電磁感應(yīng)8226磁場(chǎng)、電磁感應(yīng)階段復(fù)習(xí)課1

1、電磁感應(yīng)磁場(chǎng)、電磁感應(yīng)階段復(fù)習(xí)課教學(xué)目標(biāo)1在物理知識(shí)方面要求.(1) 通過復(fù)習(xí)掌握本單元中的電磁現(xiàn)象. 電流周圍存在磁場(chǎng); 磁場(chǎng)對(duì)電流(運(yùn)動(dòng)電荷)的作用; 電磁感應(yīng).(2) 通過復(fù)習(xí)理解以上電磁規(guī)律的物理含義.2結(jié)合本單元的復(fù)習(xí)，教給學(xué)生歸納、總結(jié)知識(shí)的能力.3在復(fù)習(xí)鞏固的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力；提高學(xué)生高度概括、靈活運(yùn)用的能力.二、重點(diǎn)、難點(diǎn)分析1重點(diǎn)是對(duì)基本概念（如磁通量、磁通量變化量、磁通量變化率 t）的加深理解；磁場(chǎng)對(duì)電流（運(yùn)動(dòng)電荷）的作用和對(duì)法拉第電磁感應(yīng)定律的理解 和運(yùn)用.2難點(diǎn)是法拉第電磁感應(yīng)定律的綜合運(yùn)用和楞次定律的運(yùn)用.三、教具投影片.四、主要教學(xué)過程（一）

2、電磁現(xiàn)象基本設(shè)計(jì)思想:師生討論、歸納總結(jié)出電磁現(xiàn)象.提問：在磁場(chǎng)、電磁感應(yīng)中，我們學(xué)習(xí)了哪些電磁現(xiàn)象?學(xué)生回憶：聯(lián)想后可能回答:1電流（運(yùn)動(dòng)電荷）周圍存在磁場(chǎng);2磁場(chǎng)對(duì)電流（運(yùn)動(dòng)電荷）存在力的作用;3.電磁感應(yīng).根據(jù)學(xué)生回答，列成表格形式，進(jìn)一步提問這些現(xiàn)象的規(guī)律以及應(yīng)用等內(nèi)容.然后，逐項(xiàng)填入相應(yīng)位置，從而整理成系統(tǒng)化知識(shí)內(nèi)容.打出投影片.(二) 應(yīng)注意的幾個(gè)問題1磁通量、磁通量的變化量及磁通量的變化率.(1)磁通量=BS丄(S丄是S在垂直于B的平面上的投影)，可以用穿過面的磁感線數(shù)表示。 磁通量的變化量= 2-1.磁通量變化包括：磁感應(yīng)強(qiáng)度B變化，面積S變化，S與B的夾角變化.(3) 磁通量

3、的變化率/ t，表示磁通量變化的快慢.注意：在閉合電路中是否產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)，不是取決于有無(wú)磁通量，而是取決 于有無(wú)磁通量的變化.感生電動(dòng)勢(shì)的大小不是取決于磁通量的變化量而是取決于磁 通量的變化率.£ =/ t .、/ t的物理意義不同.2.導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的情況.(1)平動(dòng).在圖1A .、B.中,兩個(gè)導(dǎo)體產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)的數(shù)學(xué)表達(dá)式相同即£=BLv.XXXX冥XXX戈XXXX氷f/! XXTJ-/141L<IL冥XXXXx冥XXXXXXXXXXsXXX0 AXXXXXX轉(zhuǎn)動(dòng).直導(dǎo)體繞固定軸.如圖2所示，導(dǎo)線OMN在與磁場(chǎng)方向垂直的平面內(nèi)，以角速度3在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中

4、沿逆時(shí)針方向繞 O點(diǎn)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B,方向垂直指向紙里， MN的電動(dòng)勢(shì) 多大?由于MN上各點(diǎn)的切割速度不等， 應(yīng)當(dāng)用MN上各點(diǎn)的平均速度也就是 MN中點(diǎn)的 速度進(jìn)行計(jì)算.設(shè) OM=1, ON=2,則£冋二L期陽(yáng)二尙F(xiàn)）仝尹矩形線圈繞固定軸.iE11如圖3所示，邊長(zhǎng)分別為 Li、L2的矩形線圍繞 0。軸在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中以角速度3 勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,方向與紙面平行向左， 求感生電動(dòng)勢(shì).如果從圖中所示位置開始計(jì)時(shí)，感生電動(dòng)勢(shì)為£ =2BL2Vsifi9=BS“命t當(dāng)t=0時(shí)，線圈平面與磁場(chǎng)平行， 磁通量最小，min=0 ,感生電動(dòng)勢(shì)£最大.£ m

