 平均电动势 只针对切割磁感线
瞬时、平均电动势
第5节 电磁感应现象的两类情况
电磁感应现象的两类情况 课件
次定律判断
通常由 E=Blvsin θ 计算,也可由
Φ
E=n t 计算
思考探究
动生电动势的产生与电路闭合还是断开有关吗?
答案: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。
典题例解
【例 2】如图所示,两根平行金属导轨固定在水平桌面上,每根
导轨每米的电阻为 r0=0.10 Ω,导轨的端点 P、Q 用电阻可以忽略的
产生原因
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
感应电动势
动生电动势
磁场的变化
导体做切割磁感线运动
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
处于变化磁场中
的线圈部分
做切割磁感线运动的导体
由楞次定律判断
Φ
由 E=n t 计算
通常由右手定则判断,也可由楞
Δ
,
Δ
=n
=
总
=
Δ
,q=
总Δ
Δ
Δt= ,即电荷量与磁通量的变化量成正
总
比,与磁通量的变化率无关。
案例探究
如图所示,匀强磁场中有一矩形闭合线圈 abcd,线圈平面与磁场
垂直。已知线圈的匝数 N=100,边长 ab=1.0 m、bc=0.5 m,电阻 r=2
Ω。磁感应强度 B 在 0~1 s 内从零均匀变化到 0.2 T。在 1~5 s 内从
Δ
答案:(1) 8
=
2 2
。
8
2 2
(2) 8
二、
通常由 E=Blvsin θ 计算,也可由
Φ
E=n t 计算
思考探究
动生电动势的产生与电路闭合还是断开有关吗?
答案: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。
典题例解
【例 2】如图所示,两根平行金属导轨固定在水平桌面上,每根
导轨每米的电阻为 r0=0.10 Ω,导轨的端点 P、Q 用电阻可以忽略的
产生原因
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
感应电动势
动生电动势
磁场的变化
导体做切割磁感线运动
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
处于变化磁场中
的线圈部分
做切割磁感线运动的导体
由楞次定律判断
Φ
由 E=n t 计算
通常由右手定则判断,也可由楞
Δ
,
Δ
=n
=
总
=
Δ
,q=
总Δ
Δ
Δt= ,即电荷量与磁通量的变化量成正
总
比,与磁通量的变化率无关。
案例探究
如图所示,匀强磁场中有一矩形闭合线圈 abcd,线圈平面与磁场
垂直。已知线圈的匝数 N=100,边长 ab=1.0 m、bc=0.5 m,电阻 r=2
Ω。磁感应强度 B 在 0~1 s 内从零均匀变化到 0.2 T。在 1~5 s 内从
Δ
答案:(1) 8
=
2 2
。
8
2 2
(2) 8
二、
电磁感应现象的两类情况 课件
考点一 感生、动生电动势的理解及应用
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 处于变化磁场中 做切割磁感线运动的导体
部分
的线圈部分
方向判断方法
2．电磁感应现象中的洛伦兹力 (1)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 洛伦兹力 ，非静电力与 洛伦兹力 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 安培 力做功，其他形式的能转化为 电能 。
