高中物理 第4章第5節(jié)《電磁感應現(xiàn)象的兩類情況》新人教版選修32

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1、第第5 5節(jié)電磁感應現(xiàn)象的兩類情況節(jié)電磁感應現(xiàn)象的兩類情況電磁感應磁流體發(fā)電機 磁流體發(fā)電機是一種將高溫的帶電流體(等離子體或液態(tài)金屬)以極高的速度噴射到磁場中去，利用磁場對帶電流體的作用而發(fā)電的一種裝置從能量形式看它將化學能變成熱能，再將熱能直接轉化為電能它與普通火力發(fā)電機的主要區(qū)別是：在磁流體發(fā)電機中，高溫高速的帶電流體代替了普通火力發(fā)電機中的電樞繞組和轉動部分磁流體發(fā)電機的構造如下圖所示，由燃燒室、發(fā)電通道及磁體三個主要部件組成，其中發(fā)電通道是磁流體發(fā)電機的核心部件磁流體發(fā)電機的主要特點是：發(fā)電效率高，環(huán)境污染少實際應用時將它作為熱循環(huán)系統(tǒng)的第一級，與普通火力發(fā)電機組成聯(lián)合電站 我們知道

2、，常溫下的氣體是絕緣體，須在6000以上才能電離，這樣的高溫是難以達到的為使氣體在較低溫度下(3000左右)就能電離，可在高溫燃燒的氣體中添加一定比例(1%)的容易電離的低電離電位物質(如鉀、銫等堿金屬化合物)磁流體發(fā)電機燃燒室產生的高溫等離子體經(jīng)噴管提高流速，以高溫高速進入發(fā)電通道，切割磁感線產生電磁感應，并在電極壁的兩極上形成電動勢或者說，離子在洛倫茲力的作用下，不斷奔向兩電極，從而形成電勢差對外供電 因為EBlv，所以P ，由此可知，利用磁流體發(fā)電，只要加快等離子體的噴射速度，增加磁感應強度，就能提高磁流體發(fā)電機的功率 磁流體發(fā)電機產生的是直流電，須經(jīng)逆變換器變換成交流電才能并入電網(wǎng)1磁

3、場變化時會在空間激發(fā)一種電場，如果此時空間存在閉合導體，導體中的自由電荷就會在這種電場的作用下做定向運動，產生感應電流，或者說導體中產生了_在這種情況下，所謂的非靜電力就是這種_對自由電荷的作用2一段導體在做切割磁感線運動時，相當于一個_，這時的非靜電力與_有關1感應電動勢感應電場2電源洛倫茲力 一、感生電動勢 1感應電場 19世紀60年代，英國物理學家麥克斯韋在他的電磁場理論中指出：變化的磁場能在周圍空間激發(fā)電場，我們把這種電場叫感應電場 (1)產生 如右圖所示，當磁場變化時，產生的感應電場的電場線是與磁場方向垂直的曲線如果空間存在閉合導體，導體中的自由電荷就會在電場力作用下定向移動，而產生

4、感應電流，或者說導體中產生了感應電動勢. (2)方向閉合環(huán)形回路(可假定存在)的電流方向就表示感應電場的電場方向感應電場是否存在僅取決于有無變化的磁場，與是否存在導體及是否存在閉合回路無關，盡管如此，我們要判定感應電場的方向還要依據(jù)實際存在的或假定存在的回路結合楞次定律來進行2感生電動勢的產生由感應電場使導體產生的電動勢叫感生電動勢感生電動勢在電路中的作用就是充當電源，其電路就是內電路，當它與外電路連接后就會對外電路供電變化的磁場在閉合導體所在空間產生電場，導體內自由電荷在電場力作用下產生感應電流，或者說導體中產生了感應電動勢由此可見，感生電場就相當于電源內部的所謂的非靜電力，對電荷產生力的作

5、用 如下圖(a)所示，截面積為0.2 m2的100匝圓形線圈A處在變化的磁場中，磁場方向垂直紙面，其磁感應強度B隨時間t的變化規(guī)律如圖(b)所示設向里為B的正方向，線圈A上的箭頭為感應電流I的正方向，R14 ，R26 ，C30 F，線圈內阻不計求電容器充電時的電壓和2 s后電容器放電的電荷量 解析：由題意可知圓形線圈A上產生的感生電動勢En S1000.020.2 V0.4 V，電路中的電流I 0.04 A.電容器充電時的電壓 UCIR20.04 A6 0.24 V，2 s后電容器放電的電荷量 QCUC30106 F0.24 V7.2106 C. 答案：0.24 V7.2106 C變式遷移變式