5、aX=BS3.jrSt=T/4,= ,線圈平面與磁場(chǎng)垂直，磁逋量最大.max=BL L2=BS.感生電動(dòng)勢(shì)£最小.£ min = 0 .（三）解決磁場(chǎng)和電磁感應(yīng)問題的基本思路與方法1基本思路.(1)研究磁場(chǎng)中的力學(xué)問題，仍按力學(xué)中的方法分析，在分析力時(shí)要考慮到磁場(chǎng)力.這對(duì)于研究導(dǎo)體受力、 運(yùn)動(dòng)電荷受力問題特別重要. 要記住洛侖茲力的性質(zhì):洛侖茲力永遠(yuǎn)與 v垂直，永遠(yuǎn)不做功.(2)研究電磁現(xiàn)象，應(yīng)根據(jù)電流周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)，電流在磁場(chǎng)中受力的規(guī)律，閉合電路中磁通量變化產(chǎn)生感生電流，對(duì)問題全面加以分析解決.在這當(dāng)中，還要重視物理狀態(tài)的確定與過程的分析.這一點(diǎn)對(duì)于存在著幾種能量互相轉(zhuǎn)化

6、的物理問題非常重要.2.典型問題分析.XXB1XX 甲E嚴(yán)艮X XX X X XXXXX 5S： XN 気 X XX X|>CXX XI X XX X XXX X kX/x X 況 I X X X XX X X X 乙圖4例1 投影片.甲、乙兩個(gè)完全相同的帶電粒子，以相同的動(dòng)能在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 運(yùn)動(dòng).甲從Bi區(qū)域運(yùn)動(dòng)到B2區(qū)域，且B2> Bi；乙在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，且在 t時(shí)間內(nèi)，該磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度從 B1增大為B2,如圖4所示.則當(dāng)磁場(chǎng)為B2時(shí)， 甲、乙二粒子動(dòng)能的變化情況A都保持不變B.甲不變，乙增大甲不變，乙減小D.甲增大，乙不變E.甲減小，乙不變X首先組織學(xué)生分析討論，

7、同學(xué)可能提出各種各樣解答，這時(shí)教師應(yīng)及時(shí)歸納、 引導(dǎo).由于本題所提供的兩種情境，都是B2> Bi,研究的也是同一種粒子的運(yùn)動(dòng)對(duì)此，可能有人根據(jù)“洛侖茲力”不做功，而斷定答案“A”正確.其實(shí)，正確答案應(yīng)該是“ B”.這是因?yàn)椋杭琢Ｗ訌?B區(qū)域進(jìn)入E2區(qū)域，唯一 變化的是，根據(jù)f=qvB，粒子受到的洛侖茲力發(fā)生了變化.由于洛侖茲力不做功, 故v大小不變，因而由R=mv/Bq,知其回轉(zhuǎn)半徑發(fā)生了變化， 其動(dòng)能不會(huì)發(fā)生變化.乙粒子則不然，由于磁場(chǎng)從Bi變化到B,根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論，變化的磁場(chǎng)將產(chǎn) 生電場(chǎng)，結(jié)合楞次定律可知，電場(chǎng)力方向與粒子運(yùn)動(dòng)方向一致，電場(chǎng)力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷 做正功，因而乙粒子的動(dòng)