(1)求初始时刻导体棒受到的安培力； (2)若导体棒从初始时刻到速度第一次为零时，弹簧的弹性势能为 Ep， 则这一过程中安培力所做的功 W1和电阻 R 上产生的焦耳热 Q1分别为多少？ (3)导体棒往复运动，最终将静止于何处？从导体棒开始运动直到最终 静止的过程中，电阻 R 上产生的焦耳热 Q 为多少？
(3)由能量转化及平衡条件等，可判断棒最终静止于初始位置，Q＝
12mv02 [答案]
(1)B2LR2v0，方向水平向左
(2)Ep－12mv02
12mv20－Ep
(3)初始位置 12mv02
【总结提能】 (1)安培力做负功的过程就是其他形式的能量转化为电能的过程。 (2)导体棒动能、弹性势能、回路中的电能在转移或转化过程中总量是 守恒的。
[思路探究] (1)导体棒运动切割磁感线产生感应电流。 (2)安培力做功与电阻 R 上产生的焦耳热的关系。
[解析] (1)初始时刻导体棒中感应电动势 E＝BLv0① 导体棒中感应电流 I＝ER② 作用于导体棒上的安培力 F＝BLI③ 联立①②③得 F＝B2LR2v0，方向水平向左。
电磁感应现象的两类情况
【想一想】 若导体棒垂直磁场一直运动下去，自由电荷是否也会 沿着导体棒一直运动下去？为什么？ 提示：不会。若导体棒一直运动下去，当导体棒内部 自由电荷在电场中所受电场力与洛伦兹力相等时，自 由电荷将不再运动。
一、感生电动势与动生电动势的比较
思考探究：
著名物理学家费曼曾设计过这样一个实验装置：一块 绝缘圆板可绕其中心的光滑轴自由转动，在圆板中部 有一个线圈，圆板四周固定着一圈带电的金属球，如 图所示。当线圈接通电源后，发现圆板转动起来，圆
5 电磁感应现象的两类情况
一、电磁感应现象中的感生电场
磁场 变 1.感生电场：英国物理学家麦克斯韦认为，_____ 化时会在空间激发一种电场，这种电场与静电场不
同，它不是由电荷产生的，我们把它叫作感生电场。 感生电场 产生的感应电动势。 2.感生电动势：_________
自由电荷 3.感生电动势中的非静电力：感生电场对_________ 的作用。
法拉第电磁感应 定律求出感应电动势。 (2)根据_______________
闭合电路的欧姆 定律求出导线中的感应电流 (3)根据_______________ 大小。
【正确解答】选A。由于空间存在一个沿x轴正方向的 磁场，因此产生磁通量的有效面积为 1 圆bOc，根据楞
4
次定律可判断导线中的感应电流方向是a→c→b→a；
t
【补偿训练】1.如图所示，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( )
子不做功。
3.感生电动势与动生电动势的比较：
电磁感应现象的两类情况课件
闭合导体中的自由电荷在感 生电场下做定向运动
产生感应电流（感生电动势）
2、感生电场与感生电动势：
感生电场(涡旋电场): 变化的磁场在周围空间激发的电场。
方向: 就是感生电流的方向，用楞次定律判断
感生电场线: 是闭合的曲线。
感生电动势： 由感生电场产生的感应电动势。
感生电动势所对应的非静电力是感生电 场对自由电荷的作用。
洛伦兹力Fe与自由电子速度V垂直不做功；
Fe力的分量:
FFee21克 做服正外功力转做化负 为功 电， 势能。Fe2
V
Fe
即：洛伦兹不提供能量，
Fe1
只是起传递变化引起的 电动势;
金属环为什么 产生电流？
自由电子定向 移动
B
什么力使自由 自由电子受到
电子定向移动？ 力的作用
洛伦兹力、电 猜：会不会是
E
场力、其它力？ 磁场施加的力
假设：变化的 磁场在周围空 间激发的电场
能够解释： 电磁感应现象 中产生的电流
B E
〔英〕麦克斯韦认为：
磁场变化时会在周围空间激 发一种电场-----感生电场
动生电动势的产生: • 问题: 1、动生电动势是怎样产生的？ 2、什么力充当非静电力？
导体棒磁场切割磁感线时，自由电子在洛仑 兹力作用下定向运动。导体棒两端出现了等 量异种电荷，导体棒相当一个电源。
• 动生电动势的非静电力与洛伦兹力有关。
