第5節(jié)：電磁感應(yīng)規(guī)律的應(yīng)用學(xué)案

1、第五節(jié)：電磁感應(yīng)規(guī)律的應(yīng)用學(xué)案【學(xué)習(xí)目標】（1）、了解感生電動勢和動生電動勢的概念及不同。2）、了解感生電動勢和動生電動勢產(chǎn)生的原因。（3）、能用動生電動勢和感生電動勢的公式進行分析和計算。 【學(xué)習(xí)重點】感生電動勢和動生電動勢?！緦W(xué)習(xí)難點】感生電動勢和動生電動勢產(chǎn)生的原因?！緦W(xué)習(xí)方法】類比法、練習(xí)法【學(xué)習(xí)過程】一、溫故知新：1、法拉第電磁感應(yīng)定律的內(nèi)容是什么？數(shù)學(xué)表達式是什么？2、導(dǎo)體在磁場中切割磁感線產(chǎn)生的電動勢與什么因素有關(guān)，表達式是什么，它成立的條 件又是什么？二、學(xué)習(xí)新課（一）、感生電動勢和動生電動勢由于引起磁通量的變化的原因不同感應(yīng)電動勢產(chǎn)生的機理也不同，一般分為兩種：一種是不變，導(dǎo)

2、體運動引起的磁通量的變化而產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢，這種電動勢稱作，另外一種是 不動，由于磁場變化引起磁通量的變化而產(chǎn)生的電動勢稱作。1、感應(yīng)電場E19世紀60年代，英國物理學(xué)家麥克斯韋在他的電磁場理論 中指出，變化的磁場會在周圍空間激發(fā)一種電場，我們把這種電場叫做感應(yīng)電場。靜止的電荷激發(fā)的電場叫 ，靜電場的電場線是由發(fā)出，到 終止，電場線 閉合，而感應(yīng)電場是一種渦旋電場，電場線是 的，如圖所示，如果空間存在閉合導(dǎo)體，導(dǎo)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(yīng)電流，或者說導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。感應(yīng)電場是產(chǎn)生或的原因，感應(yīng)電場的方向也可以由來判斷。感應(yīng)電流的方向與感應(yīng)電場的方向 。2、感

3、生電動勢（1） 產(chǎn)生：磁場變化時會在空間激發(fā) ，閉合導(dǎo)體中的 在電場力的作用下定向運動，產(chǎn)生感應(yīng)電流，即產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢。（2） 定義：由感生電場產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢成為 。（3） 感生電場方向判斷：定則。)例題，在空間出現(xiàn)如圖所示的閉合電場，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方向磁場在迅速增強C. 沿BA方向磁場在迅速減弱B磁通量的變化情況D. 沿BA方向磁場在迅速增強總結(jié)：已知感應(yīng)電場方向求原磁通量的變化情況的基本思路是：?感應(yīng)電場的方向有 感應(yīng)磁場的方向 斗? ?3、感生電動勢的產(chǎn)生由感應(yīng)電場使導(dǎo)體產(chǎn)生的電動勢叫做感生電動勢，感生電動勢在電路中的作用就

4、是充 當，其電路是 電路，當它和外電路連接后就會對外電路供電。變化的磁場在閉合導(dǎo)體所在的空間產(chǎn)生電場，導(dǎo)體內(nèi)自由電荷在電場力作用下產(chǎn)生感應(yīng)電流，或者說產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。 其中感應(yīng)電場就相當于電源內(nèi)部所謂的非靜電力，對電荷產(chǎn)生作用。例如磁場變化時產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為E(二) 、洛倫茲力與動生電動勢 導(dǎo)體切割磁感線時會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，該電動勢產(chǎn)生的機理是什么呢？導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢與哪些因素有關(guān)?它是如何將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的?1、動生電動勢(1)(2)(3)產(chǎn)生：大小：E=動生電動勢大小的推導(dǎo):_運動產(chǎn)生動生電動勢 (B的方向與v的方向aXX 1iXXX1 X iNXXMX2、動生電動