8、能將增大.E,方向例2 如圖5,在勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)共存的區(qū)域內(nèi)，電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)為豎直向下，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,方向垂直紙面向里.一質(zhì)量為m的帶電質(zhì)點(diǎn),沿場(chǎng)區(qū)內(nèi)的一豎直圓周勻速運(yùn)動(dòng),則可判知該帶電質(zhì)點(diǎn)A-帶有電量為學(xué)的負(fù)電EB.沿圓周順時(shí)針運(yùn)動(dòng)C運(yùn)功的角速度為學(xué)D.運(yùn)動(dòng)的速率為半E帶電質(zhì)點(diǎn)在電場(chǎng)力 F、重力G和洛侖茲力f作用下沿豎直圓周勻速運(yùn)動(dòng)，由產(chǎn)生勻速圓周運(yùn)動(dòng)的條件分析判知，只有電場(chǎng)力F與重力G相平衡;僅由洛侖茲力f提供向心力，f的方向始終與質(zhì)點(diǎn)速度 v的方向垂直，f的大小Bqv保持不變，才能實(shí)現(xiàn)帶電質(zhì)點(diǎn)沿豎直圓周做勻速圓周運(yùn)動(dòng).根據(jù)這一分析:從電場(chǎng)力應(yīng)與重力相平衡可判知，帶電質(zhì)點(diǎn)受到電場(chǎng)力

9、的方向應(yīng)豎直向上，與 重力方向相反，為此質(zhì)點(diǎn)應(yīng)帶負(fù)電.再由電場(chǎng)力的大小應(yīng)與重力大小相竽，即qE = mg,從中可求出質(zhì)點(diǎn)帶有的電量q =罟從應(yīng)由洛侖茲力提供向心力可判知，帶電質(zhì)點(diǎn)受到的洛侖茲力應(yīng)沿半徑指向圓 心，為此由左手定則可知，帶電質(zhì)點(diǎn)沿圓周順時(shí)針運(yùn)動(dòng)，再由洛侖茲力公式和向心 力公式有BqRo =mRo 2,從中可求出帶電質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的角速度。=學(xué).由于不知道豎直圓周的半徑, E電質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速率.綜上可知，選項(xiàng) A B C正確.故不能求出帶（方向豎直向上）和勻強(qiáng)磁場(chǎng)（方向垂直指向紙外），有甲、乙兩個(gè)帶電顆粒，甲帶正電,電量大小為qi.例3 投影片如圖6所示，在真空中同時(shí)存在著勻強(qiáng)電場(chǎng)恰好平衡靜

10、止于 A點(diǎn)；乙也帶正電，電量大小為q2，正在過A點(diǎn)的豎直平面內(nèi)做半 徑為ri的勻速圓周運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)中乙和甲發(fā)生碰撞并粘在一起，試分析它們以后的運(yùn) 動(dòng).* -Jt.J4/riV4£E先給出一定時(shí)間，讓同學(xué)分析思考提出各種可能方案有同學(xué)會(huì)提出：條件 不夠，無(wú)法討論.m,乙的質(zhì)量為m.可以指出，沒有給出的條件可以假定.如假定甲的質(zhì)量為 電場(chǎng)強(qiáng)度為E,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.碰撞前乙的速度為 Vi,碰撞后共同的速度為V2.提問：碰撞前甲、乙各受幾個(gè)力.它們之間有什么關(guān)系?引導(dǎo)回答：甲不動(dòng)，它受到重力mg,電場(chǎng)力qiE,這兩個(gè)力平衡.乙受到三個(gè) 力，重力m2g,電場(chǎng)力q2E,洛侖茲力q2ViB.因?yàn)橐易鰟?/p>

11、速圓周運(yùn)動(dòng)，它所受的重力 和電場(chǎng)力也必須平衡.使乙做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的力是洛侖茲力.進(jìn)一步提問：碰撞后，甲和乙粘在一起，它們受幾個(gè)力，這些力之間有什么關(guān) 系.引導(dǎo)回答：受到三個(gè)力.總重力(mi+m)g，總電場(chǎng)力(q i+q2)E和洛侖茲力(qi +q2)V2B.總重力與總電場(chǎng)力仍舊平衡,所以甲和乙仍在洛侖茲力的作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng).甲、乙碰撞時(shí)滿足動(dòng)量守恒定律.然后讓同學(xué)列出方程求解.碰撞前，乙應(yīng)滿足:qivB =碰撞時(shí)，根據(jù)動(dòng)量守恒.mvi = (mi + mi)V2,碰撞后，甲乙應(yīng)滿足仙七亦屏二3必d由式、式、式解得Qa耳=1通過這題的分析，使學(xué)生感到在條件不夠時(shí)，可以自己先做一些假定，按物理

