電磁感應現(xiàn)象的兩類情況教案

1、學習必備歡迎下載學案 5電磁感應現(xiàn)象的兩類情況學習目標定位 1. 了解感生電場，知道感生電動勢產(chǎn)生的原因會判斷感生電動勢的方向，并會計算它的大小 .2.了解動生電動勢的產(chǎn)生以及與洛倫茲力的關系會判斷動生電動勢的方向，并會計算它的大小 .3.知道公式E nt 與 E Blv 的區(qū)別和聯(lián)系，能夠應用兩個公式求解感應電動勢一、電磁感應現(xiàn)象中的感生電場英國物理學家麥克斯韋認為，磁場變化時會在周圍空間激發(fā)一種電場，這種電場與靜電場不同，它不是由電荷產(chǎn)生的，我們把這種電場叫做感生電場如果此刻空間存在閉合導體，導體中的自由電荷就會在感生電場的作用下做定向運動，產(chǎn)生感應電流，或者說導體中產(chǎn)生了感應電動勢在這種

2、情況下，所謂的非靜電力就是感生電場對自由電荷的作用二、電磁感應現(xiàn)象中的洛倫茲力一段導體在做切割磁感線運動時，導體內(nèi)的自由電荷在洛倫茲力的作用下定向運動產(chǎn)生感應電流切割磁感線運動的導體相當于一個電源，這時的非靜電力與洛倫茲力有關一、電磁感應現(xiàn)象中的感生電場問題設計 如圖 1 所示， B 增強， 那么就會在B 的周圍產(chǎn)生一個感生電場E.如果 E 處空間存在閉合導體，導體中的自由電荷就會在電場力的作用下定向移動，而產(chǎn)生感應電流，或者說導體中產(chǎn)生感應電動勢學習必備歡迎下載圖 1(1) 感生電場的方向與感應電流的方向有什么關系？如何判斷感生電場的方向？(2) 上述情況下，哪種作用扮演了非靜電力的角色？答

3、案(1)電流的方向與正電荷移動的方向相同感生電場的方向與正電荷受力的方向相同，因此，感生電場的方向與感應電流的方向相同，感生電場的方向也可以用楞次定律判定(2) 感生電場對自由電荷的作用要點提煉 感生電動勢1定義：由感生電場產(chǎn)生的感應電動勢稱為感生電動勢大?。篍 nt .2方向判斷：楞次定律和右手螺旋定則二、電磁感應現(xiàn)象中的洛倫茲力問題設計 如圖 2 所示，導體棒CD 在均勻磁場中運動圖 2(1) 自由電荷會隨著導體棒運動，并因此受到洛倫茲力導體中自由電荷相對紙面的運動在空間大致沿什么方向？為了方便，可以認為導體中的自由電荷是正電荷學習必備歡迎下載(2) 導體棒一直運動下去，自由電荷是否總會沿

4、著導體棒一直運動下去？為什么？(3) 導體棒的哪端電勢比較高？如果用導線把 C、 D 兩端連到磁場外的一個用電器上，導體棒中電流是沿什么方向的？答案 (1)導體中自由電荷 (正電荷 )具有水平方向的速度，由左手定則可判斷自由電荷受到沿棒向上的洛倫茲力作用，其相對紙面的運動是斜向上的(2) 自由電荷不會一直運動下去因為C、 D 兩端聚集電荷越來越多，在CD 棒間產(chǎn)生的電場越來越強，當電場力等于洛倫茲力時，自由電荷不再定向運動(3) C 端電勢較高，導體棒中電流是由D 指向 C 的要點提煉 動生電動勢1產(chǎn)生：導體切割磁感線時，如果磁場不變化，空間就不存在感生電場，自由電荷不受電場力的作用，但自由電

5、荷會隨著導體棒切割磁感線的運動而受到洛倫茲力，這種情況下產(chǎn)生的電動勢稱為動生電動勢這時的非靜電力與洛倫茲力有關2大?。?E Blv(B 的方向與 v 的方向垂直 )3方向判斷：右手定則三、 E n t 和 E Bl v 的選用技巧要點提煉 E n產(chǎn)生感應電動勢的方式有兩個：一是磁場變化引起磁通量變化產(chǎn)生感應電動勢t ，叫感生電動勢；另一個是導體切割磁感線運動產(chǎn)生感應電動勢E Bl v，叫動生電動勢1 E n適用于任何情況下平均感應電動勢的求法，當t 0 時， E 為瞬時值t2 E Blv 是法拉第電磁感應定律在導體切割磁感線時的具體表達式(1) 當 v 為平均速度時，E 為平均感應電動勢(2)

