電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況教案

1、學(xué)習(xí)必備歡迎下載學(xué)案 5電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況學(xué)習(xí)目標(biāo)定位 1. 了解感生電場，知道感生電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的原因會(huì)判斷感生電動(dòng)勢(shì)的方向，并會(huì)計(jì)算它的大小 .2.了解動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生以及與洛倫茲力的關(guān)系會(huì)判斷動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的方向，并會(huì)計(jì)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(yīng)用兩個(gè)公式求解感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的感生電場英國物理學(xué)家麥克斯韋認(rèn)為，磁場變化時(shí)會(huì)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(dǎo)體，導(dǎo)體中的自由電荷就會(huì)在感生電場的作用下做定向運(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

2、情況下，所謂的非靜電力就是感生電場對(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)象中的感生電場問題設(shè)計(jì) 如圖 1 所示， B 增強(qiáng)， 那么就會(huì)在B 的周圍產(chǎn)生一個(gè)感生電場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)學(xué)習(xí)必備歡迎下載圖 1(1) 感生電場的方向與感應(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(dòng)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(yīng)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(duì)自由電荷的作用要點(diǎn)提煉 感生電動(dòng)勢(shì)1定義：由感生電場產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)稱為感生電動(dòng)勢(shì)大?。篍 nt .2方向判斷：楞次定律和右手螺旋定則二、電磁感應(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學(xué)習(xí)必備歡迎下載(2) 導(dǎo)體棒一直運(yùn)動(dòng)下去，自由電荷是否總會(huì)沿

4、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)生的電場越來越強(qiáng)，當(dāng)電場力等于洛倫茲力時(shí)，自由電荷不再定向運(yùn)動(dòng)(3) C 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(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?。?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(diǎn)提煉 E n產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方式有兩個(gè)：一是磁場變化引起磁通量變化產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)t ，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)t 0 時(shí)， E 為瞬時(shí)值t2 E Blv 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)

6、 當(dāng) v 為瞬時(shí)速度時(shí)，E 為瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)學(xué)習(xí)必備歡迎下載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(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 ntl，繞 O 點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為，則在 t 時(shí)間內(nèi)，其掃過的扇形面積S12則由公式得 E設(shè)導(dǎo)體棒長為2 tlBS 12tBl2方法二：利用公式E Bl v如圖所示， O 點(diǎn)速度 v0 0， A

7、點(diǎn)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(duì)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(xué)習(xí)必備歡迎下載B 沿 AB 方向磁場在迅速增強(qiáng)C沿 BA 方向磁場在迅速增強(qiáng)D沿 BA 方向磁場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(guān)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(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E 和勻強(qiáng)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(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

9、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)的正電荷受到學(xué)習(xí)必備歡迎下載的電場力向下，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 nt 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AB 0.2以 5 m/s，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.2 T

10、問：圖 5(1)3 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？(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(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：l vt·tan 30 °5× 3× tan 30m° 53 m此時(shí)： 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(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：E t 3V2 3V.學(xué)習(xí)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(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 以所示，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.求：a 點(diǎn)為軸在垂直于勻強(qiáng)磁場的平面內(nèi)以角速度做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖6圖 6(1) ab 棒的平均速率(2) ab 兩端的電勢(shì)差(3) 經(jīng)時(shí)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(yīng)電動(dòng)勢(shì)多大？v a vb0