12、 過程的先后順序加以分析求解.適當(dāng)歸納，提岀新的問題，例姒 處式E =BW與£ =N曲意義與區(qū)別.通過實(shí)例來進(jìn)一步說明兩者意義上的異同.'XI X 亠r* II V 汎Ie H'X 1/圈T例4將邊長(zhǎng)為I、總匝數(shù)為N的正方形閉合導(dǎo)線框，以速度v勻速地推入勻 強(qiáng)磁場(chǎng)B中，并以v繼續(xù)在磁場(chǎng)中勻速運(yùn)動(dòng)，如圖 7所示.試回答:(1)導(dǎo)線框在勻速進(jìn)入磁場(chǎng)的過程中，感生電動(dòng)勢(shì)為多大?(2)導(dǎo)線框在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繼續(xù)以速度v運(yùn)動(dòng)時(shí)，感生電動(dòng)勢(shì)多大?分析與解；(1)線框進(jìn)入“磁場(chǎng)過程中的感生電動(dòng)勢(shì)，可應(yīng)用兩個(gè)公式計(jì)算，結(jié) 果一樣:= NBlv.(2)但當(dāng)線框在磁場(chǎng)中勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)導(dǎo)體做

13、切割磁感線運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)的規(guī)律，應(yīng)有£ =Blv ; 而根11公式£ =N右，0磁通量不變，W =0-£ =0.這兩種結(jié)果究竟哪一個(gè)正確呢?判斷的依據(jù)只有一個(gè)，就是任何電動(dòng)勢(shì)都應(yīng)當(dāng)是即任何電動(dòng)勢(shì)都等于非靜力移動(dòng)單位電荷所做的功.只要W非工0,就有£工0.當(dāng)導(dǎo)線框進(jìn)入磁場(chǎng)過程中，機(jī)械能通過洛侖茲力作用（導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)形成電勢(shì)差）而轉(zhuǎn)換為時(shí)，其內(nèi)部自由電子即受洛侖茲力作用而向?qū)w的一端移動(dòng),電荷的電勢(shì)能.這一電勢(shì)能在導(dǎo)線框進(jìn)入磁場(chǎng)后，只要線框繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，它就一直存在，因此，導(dǎo)線框在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)的感生電動(dòng)勢(shì)應(yīng)為£=Blv .而升=0的意義，

14、在于繞電路一周感生電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和為零.這是由于導(dǎo)線框在磁場(chǎng)中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，其左右兩邊都產(chǎn)生相等的 感生電動(dòng)勢(shì).這樣，從電路中任一點(diǎn)出發(fā)，繞行電路一周重新返回那一點(diǎn)時(shí)，其感 生電動(dòng)勢(shì)之和為零.A叫單脫據(jù)而斷定亍也為零.本題問的是感拄母1勢(shì)為多少，即是（為多少，因此，不能簡(jiǎn) q歸納本題，然后提出電磁感應(yīng)過程常常伴隨其它形式能量的轉(zhuǎn)化.投影片.如圖8所示，兩金屬桿ab和cd長(zhǎng)均為I，電阻均為R,質(zhì)量分別為 M 和m M> m.用兩根質(zhì)量和電阻均可忽略的不可伸長(zhǎng)的柔軟導(dǎo)線將它們連成閉合回 路，并懸掛在水平、光滑、不導(dǎo)電的圓棒兩側(cè).兩金屬桿都處在水平位置.整個(gè)裝 置處在一與回路平面相垂直的勻

15、5d區(qū)1 3強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為 Ba.若金屬桿ab正好勻速向下運(yùn)動(dòng)，求運(yùn)動(dòng)的速度.首先讓同學(xué)認(rèn)真看一下本題.然后讓三個(gè)同學(xué)到黑板上做此題，其余在原位做題.教師巡回檢查，啟發(fā)指導(dǎo).最后，可將有代表性的方法歸納.解法（一）:設(shè)磁場(chǎng)方向垂直紙面向里.分別選取ab、cd為研究對(duì)象.設(shè)ab向下、ca向上勻速運(yùn)動(dòng)速度大小為V,它們均切割磁感線，將都產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，據(jù)電磁感應(yīng)定律，應(yīng)有:ab產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，£ i=BIv .cd產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，£2=BIv .據(jù)右手定則，回路中電流方向由af bf df c,電流大小據(jù)閉合電路歐姆定律應(yīng)為:E 1 + £ 2 2Blv Bl