探讨：在动生电动势的产生过程中，洛伦兹 力做功吗？能量是怎样转化的？
感生电场是产生 感生电动势的原因。
3、感生电场应用实例---电子感应加速器
电子感应加速器: 应用感生电场来加 速电子的一种设备。
柱形电磁铁：产生变化的磁场; 环形真空管道：是电子运行的轨道 工作过程：
产生感应电流（感生电动势）
2、感生电场与感生电动势：
感生电场(涡旋电场): 变化的磁场在周围空间激发的电场。
方向: 就是感生电流的方向，用楞次定律判断
感生电场线: 是闭合的曲线。
感生电动势： 由感生电场产生的感应电动势。
感生电动势所对应的非静电力是感生电 场对自由电荷的作用。
洛伦兹力Fe与自由电子速度V垂直不做功；
Fe力的分量:
FFee21克 做服正外功力转做化负 为功 电， 势能。Fe2
V
Fe
即：洛伦兹不提供能量，
Fe1
只是起传递变化引起的 电动势;
金属环为什么 产生电流？
自由电子定向 移动
B
什么力使自由 自由电子受到
电子定向移动？ 力的作用
洛伦兹力、电 猜：会不会是
E
场力、其它力？ 磁场施加的力
假设：变化的 磁场在周围空 间激发的电场
能够解释： 电磁感应现象 中产生的电流
B E
〔英〕麦克斯韦认为：
磁场变化时会在周围空间激 发一种电场-----感生电场
动生电动势的产生: • 问题: 1、动生电动势是怎样产生的？ 2、什么力充当非静电力？
导体棒磁场切割磁感线时，自由电子在洛仑 兹力作用下定向运动。导体棒两端出现了等 量异种电荷，导体棒相当一个电源。
• 动生电动势的非静电力与洛伦兹力有关。
探讨：在动生电动势的产生过程中，洛伦兹 力做功吗？能量是怎样转化的？
感生电场是产生 感生电动势的原因。
3、感生电场应用实例---电子感应加速器
电子感应加速器: 应用感生电场来加 速电子的一种设备。
柱形电磁铁：产生变化的磁场; 环形真空管道：是电子运行的轨道 工作过程：
高考物理压轴题之电磁感应现象的两类情况(高考题型整理,突破提升)附答案
高考物理压轴题之电磁感应现象的两类情况(高考题型整理,突破提升)附答案
一、电磁感应现象的两类情况
1．如图所示，无限长平行金属导轨 EF、PQ 固定在倾角 θ=37°的光滑绝缘斜面上，轨道间 距 L=1m，底部接入一阻值 R=0.06Ω 的定值电阻，上端开口，垂直斜面向上的匀强磁场的磁 感应强度 B=2T。一质量 m=2kg 的金属棒 ab 与导轨接触良好，ab 与导轨间的动摩擦因数 μ=0.5，ab 连入导轨间的电阻 r=0.04Ω，电路中其余电阻不计。现用一质量 M=6kg 的物体通 过一不可伸长的轻质细绳绕过光滑的定滑轮与 ab 相连.由静止释放物体，当物体下落高度 h=2.0m 时，ab 开始匀速运动，运动中 ab 始终垂直导轨并与导轨接触良好。不计空气阻 力，sin37°=0.6，cos37°=0.8，g 取 10m/s2。
电阻，一长为 l 的金属杆置于导轨上，杆与导轨的电阻均忽略不计，两者始终保持垂直且 接触良好，两者之间的动摩擦因数为 μ，导轨处于匀强磁场中，磁感应强度大小为 B，方 向垂直于斜面向上，当金属杆受到平行于斜面向上大小为 F 的恒定拉力作用，可以使其匀
速向上运动；当金属杆受到平行于斜面向下大小为 F 的恒定拉力作用时，可以使其保持与 2
I E R
q It
q BLat2 5C 2R
BIL Mg
I E R
E BLv
t v a
t=
MgR B 2 L2 a
4s
4．如图 1 所示，在光滑的水平面上，有一质量 m=1kg、足够长的 U 型金属导轨 abcd，间
距 L=1m。一电阻值 R 0.5Ω 的细导体棒 MN 垂直于导轨放置，并被固定在水平面上的两 立柱挡住，导体棒 MN 与导轨间的动摩擦因数 0.2 ，在 M、N 两端接有一理想电压表
一、电磁感应现象的两类情况
