電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況教案-

1、學(xué)案5電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況 一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的感生電場(chǎng)英國物理學(xué)家麥克斯韋認(rèn)為,磁場(chǎng)變化時(shí)會(huì)在周圍空間激發(fā)一種電場(chǎng),這種電場(chǎng)與靜電場(chǎng)不同,它不是由電荷產(chǎn)生的,我們把這種電場(chǎng)叫做感生電場(chǎng).如果此刻空間存在閉合導(dǎo)體,導(dǎo)體中的自由電荷就會(huì)在感生電場(chǎng)的作用下做定向運(yùn)動(dòng),產(chǎn)生感應(yīng)電流,或者說導(dǎo)體中產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).在這種情況下,所謂的非靜電力就是感生電場(chǎng)對(duì)自由電荷的作用.二、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的洛倫茲力一段導(dǎo)體在做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí),導(dǎo)體內(nèi)的自由電荷在洛倫茲力的作用下定向運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電流.切割磁感線運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體相當(dāng)于一個(gè)電源,這時(shí)的非靜電力與洛倫茲力有關(guān). 一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的感生電場(chǎng)問題設(shè)計(jì)如圖1所示,B

2、增強(qiáng),那么就會(huì)在B的周圍產(chǎn)生一個(gè)感生電場(chǎng)E.如果E處空間存在閉合導(dǎo)體,導(dǎo)體中的自由電荷就會(huì)在電場(chǎng)力的作用下定向移動(dòng),而產(chǎn)生感應(yīng)電流,或者說導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì). 圖1(1感生電場(chǎng)的方向與感應(yīng)電流的方向有什么關(guān)系?如何判斷感生電場(chǎng)的方向?(2上述情況下,哪種作用扮演了非靜電力的角色?答案(1電流的方向與正電荷移動(dòng)的方向相同.感生電場(chǎng)的方向與正電荷受力的方向相同,因此,感生電場(chǎng)的方向與感應(yīng)電流的方向相同,感生電場(chǎng)的方向也可以用楞次定律判定.(2感生電場(chǎng)對(duì)自由電荷的作用.要點(diǎn)提煉感生電動(dòng)勢(shì)1.定義:由感生電場(chǎng)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)稱為感生電動(dòng)勢(shì).大小:E=n.2.方向判斷:楞次定律和右手螺旋定則.二、電磁

3、感應(yīng)現(xiàn)象中的洛倫茲力問題設(shè)計(jì)如圖2所示,導(dǎo)體棒CD在均勻磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng). 圖2(1自由電荷會(huì)隨著導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng),并因此受到洛倫茲力.導(dǎo)體中自由電荷相對(duì)紙面的運(yùn)動(dòng)在空間大致沿什么方向?為了方便,可以認(rèn)為導(dǎo)體中的自由電荷是正電荷.(2導(dǎo)體棒一直運(yùn)動(dòng)下去,自由電荷是否總會(huì)沿著導(dǎo)體棒一直運(yùn)動(dòng)下去?為什么?(3導(dǎo)體棒的哪端電勢(shì)比較高?如果用導(dǎo)線把C、D兩端連到磁場(chǎng)外的一個(gè)用電器上,導(dǎo)體棒中電流是沿什么方向的?答案(1導(dǎo)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(duì)紙面的運(yùn)動(dòng)是斜向上的.(2自由電荷不會(huì)一直運(yùn)動(dòng)下去.因?yàn)镃、D兩端聚集電荷越來越多,在CD棒間產(chǎn)生

4、的電場(chǎng)越來越強(qiáng),當(dāng)電場(chǎng)力等于洛倫茲力時(shí),自由電荷不再定向運(yùn)動(dòng).(3C端電勢(shì)較高,導(dǎo)體棒中電流是由D指向C的.要點(diǎn)提煉動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)1.產(chǎn)生:導(dǎo)體切割磁感線時(shí),如果磁場(chǎng)不變化,空間就不存在感生電場(chǎng),自由電荷不受電場(chǎng)力的作用,但自由電荷會(huì)隨著導(dǎo)體棒切割磁感線的運(yùn)動(dòng)而受到洛倫茲力,這種情況下產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)稱為動(dòng)生電動(dòng)勢(shì).這時(shí)的非靜電力與洛倫茲力有關(guān).2.大小:E=Bl v(B的方向與v的方向垂直.3.方向判斷:右手定則.三、E=n和E=Bl v的選用技巧要點(diǎn)提煉產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方式有兩個(gè):一是磁場(chǎng)變化引起磁通量變化產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=n,叫感生電動(dòng)勢(shì);另一個(gè)是導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=Bl v,叫