16、vI =一2農(nóng) R據(jù)左手定則，ab受安培力向上，cd受安培力向下，大小均為:ab勻速向下時(shí)平衡條件為:T+ F安 =Mg.cd勻速向上時(shí)平衡條件為:T=F安 +mg.式中T代表導(dǎo)線對(duì)金屬桿的拉力.由得：2F安=(M-m)g.V(M - m)gR年=2E屮，解法(二):把a(bǔ)b、cd柔軟導(dǎo)線視為一個(gè)整體作為研究對(duì)象，因?yàn)镸> m所以 整體動(dòng)力為(M-m)g.ab向下、cd向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，穿過閉合回路的磁通量減小，據(jù)電磁感應(yīng)定律產(chǎn)生感 應(yīng)電流.據(jù)楞次定律知，I感的磁場(chǎng)要阻礙原磁場(chǎng)的磁通量變化，即阻礙 ab向下,cd向上運(yùn)動(dòng)，即F安為阻力.整體受的動(dòng)力與安培力滿足平衡條件，即= 2 -歸上，則可解得

17、誡口上結(jié)果- K解法（三）：把整個(gè)回路視為一整體作研究對(duì)象.因其速度大小不變，故動(dòng)能不變.ab向下、cd向上運(yùn)動(dòng)過程中，因 Mg>mg系統(tǒng)的重力勢(shì)能減少，將轉(zhuǎn)化為回路的電能.據(jù)能量轉(zhuǎn)化守恒定律，重力的機(jī)械功率（單位時(shí)間系統(tǒng)減少的重力勢(shì)能 ）要等于電功率（單位時(shí)間轉(zhuǎn)化回路的電能）.所以有S Mgv-mgv =二-纟胖，同樣可解得勵(lì)上值.說明：由以上三種思路解法可看出,由于這道力電磁綜合題，屬多對(duì)象問題,可取用“隔離法”研究解決，如解法（一）；也可如解法（二）、（三）那樣取用“整體法”研究解決.特別是由能量觀點(diǎn)出發(fā)的解法（三），明顯簡(jiǎn)便.對(duì)于有靈活解題思 路問題，能選用簡(jiǎn)捷思路，必然要求對(duì)所

18、學(xué)知識(shí)有全面、深刻、融會(huì)貫通的認(rèn)識(shí)掌 握，并須較高的思維能力.由于本題未明確磁場(chǎng)方向，前面解題設(shè)為進(jìn)紙面，若設(shè)為出紙面，據(jù)右手定則, 判定I感，方向?qū)⑹窍喾捶较?，但用左手定則判定 F安方向仍對(duì)ab、cd的運(yùn)動(dòng)屬阻力.故 兩種磁場(chǎng)方向，解題結(jié)果一樣.投影片.如圖9所示，金屬棒a從高h(yuǎn)處以速度V0沿光滑弧形平行金屬軌道下B,在滑，進(jìn)入軌道的水平部分以后，在自上而下的強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為軌道的水平部分原來靜止地放著另一根金屬棒b,已知m ： m=5 : 4,試問:(1)當(dāng)a棒進(jìn)入磁場(chǎng)后做什么運(yùn)動(dòng)?b棒做什么運(yùn)動(dòng)?(2)如果兩棒始終沒有相碰，求a和b的最大速度.在整個(gè)過程中，回路中消耗的電能是多少?由于本題涉及知識(shí)面較寬，運(yùn)動(dòng)過程相對(duì)來講，也較復(fù)雜.因此，應(yīng)采取逐步 分析法.給學(xué)生一定的思考問題的時(shí)間，必要時(shí)做啟發(fā).引導(dǎo)學(xué)生分析：(1)a棒進(jìn)入磁場(chǎng)后切割磁感線產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)和感生電流.提