6、 當 v 為瞬時速度時，E 為瞬時感應電動勢學習必備歡迎下載3當同時存在感生電動勢與動生電動勢時，總電動勢等于兩者的代數(shù)和兩者在方向相同時相加，方向相反時相減(方向相同或相反是指感應電流在回路中的方向)四、導體棒轉(zhuǎn)動切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢的計算問題設計 一長為 l 的導體棒在磁感應強度為B 的勻強磁場中繞其一端以角速度在垂直于磁場的平面內(nèi)勻速轉(zhuǎn)動，求 OA 兩端產(chǎn)生的感應電動勢答案方法一：利用公式 E ntl，繞 O 點轉(zhuǎn)動角速度為，則在 t 時間內(nèi)，其掃過的扇形面積S12則由公式得 E設導體棒長為2 tlBS 12tBl2方法二：利用公式E Bl v如圖所示， O 點速度 v0 0， A

7、點速度 v A l則由公式E Bl v，其中v 取平均速度，得112E Bl ·lBl22一、對感生電場的理解例 1某空間出現(xiàn)了如圖3 所示的一組閉合的電場線，這可能是()圖 3A 沿 AB 方向磁場在迅速減弱學習必備歡迎下載B 沿 AB 方向磁場在迅速增強C沿 BA 方向磁場在迅速增強D沿 BA 方向磁場在迅速減弱解析根據(jù)電磁感應定律，閉合回路中的磁通量變化時，使閉合回路中產(chǎn)生感應電流，該電流可用楞次定律判斷根據(jù)麥克斯韋電磁場理論，閉合回路中產(chǎn)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(chǎn)生電場，與是否存在閉合回路沒有關系，故空間磁場變化產(chǎn)生的電流方向仍然可用楞次定

8、律判斷，四指環(huán)繞方向即為感應電流的方向，由此可知A、 C 兩項正確答案AC二、動生電動勢的理解與應用例 2如圖 4 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由靜止開始下降，下落過程中三角形平面始終在豎直平面內(nèi)，不計阻力，a、 b 兩點落到地面的順序是 ()圖 4A a 點先落地B b 點先落地C a、 b 兩點同時落地D無法判定解析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、負極聚集著正、負電荷當三角形abc 金屬框下落時，閉合回路中磁通量沒有發(fā)生變化，回路不產(chǎn)生感

9、應電流，但由于各邊都在切割磁感線，所以會產(chǎn)生感應電動勢，根據(jù)楞次定律，可以判定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 點聚集著正電荷，b 點聚集著負電荷，a 點的正電荷受到學習必備歡迎下載的電場力向下，使a 點加快運動，b 點的負電荷受到的電場力向上，使b 點減緩運動，故a 點先落地正確選項為A.答案A三、 E nt 和E Bl v的選用技巧例 3 如圖 5 所示，導軌 OM 和 ON 都在紙面內(nèi)，導體 AB 可在導軌上無摩擦滑動，若的速度從 O 點開始沿導軌勻速右滑，導體與導軌都足夠長，它們每米長度的電阻都是AB 0.2以 5 m/s，磁場的磁感應強度為0.2 T

10、問：圖 5(1)3 s 末夾在導軌間的導體長度是多少？此時導體切割磁感線產(chǎn)生的感應電動勢多大？回路中的電流為多少？(2)3 s 內(nèi)回路中的磁通量變化了多少？此過程中的平均感應電動勢為多少？解析(1)夾在導軌間的部分導體切割磁感線產(chǎn)生的電動勢才是電路中的感應電動勢3 s 末，夾在導軌間導體的長度為：l vt·tan 30 °5× 3× tan 30m° 53 m此時： E Blv 0.2× 53× 5 V 53 V電路電阻為 R (15 5 3 103)× 0.2 8.196所以 I E 1.06 A.R(2)3 s

11、 內(nèi)回路中磁通量的變化量 BS 0 0.2×1× 15× 53 Wb15 3Wb22153253 s 內(nèi)電路產(chǎn)生的平均感應電動勢為：E t 3V2 3V.學習必備歡迎下載答案(1)53 m 5 3 V 1.06 A1535(2) 2 Wb 2 3 V四、導體棒轉(zhuǎn)動切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢的計算例 4長為 l 的金屬棒ab 以所示，磁感應強度為B.求：a 點為軸在垂直于勻強磁場的平面內(nèi)以角速度做勻速轉(zhuǎn)動，如圖6圖 6(1) ab 棒的平均速率(2) ab 兩端的電勢差(3) 經(jīng)時間 t 金屬棒 ab 所掃過面積中磁通量為多少？此過程中平均感應電動勢多大？v a vb0