5、動(dòng)生電動(dòng)勢(shì).1.E=n適用于任何情況下平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的求法,當(dāng)t0時(shí),E為瞬時(shí)值.2.E=Bl v是法拉第電磁感應(yīng)定律在導(dǎo)體切割磁感線時(shí)的具體表達(dá)式.(1當(dāng)v為平均速度時(shí),E為平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).(2當(dāng)v為瞬時(shí)速度時(shí),E為瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).3.當(dāng)同時(shí)存在感生電動(dòng)勢(shì)與動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)時(shí),總電動(dòng)勢(shì)等于兩者的代數(shù)和.兩者在方向相同時(shí)相加,方向相反時(shí)相減.(方向相同或相反是指感應(yīng)電流在回路中的方向四、導(dǎo)體棒轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算問題設(shè)計(jì)一長為l的導(dǎo)體棒在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞其一端以角速度在垂直于磁場(chǎng)的平面內(nèi)勻速轉(zhuǎn)動(dòng),求OA兩端產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).答案方法一:利用公式E=n 設(shè)導(dǎo)體棒長為l,繞O點(diǎn)

6、轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為,則在t時(shí)間內(nèi),其掃過的扇形面積S=tl2則由公式得E=Bl2方法二:利用公式E=Bl v如圖所示,O點(diǎn)速度v0=0,A點(diǎn)速度v A=l則由公式E=Bl v,其中v取平均速度,得E=Bl·l=Bl2 一、對(duì)感生電場(chǎng)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(chǎng)線,這可能是( 圖3A.沿AB方向磁場(chǎng)在迅速減弱B.沿AB方向磁場(chǎng)在迅速增強(qiáng)C.沿BA方向磁場(chǎng)在迅速增強(qiáng)D.沿BA方向磁場(chǎng)在迅速減弱解析根據(jù)電磁感應(yīng)定律,閉合回路中的磁通量變化時(shí),使閉合回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流,該電流可用楞次定律判斷.根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論,閉合回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流,是因?yàn)殚]合回路中受到了電場(chǎng)力的作用

7、,而變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng),與是否存在閉合回路沒有關(guān)系,故空間磁場(chǎng)變化產(chǎn)生的電流方向仍然可用楞次定律判斷,四指環(huán)繞方向即為感應(yīng)電流的方向,由此可知A、C兩項(xiàng)正確.答案AC二、動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的理解與應(yīng)用 例2 如圖4所示,水平地面上方有正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)E和勻強(qiáng)磁場(chǎng)B,電場(chǎng)方向豎直向下,磁場(chǎng)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(chǎng)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(jì)阻力,a、b兩點(diǎn)落到地面的順序是( 圖4A.a點(diǎn)先落地B.b點(diǎn)先落地C.a、b兩點(diǎn)同時(shí)落地D.無法判定解析本題關(guān)鍵是用楞次定律判定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向,并理解感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的正、負(fù)極聚集著正、負(fù)電荷

8、.當(dāng)三角形abc金屬框下落時(shí),閉合回路中磁通量沒有發(fā)生變化,回路不產(chǎn)生感應(yīng)電流,但由于各邊都在切割磁感線,所以會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),根據(jù)楞次定律,可以判定a點(diǎn)的電勢(shì)高,是電源的正極,b點(diǎn)的電勢(shì)低,是電源的負(fù)極,a點(diǎn)聚集著正電荷,b點(diǎn)聚集著負(fù)電荷,a點(diǎn)的正電荷受到的電場(chǎng)力向下,使a點(diǎn)加快運(yùn)動(dòng),b點(diǎn)的負(fù)電荷受到的電場(chǎng)力向上,使b點(diǎn)減緩運(yùn)動(dòng),故a點(diǎn)先落地.正確選項(xiàng)為A.答案A三、E=n和E=Bl v的選用技巧 例3 如圖5所示,導(dǎo)軌OM和ON都在紙面內(nèi),導(dǎo)體AB可在導(dǎo)軌上無摩擦滑動(dòng),若AB以5 m/s的速度從O點(diǎn)開始沿導(dǎo)軌勻速右滑,導(dǎo)體與導(dǎo)軌都足夠長,它們每米長度的電阻都是0.2 ,磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0

9、.2 T.問:圖5 (13 s末夾在導(dǎo)軌間的導(dǎo)體長度是多少？此時(shí)導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的感 應(yīng)電動(dòng)勢(shì)多大？回路中的電流為多少？ (23 s內(nèi)回路中的磁通量變化了多少？此過程中的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為多 少？ 解析(1夾在導(dǎo)軌間的部分導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)才是電路中的 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 3 s末，夾在導(dǎo)軌間導(dǎo)體的長度為： lvt·tan 30°5×3×tan 30° m5 m 此時(shí)：EBlv0.2×5×5 V5 V 電路電阻為R(15510×0.2 8.196 所以I1.06 A. (23 s內(nèi)回路中磁通量的變化量BS00.2××15×5 Wb Wb 3 s內(nèi)電路產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：E V V. 答案(15 m5 V1.06 A (2 Wb V 四、導(dǎo)體棒轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算 例4 長為l的金屬棒ab以a點(diǎn)為軸在垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的平面內(nèi)以角速度做 勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖6所示，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.求： 圖6 (1ab棒的平均速率 (2ab兩端的電勢(shì)差