1．如图所示，无限长平行金属导轨 EF、PQ 固定在倾角 θ=37°的光滑绝缘斜面上，轨道间 距 L=1m，底部接入一阻值 R=0.06Ω 的定值电阻，上端开口，垂直斜面向上的匀强磁场的磁 感应强度 B=2T。一质量 m=2kg 的金属棒 ab 与导轨接触良好，ab 与导轨间的动摩擦因数 μ=0.5，ab 连入导轨间的电阻 r=0.04Ω，电路中其余电阻不计。现用一质量 M=6kg 的物体通 过一不可伸长的轻质细绳绕过光滑的定滑轮与 ab 相连.由静止释放物体，当物体下落高度 h=2.0m 时，ab 开始匀速运动，运动中 ab 始终垂直导轨并与导轨接触良好。不计空气阻 力，sin37°=0.6，cos37°=0.8，g 取 10m/s2。
电阻，一长为 l 的金属杆置于导轨上，杆与导轨的电阻均忽略不计，两者始终保持垂直且 接触良好，两者之间的动摩擦因数为 μ，导轨处于匀强磁场中，磁感应强度大小为 B，方 向垂直于斜面向上，当金属杆受到平行于斜面向上大小为 F 的恒定拉力作用，可以使其匀
速向上运动；当金属杆受到平行于斜面向下大小为 F 的恒定拉力作用时，可以使其保持与 2
I E R
q It
q BLat2 5C 2R
BIL Mg
I E R
E BLv
t v a
t=
MgR B 2 L2 a
4s
4．如图 1 所示，在光滑的水平面上，有一质量 m=1kg、足够长的 U 型金属导轨 abcd，间
距 L=1m。一电阻值 R 0.5Ω 的细导体棒 MN 垂直于导轨放置，并被固定在水平面上的两 立柱挡住，导体棒 MN 与导轨间的动摩擦因数 0.2 ，在 M、N 两端接有一理想电压表
电磁感应现象的两类情况
则金属棒 ab 接入回路的 bc 部分切割磁感线产生的 感应电动势为： E＝Bv0 bc ＝Bv2 0ttan30° 在回路 bOc 中，回路总感应电动势具体由导体 bc 部分产生，因此，回路内总的感应电动势为：E ＝E＝ 3Bv2 0t/3.
总
电磁感应的图象问题
例4 如图甲所示，矩形导线框 abcd 固定在匀强磁场中，磁感线
的方向与导线框所在平面垂直．规定磁场的正方向垂直纸面向里， 磁感应强度 B 随时间变化的规律如图乙所示，若规定顺时针方向
为感应电流i的正方向，下列i－t图(如图丙)中正确的是(
)
【答案】
D
五、既有 动生又有感生： B变化S也变化： E =nΔ(BS) /Δt
d
a
v
e
b
f
例题１： 如图所示，固定与水平面上的金属框cdef，处 在竖直向下的匀强磁场中，金属棒ab搁在框架上，可无 摩擦滑动。此时abed构成一个边长L的正方形，棒电阻r， 其余电阻不计，开始时磁感应强度为B。 ⑴ 若以t=0时 起，磁感应强度均匀增加，每秒增加量k，同时保持棒 静止，求棒中的感应电流？ ⑵ 若以t=0时起，磁感应强度逐渐减小，当棒以恒定 速度v向右匀速运动，可使棒中不产生感应电流，则磁 感应强度应怎样随时间变化？
P
作用于杆的安培力 F =Bt l i
解得 F=3k2 l 2 t ／ 2r0 ， 代入数据为F=1.44×10 -3 N
v
Q
l
又解： 以 a 表示金属杆运动的加速度， 在t 时刻,金属杆与初始位置的距离 L=1/2×a t2 =18a v=a t=6a， 此时杆的速度 若磁场不变化，由于导体运动产生的动生电动势E1 E1 =Bt l v=kt l v=0.02 6×0.2×6a =0.144a (V) 这时，杆与导轨构成的回路的面积 S=Ll =3.6a ， 若导体不运动，由于磁场变化产生的感生电动势E2 E2 =SΔB/Δt= S×k = 3.6a ×0.02 = 0.072a (V) 回路中的感应电动势为两者之和（方向相同） E=E1+E2=SΔB/Δt + B2l v = 0.216a (V) L P R=2Lr =3.6 a 回路的总电阻 0 v l 回路中的感应电流 i =E/R=0.06 (A) Q 作用于杆的安培力 F=B2l i =0.12×0.2×0.06 =1.44 ×10 -3 N
