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电磁感应现象中,感应电动势分为动生电动势和感生电动势两种,产生感应电动势的那部分导体就相当于“电源”,在“电源”内部非静电力做功将其它形式的能转化为电能.(1)利用图甲
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电磁感应现象中,感应电动势分为动生电动势和感生电动势两种,产生感应电动势的那部分导体就相当于“电源”,在“电源”内部非静电力做功将其它形式的能转化为电能.
(1)利用图甲所示的电路可以产生动生电动势,设匀强磁场的磁感应强度为B,导体棒ab的长度为L,在外力作用下以速度v水平向右匀速运动,请从法拉第电磁感应定律出发推出动生电动势E的表达式;
(2)磁场变化时会在空间激发感生电场,该电场与静电场不同,其电场线是一系列同心圆,如图乙中的虚线所示,如果此刻空间存在导体,就会在导体中产生感应电流.如图丙所示,一半径为r,单位长度电阻为R0的金属导体环垂直磁场方向放置在竖直向上的匀强磁场中,当磁场均匀增强时,导体环中产生的感应电流为I,请你判断导体环中感应电流的方向(俯视)并求出磁感应强度随时间的变化率
;
(3)请指出在(1)(2)两种情况下,“电源”内部的非静电力分别是哪一种作用力,并分析说明在感生电场中能否像静电场一样建立“电势”的概念.
(1)利用图甲所示的电路可以产生动生电动势,设匀强磁场的磁感应强度为B,导体棒ab的长度为L,在外力作用下以速度v水平向右匀速运动,请从法拉第电磁感应定律出发推出动生电动势E的表达式;
(2)磁场变化时会在空间激发感生电场,该电场与静电场不同,其电场线是一系列同心圆,如图乙中的虚线所示,如果此刻空间存在导体,就会在导体中产生感应电流.如图丙所示,一半径为r,单位长度电阻为R0的金属导体环垂直磁场方向放置在竖直向上的匀强磁场中,当磁场均匀增强时,导体环中产生的感应电流为I,请你判断导体环中感应电流的方向(俯视)并求出磁感应强度随时间的变化率
△B |
△t |
(3)请指出在(1)(2)两种情况下,“电源”内部的非静电力分别是哪一种作用力,并分析说明在感生电场中能否像静电场一样建立“电势”的概念.
▼优质解答
答案和解析
(1)设棒的速度为v,经过时间△t,切割的磁通量为:
△Φ=BLx=BLv•△t,
根据法拉第电磁感应定律,有:E=
=
=BLv;
(2)磁场均匀增强,磁通量增加,根据楞次定律,感应电流的磁场方向向下,再根据安培定则,感应电流俯视顺时针;
导体环中产生的感应电流为I,半径为r,单位长度电阻为R0,故感应电动势为:
E=IR=I(2πr•R0);
根据法拉第电磁感应定律,有:
E=
=
;
联立解得:
=
;
(3)情况一是洛仑兹力充当非静电力;
情况二是电场力充当非静电力;
由于感生电场的电场线是闭合曲线,而沿着电场线电势降低,故无法比较各个点的电势的高低,故不能像静电场一样建立“电势”的概念;
答:(1)利从法拉第电磁感应定律出发推出动生电动势E的表达式为E=BLv;
(2)导体环中感应电流的方向(俯视)为顺时针方向,磁感应强度随时间的变化率
为
;
(3)请指出在(1)(2)两种情况下,“电源”内部的非静电力分别是洛仑兹力、电场力,在感生电场中不能像静电场一样建立“电势”的概念.
△Φ=BLx=BLv•△t,
根据法拉第电磁感应定律,有:E=
△Φ |
△t |
BLv•△t |
△t |
(2)磁场均匀增强,磁通量增加,根据楞次定律,感应电流的磁场方向向下,再根据安培定则,感应电流俯视顺时针;
导体环中产生的感应电流为I,半径为r,单位长度电阻为R0,故感应电动势为:
E=IR=I(2πr•R0);
根据法拉第电磁感应定律,有:
E=
△Φ |
△t |
△B•πr2 |
△t |
联立解得:
△B |
△t |
IR0 |
r |
(3)情况一是洛仑兹力充当非静电力;
情况二是电场力充当非静电力;
由于感生电场的电场线是闭合曲线,而沿着电场线电势降低,故无法比较各个点的电势的高低,故不能像静电场一样建立“电势”的概念;
答:(1)利从法拉第电磁感应定律出发推出动生电动势E的表达式为E=BLv;
(2)导体环中感应电流的方向(俯视)为顺时针方向,磁感应强度随时间的变化率
△B |
△t |
IR0 |
r |
(3)请指出在(1)(2)两种情况下,“电源”内部的非静电力分别是洛仑兹力、电场力,在感生电场中不能像静电场一样建立“电势”的概念.
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