6、遷移 1某空間出現(xiàn)了如右圖所示的閉合的電場，電場線為一簇閉合曲線，這可能是() A沿AB方向磁場在迅速減弱 B沿AB方向磁場在迅速增加 C沿BA方向磁場在迅速增加 D沿BA方向磁場在迅速減弱解析：根據(jù)電磁感應，閉合回路中的磁通量變化時，使閉合回路中產生感應電流，該電流可用楞次定律判斷根據(jù)麥克斯韋電磁理論，閉合回路中產生感應電流，是因為閉合回路中受到了電場力的作用，而變化的磁場產生電場，與是否存在閉合回路沒有關系，故空間磁場變化產生的電場方向，仍然可用楞次定律判斷，四指環(huán)繞方向即為感應電場的方向，由此可知A、C正確答案：AC 二、動生電動勢 1動生電動勢原因分析 導體在磁場中做切割磁感線運動時，

7、產生動生電動勢，它是由于導體中自由電子受洛倫茲力作用而引起的 如下圖甲所示，一條直導線CD在勻強磁場B中以速度v向右運動，并且導線CD與B、v的方向垂直由于導體中的自由電子隨導體一起以速度v運動，因此每個電子受到的洛倫茲力為FevB.F的方向豎直向下在力F的作用下，自由電子沿導體向下運動，使導體下端出現(xiàn)過剩的負電荷，導體上端出現(xiàn)過剩的正電荷結果使導體上端D的電勢高于下端C的電勢，出現(xiàn)由D指向C的靜電場此電場對電子的作用力F是向上的，與洛倫茲力的方向相反隨著導體兩端正、負電荷的積累，場強不斷增強，當作用在自由電子上的靜電力F與洛倫茲力F互相平衡時，DC兩端便產生了一個穩(wěn)定的電勢差如果用另外的導線

8、把CD兩端連接起來，由于D端電勢比C端高，自由電子在靜電力的作用下將在導線框中沿順時針方向流動，形成逆時針方向的感應電流如圖乙所示電荷的流動使CD兩端積累的電荷減少，洛倫茲力又不斷地使電子從D端運動到C端，從而在CD兩端維持一個穩(wěn)定的電動勢可見，運動的導體CD就是一個電源，D端為正極，C端為負極，自由電子受洛倫茲力的作用，從D端被搬運到C端；也可以看作是正電荷受洛倫茲力的作用從C端搬運到D端這里，洛倫茲力就相當于電源中的非靜電力根據(jù)電動勢的定義，電動勢等于單位正電荷從負極通過電源內部移動到正極非靜電力所做的功作用在單位正電荷上的洛倫茲力F vB于是，動生電動勢就是EFlBlv上式與法拉第電磁感

9、應定律得到的結果一致2動生電動勢與感生電動勢的區(qū)別(1)相當于電源的部分不同由于導體運動而產生電動勢時，運動部分的導體相當于電源，而由于磁場變化產生感應電動勢時，磁場穿過的線圈部分相當于電源(2)的含義不同導體運動產生的電動勢，是由于導體線框本身的面積發(fā)生變化而產生的，所以BS.而感生電動勢，是由于B引起的，所以BS. 如圖甲所示，兩根足夠長的直金屬導軌MN、PQ平行放置在傾角為的絕緣斜面上，兩導軌間距為L，M、P兩點間接有阻值為R的電阻一根質量為m的均勻直金屬桿ab放在兩導軌上，并與導軌垂直整套裝置處于磁感應強度為B的勻強磁場中，磁場方向垂直斜面向下導軌和金屬桿的電阻可忽略讓ab桿沿導軌由靜

10、止開始下滑，導軌和金屬桿接觸良好，不計它們之間的摩擦(1)由b向a方向看到的裝置如圖乙所示，請在此圖中畫出ab桿下滑過程中某時刻的受力示意圖；(2)在加速下滑過程中，當ab桿的速度大小為v時，求此時ab桿中的電流及其加速度的大??；(3)求在下滑過程中，ab桿可以達到的最大速度 答案：(1)重力mg，方向豎直向下；支持力FN，方向垂直斜面向上；安培力F，方向平行斜面向上，如右圖所示變式遷移變式遷移 2如右圖所示，水平地面上方有正交的勻強電場E和勻強磁場B，電場方向豎直向下，磁場方向垂直紙面向外，等腰三角形的金屬框由底邊呈水平位置開始沿豎直平面的電磁場中由靜止開始下落，下落過程中三角形平面始終在豎