电磁感应现象的两类情况通用课件
法拉第电磁感应定律的物理意义
揭示了磁场与电场之间的相互关系
法拉第电磁感应定律表明变化的磁场会产生电场，从而实现了磁场与电场之间的 相互转化。
指导了发电机和变压器的设计
法拉第电磁感应定律是发电机和变压器等电气设备设计的重要理论基础，为电力 工业的发展提供了重要支撑。
03 楞次定律
楞次定律的内容
楞次定律指出，当穿过闭合回路的磁 通量发生变化时，闭合回路中会产生 感应电流，且感应电流的方向总是阻 碍磁通量的变化。
感生电动势与动生电动势的区别与联系
区别
产生原因不同，感生电动势由磁场变化 引起，而动生电动势由导体运动引起。
VS
联系
在某些情况下，磁场变化和导体运动可以 同时存在，此时既产生感生电动势又产生 动生电动势。两种电动势都会引起感应电 流，且其大小和方向都与磁场和导体的状 态有关。
05 电磁感应现象的应用实例
详细描述
磁悬浮列车利用电磁感应实现列车与轨道的 无接触悬浮和推进。磁悬浮列车通过强大的 电磁铁产生磁场，并通过改变磁场强度和方 向来控制列车与轨道之间的斥力或吸力，从 而实现列车的悬浮和推进。磁悬浮列车的推 进效率高，噪音和振动较小，是一种具有发 展前景的交通工具。
THANKS 感谢观看
发电机的工作原理
总结词
利用电磁感应现象将机械能转化为电能。
详细描述
发电机的基本原理是电磁感应，通过磁场和线圈的相对运动，将机械能转化为电能。发电机通常由原动机（如汽 轮机、水轮机等）驱动，原动机的转动使发电机转子上的线圈在磁场中旋转，从而产生感应电动势。
变压器的工作原理
总结词
利用电磁感应实现电压变换。
详细描述
变压器的工作原理也是基于电磁感应。变压器由两个线圈组成，一个称为原边线圈，另一个称为副边 线圈。当交流电通过原边线圈时，会在铁芯中产生交变磁场，这个磁场会感应出电动势，从而在副边 线圈中产生电流。通过改变原边和副边线圈的匝数比，可以实现电压的变换。
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高二物理《电磁感应现象的两类情况》补充练习
例1. 如图1所示，在内壁光滑、水平放置的玻璃圆环内，有一直径略小于环口径的带正电的小球，正以速率v 0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的电荷量不变，那么( )
A ．小球对玻璃环的压力不断增大
B ．小球受到的洛伦兹力不断增大
C ．小球先沿逆时针方向做减速运动，过
一段时间后，沿顺时针方向做加速运动 D ．洛伦兹力对小球一直不做功
例2.如图2所示,在直线电流附近有一根金属棒ab,当金属棒以b 端为圆心,以ab 为半径,在过导线的平面内匀速旋转达到图中虚线位置时( )
A. a 端聚积电子
B. b 端聚积电子
C. 金属棒内电场强度等于零
D. a 端电势高于b 端电势
例3. 如图3所示,固定于水平面上的金属架CDEF
处在竖直向下的匀强磁场中,
金属棒MN
沿框架以速度
v 向右做匀速运动.t=0时,磁感应强度为B 0,此时MN 到达的位置使MDEN 构成一个边长为L 的正方形.为使MN 棒中不产生感应电流,从t=0开始,磁感应强度B 应怎样随时间t 变化?请推导出这种情况下B 与t 的关系式.
图3
图1 图2
例4．（2003 江苏卷）如图4所示，两根平行金属导轨固定在水平桌面，每根导轨每米的电阻为0r ＝0.10Ω/m ，导轨的端点P 、Q 用电阻可忽略的导线相连，两导轨间的距离L ＝0.20m ，有随时间变化的匀强磁场垂直于桌面，已知磁感强度B 与时间t 的关系为kt B =，比例系数k ＝0.020T/s ，一电阻不计的金属杆可在导轨上无摩擦地滑动，在滑动过程中保持与导轨垂直，在t ＝0时刻，金属杆紧靠在P 、Q 端，在外力作用下，杆以恒定的加速度从静止开始向导轨的另一端滑动，求在t ＝6.0s 时金属杆所受的安培力.