5、勢原因分析導(dǎo)體在磁場中切割磁感線時，產(chǎn)生 動生電動勢，它是由于導(dǎo)體中的自由電 子受到洛倫茲力的作用而引起的。XXXXXFX X卄丈洛XDXXXX XXXXX 孑X JB XX X XX XCXXXC如圖所示，一條直導(dǎo)線CD在云強 磁場B中以速度v向右運動，并且導(dǎo)線 CD與B、v的方向垂直，由于導(dǎo)體中的 自由電子隨導(dǎo)體一起以速度 v 運動，因此每個電子受到的洛倫茲力為：F 洛 =BevF的方向豎直向下，在力 F的作用下，自由電子沿導(dǎo)體向下運動，使導(dǎo)體下端出現(xiàn)過剩 的負電荷，導(dǎo)體上端出現(xiàn)過剩的正電荷，結(jié)果使導(dǎo)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，此電場對電子的靜電力F的

6、方向向上，與洛倫茲力 F方向相反，隨著導(dǎo)體兩端正負電荷的積累， 電場不斷增強， 當作用在自由電子上的靜電力與電子受到的 洛倫茲力相平衡時， DC 兩端產(chǎn)生一個穩(wěn)定的電勢差如果用另外的導(dǎo)線把 CD 兩端連接起來， 由于D段的電勢比C段的電勢高，自由電子在靜電力的作用下將在導(dǎo)線框中沿順時針流動， 形成逆時針方向的電流， 如圖乙所示，電荷的流動使 CD 兩端積累的電荷不斷減少，洛倫茲 力又不斷使自由電子從 D端運動到C端從而在CD兩端維持一個穩(wěn)定的電動勢?？梢娺\動的導(dǎo)體 CD 就是一個電源， D 端是電源的正極， C 端是電源的負極，自由電子 受洛倫茲力的用，從 D端搬運到C端，也可以看做是正電荷受

7、洛倫茲力作用從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(nèi)部移動到電源的正極非靜電力所做的功，作用在單位電荷上的洛倫茲力為：F=F 洛/e=Bv于是動生電動勢就是：E=FL=BLv 上式與法拉第電磁感應(yīng)定律得到的結(jié)果一致。（三）、動生電動勢和感生電動勢具有相對性動生電動勢和感生電動勢的劃分，在某些情況下只有相對意義，如本章開始的實驗 中，將條形磁鐵插入線圈中，如果在相對于磁鐵靜止的參考系觀察，磁鐵不動，空間各點的 磁場也沒有發(fā)生變化，而線圈在運動，線圈中的電動勢是動生的； 但是，如果在相對于線圈 靜止的參考系內(nèi)觀察，則看

8、到磁鐵在運動，引起空間磁場發(fā)生變化，因而，線圈中的電動勢是感生的， 在這種情況下， 究竟把電動勢看作動生的還是感生的， 決定于觀察者所在的參考 系，然而， 并不是在任何情況下都能通過轉(zhuǎn)換參考系把一種電動勢歸結(jié)為另一種電動勢，不管是哪一種電動勢，法拉第電磁感應(yīng)定律、楞次定律都成立。（四）應(yīng)用電子感應(yīng)加速器即使沒有導(dǎo)體存在，變化的磁場以在空間激發(fā)渦旋狀的感應(yīng)電場，電子感應(yīng)器就是應(yīng) 用了這個原理， 電子加速器是加速電子的裝置， 他的主要部分如圖所示， 畫斜線的部分為電 磁鐵兩極， 在其間隙安放一個環(huán)形真空室， 電磁鐵用頻率為每秒數(shù)十周的強大交流電流來勵 磁，使兩極間的磁感應(yīng)強度 B 往返變化，從而在環(huán)形真空室內(nèi)感應(yīng)出很強的感應(yīng)渦旋電場， 用電子槍將電子注入喚醒真空室， 他們在渦旋電場的作用下被加速， 同時在磁場里受到洛倫 茲力的作用，沿圓規(guī)道運動。如何使電子維持在恒定半徑為 R 的圓規(guī)道上加速， 這對磁場沿徑向分布有一定的要求， 設(shè)電子軌道出的磁場為 B，電子做圓周運動時所受的向心力為洛倫茲力，因此：2eBv=mv /Rmv=ReB也就是說，只要