11、直平面內，不計阻力，a、b落到地面的次序是() Aa先于b Bb先于a Ca、b同時落地 D無法判斷解析：本題考查由楞次定律判定感應電動勢的方向本題關鍵是用楞次定律判定感應電動勢的方向，并理解感應電動勢的正、負極是聚集著正、負電荷當abc線框下落時，閉合回路中磁通量沒有發(fā)生變化，回路不產生感應電流，但由于各邊都在切割磁感線，所以會產生感應電動勢，根據(jù)楞次定律，可以判定出a點的電勢高，是電源的正極，B點的電勢低，是電源的負極，a點聚集著多余的正電荷，b點聚集著負電荷，a點的正電荷受到的電場力向下，使a點加速度g，b點的負電荷受到的電場力向上，使b點加速度g，故a點先落地故正確答案為A.答案：A三

12、、電磁感應中的能量問題電磁感應現(xiàn)象中總是伴隨著能量的轉化和守恒，當外力克服安培力做多少功時，就有多少其他形式的能轉化為電能；當安培力做多少正功時，就有多少電能轉化為其他形式的能例如，將條形磁鐵插入或拔出閉合的螺線管的相對運動，(阻礙不等于阻止，相對運動繼續(xù)進行)在整個過程中外力克服磁場力做功，把其他形式的能轉化為電能再如導體切割磁感線產生感應電流會受到安培力的作用，安培力的方向與推動導體運動的外力方向是相反的，推動力克服安培力做功，以電流的形式使導線及環(huán)境的溫度升高 如下圖所示，水平放置的平行軌道M、N間接一阻值為R0.128 的電阻，軌道寬為L0.8 m軌道上搭一金屬棒ab，其質量m0.4

13、kg，ab與軌道間動摩擦因數(shù)為0.5，除R外其余電阻不計垂直于軌道面的勻強磁場磁感應強度為B2 T，ab在一電動機牽引下由靜止開始運動，經(jīng)過2 s，ab運動了1.2 m并達到最大速度此過程中電動機平均輸出功率為8 W，最大輸出功率為14.4 W求該過程中電阻R上消耗的電能(取g10 m/s2)變式遷移變式遷移 3如下圖所示，固定的水平放置金屬導軌，間距為L，左端接有阻值為R的電阻，處在方向豎直、磁感應強度為B的勻強磁場中，質量為m的導體棒與固定的彈簧相連，放在導軌上，導軌與導體棒的電阻均可忽略初始時刻，彈簧恰處于自然長度，導體棒具有水平向右的初速度v0.在沿導軌往復運動的過程中，導體棒始終與導

14、軌垂直并保持良好接觸(1)求初始時刻導體棒受到的安培力；(2)若導體棒從初始時刻到速度第一次為零時，彈簧的彈性勢能為Ep，則這一過程中安培力所做的功W1和電阻R上產生的焦耳熱Q1分別為多少？ (3)導體棒往復運動，最終將靜止于何處？從導體棒開始運動直到最終靜止的過程中，電阻R上產生的焦耳熱Q為多少？ 1如下圖所示，金屬桿ab以恒定的速率v在光滑平行導軌上向右滑行，設整個電路中總電阻為R(恒定不變)，整個裝置置于垂直紙面向里的勻強磁場中，下列敘述正確的是() Aab桿中的電流與速率v成正比 B磁場作用于ab桿的安培力與速率v成正比 C電阻R上產生的電熱功率與速率v的平方成正比 D外力對ab桿做功

15、的功率與速率v的平方成正比基礎鞏固基礎鞏固 7(2011年北京海淀)水平面內兩光滑的平行金屬導軌，左端與電阻R相連接，勻強磁場B豎直向下分布在導軌所在的空間內，質量一定的金屬棒垂直于導軌并與導軌接觸良好今對金屬棒施加一個水平向右的外力F，使金屬棒從a位置開始向右做初速度為零的勻加速運動，依次通過位置b和c.若導軌與金屬棒的電阻不計，ab與bc的距離相等，關于金屬棒在運動過程中的有關說法正確的是 () 能力提升能力提升A金屬棒通過b、c兩位置時，電阻R的電功率之比為1 2B金屬棒通過b、c兩位置時，外力F的大小之比為1C從a到b和從b到c的兩個過程中，電阻R上產生的熱量之比為1 1D從a到b和從b到c的兩個過程中，通過金屬棒橫截面的電荷量之比為1 1