注意：磁场随空间变化不能误认为有感生电动势产生
试一试．正方形的闭合线框，边长为a ，质量为m ，电阻为R ，在竖直平面内以某一水平初速度在垂直于框面的水平磁场中运动一段时间后，速度恒定为v ，运动过程中总有两条边处在竖直方向（即线框自己不转动），如图5所示．已知磁场的磁感应强度在竖直方向按ky B B +=0规律逐渐增大，k 为常数．试求水平初速度0v 的大小．
x y
图4
1．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，所以动生电动势与洛伦兹力无关
C ．感生电场是由变化的磁场激发而产生的
D ．感生电场的方向可以用楞次定律和安培定则来判定
2．如图所示，一个闭合电路静止于磁场中，由于磁场强弱的变化，而使电路中产生了感应电动势，下列说法中正确的是( )
A ．磁场变化时，会在空间激发一个电场
B ．使电荷定向移动形成电流的力是磁场力
C ．使电荷定向移动形成电流的力是电场力
D ．以上说法都不对
3．内壁光滑的塑料管弯成的圆环平放在水平桌面上，环内有一带负电的
小球，整个装置处在竖直向下的磁场中，如图所示，当磁场突然增强
时小球( )
A ．沿顺时针方向运动
B ．沿逆时针方向运动
C ．在原位置附近往复运动
D ．仍保持静止状态
4．英国物理学家麦克斯韦认为，磁场变化时会在空间激发感生电场．如
图所示，一个半径为r 的绝缘细圆环水平放置，环内存在竖直向上的匀强磁场，环上套一带电荷量为＋q 的小球．已知磁感应强度B 随时间均匀增加，其变化率为k ，若小球在环上运动一周，则感生电场对小球的作用力所做功的大小是( )
A ．0
B ．12
r 2qk C ．2πr 2qk D ．πr 2qk
5．矩形导线框abcd 固定在变化的磁场中，产生了如图乙所示的电流(电流方向abcda 为正方向)．若规定垂直纸面向里的方向为磁场正方向，能够产生如图乙所示电流的磁场为
( )
6．如图所示，匀强磁场存在于虚线框内，矩形线圈竖直下落．如
果线圈中受到的磁场力总小于其重力，则它在1、2、3、4位置时
的加速度关系为( )
A ．a 1>a 2>a 3>a 4
B ．a 1＝a 2＝a 3＝a 4
C ．a 1＝a 3>a 2>a 4
D ．a 1＝a 3>a 2＝a 4
7．如图所示，阻值为R 的金属棒从图示ab 位置分别以v 1、v 2的速度沿光滑导轨(电阻不计)匀速滑到a ′b ′位置，若v 1∶v 2＝1∶2，则在这两次过程中( )
A ．回路电流I 1∶I 2＝1∶2
B ．产生的热量Q 1∶Q 2＝1∶2
C ．通过任一截面的电荷量q 1∶q 2＝1∶2
D ．外力的功率P 1∶P 2＝1∶2
8．如图所示，足够长平行金属导轨倾斜放置，倾角为37°，宽度为0.5 m ，电阻忽略不计，
其上端接一小灯泡，电阻为1 Ω.一导体棒MN垂直于导轨放置，质量为0.2 kg，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，磁感应强度为0.8 T．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的运动速度大小以及小灯泡消耗的电功率分别为(重力加速度g取10 m/s2，sin 37°＝0.6)()
A．2.5 m/s 1 W
B．5 m/s 1 W
C．7.5 m/s9 W
D．15 m/s9 W
9．如图所示，面积为0.2 m2的100匝线圈A处在磁场中，磁场方向垂直于线圈平面．磁感应强度B随时间变化的规律是B＝(6－0.2t) T，已知电路中的R1＝4 Ω，R2＝6 Ω，电容C＝30 μF，线圈的电阻不计，求：
(1)闭合S一段时间后，通过R2的电流大小及方向．
(2)闭合S一段时间后，再断开S，S断开后通过R2的电荷量是多少？
10．如图所示，足够长的平行光滑金属导轨水平放置，宽度L＝0.4 m，一端连接R＝1 Ω的电阻．导轨所在空间存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度B＝1 T．导体棒MN放在导轨上，其长度恰好等于导轨间距，与导轨接触良好．导轨和导体棒的电阻均可忽略不计．在平行于导轨的拉力F作用下，导体棒沿导轨向右匀速运动，速度v＝5 m/s.求：
(1)感应电动势E和感应电流I；
(2)若将MN换为电阻r＝1 Ω的导体棒，其他条件不变，求导体棒两端的电压U.
(3)MN仍为电阻r＝1 Ω的导体棒，某时刻撤去拉力F，导体棒又向右运动了2 m，求该过程流过R的电荷量．。