45《電磁感應現(xiàn)象的兩類情況》導學案（教師）20111117

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1、 4.5《電磁感應現(xiàn)象的兩類情況》導學教案 審核人： 班級 姓名 編寫人：沈 濱 預習案 【教學目標】 一、知識與技能； 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。 二、過程與方法； 通過探究感生電動勢和動生電動勢產(chǎn)生的原因，培養(yǎng)學生對知識的理解和邏輯推理能力。 三、情感態(tài)度與價值觀； 從電磁感應現(xiàn)象中我們找到產(chǎn)生感生電動勢和動生電

2、動勢的個性與共性問題，培養(yǎng)學生對不同事物進行分析，找出共性與個性的辯證唯物主義思想。 【教學重難點】感生電動勢和動生電動勢產(chǎn)生的原因。 【教材導讀】本節(jié)研究的是電磁感應現(xiàn)象，即從磁場獲得電流的現(xiàn)象，要十分明確怎樣才能從磁場中獲得電流，獲得電流的兩種方式是什么，怎樣判斷感應電流或感應電動勢的方向，在電磁感應現(xiàn)象中發(fā)生電磁感應的那部分導體相當于電源，電路不閉合時可得到電動勢，電路閉合時可得到感應電流，感應電動勢的大小和電流強度的大小可以分別由法拉第電磁感應定律和閉合電路歐姆定律求得。要理解感應電動勢形成的原因。導線切割磁感線形成感應電動勢的情形可由洛倫茲力搬運電荷解釋而變化的磁場產(chǎn)生電場形成感

3、應電動勢，可結(jié)合麥克斯韋電磁理論加以說明，可見本節(jié)與前后兩章的聯(lián)系相當緊密，所涉及的力學訓題，功與能量轉(zhuǎn)化的訓題，電路中的內(nèi)外電路訓題等等也是非常重要的，也要認真的研究和深入的理解。力、電、磁結(jié)合，場路結(jié)合是本章的特點，靈活運用能量守恒定律，將力學中牛頓運動定律、動量關(guān)系，能量關(guān)系及電學中的電功、電功率、閉合電路歐姆定律靜電場中的電容訓題等知識聯(lián)系起來是解答綜合題目的關(guān)鍵，提高分析和綜合能力不僅是解答物理訓題的需要，同時也是學習的目的之一。 【學情分析】今后高考對本專題內(nèi)容的考查可能有如下傾向，一是判斷感應電流的有無、方向及感應電動勢的大小計算仍是高考的重點，但題目可能會變得更加靈活；二是力

4、學和電學知識相結(jié)合且涉及能量轉(zhuǎn)化與守恒的 電磁感應類考題將繼續(xù)扮演具有選拔性功能的 壓軸題。 【預習自測】 1、法拉第電磁感應定律公式 或 。 2、右手定則 。 3、導體切割磁感線的電動勢E=

5、 。 4、英國物理學家麥克斯韋認為：磁場變化會在空間激發(fā)一種電場，叫做 。 【提出困惑】兩種電動勢的區(qū)別和聯(lián)系？ 探究案 B E 在電磁感應現(xiàn)象中，由于引起磁通量的變化的原因不同，感應電動勢產(chǎn)生的機理也不同，本節(jié)課我們就一起來學習感應電動勢產(chǎn)生的機理。 一、感生電動勢和動生電動勢21：世紀教育網(wǎng) 由于引起磁通量的變化的原因不同感應電動勢產(chǎn)生的機理也不同，一般分為兩種： 一種是導體不動，由于磁場變化引起磁通量的變化而產(chǎn)生的電動勢稱作感生電動勢。 一種是磁場不變，導體運動引起的磁通量的變化而產(chǎn)生的感應電動勢，這種電動勢稱作動生電動勢。 二、

6、感生電動勢： ①感應電場： 19世紀60年代，英國物理學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電場。 靜止的電荷激發(fā)的電場叫靜電場，靜電場的電場線是由正電荷發(fā)出，到負電荷終止，電場線不閉合，而感應電場是一種渦旋電場，電場線是封閉的，如圖所示，如果空間存在閉合導體，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。 感應電場是產(chǎn)生感應電流或感應電動勢的原因，感應電場的方向也可以由楞次定律來判斷。感應電流的方向與感應電場的方向相同。 ②感生電動勢： （1）產(chǎn)生：磁場變化時會在空間激發(fā)電場，閉合

7、導體中的自由電子在電場力的作用下定向運動，產(chǎn)生感應電流，即產(chǎn)生了感應電動勢。 （2）定義：由感生電場產(chǎn)生的感應電動勢成為感生電動勢。 （3）感生電場方向判斷：右手螺旋定則。 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A→B方向磁場在迅速減弱 B. 沿A→B方向磁場在迅速增強 C. 沿B→A方向磁場在迅速減弱 D. 沿B→A方向磁場在迅速增強 分析：正確答案：AC；根據(jù)電磁感應，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來判斷，根據(jù)麥克斯韋電磁理論，閉合回路中產(chǎn)生感應電流，使因為閉合回路中受到了電場力的作用

8、，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)生的電場方向，仍可用楞次定律來判斷，四指環(huán)繞方向即感應電場的方向，由此可知AC正確。 ③感生電動勢的產(chǎn)生： 由感應電場使導體產(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是充當電源，其電路是內(nèi)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體所在的空間產(chǎn)生電場，導體內(nèi)自由電荷在電場力作用下產(chǎn)生感應電流，或者說產(chǎn)生感應電動勢。其中感應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。 三、洛倫茲力與動生電動勢： 導體切割磁感線時會產(chǎn)生感應電動勢，該電動勢產(chǎn)生的機理是什么呢？導體切割磁感線產(chǎn)生的感應電

9、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）產(chǎn)生：導體切割磁感線運動產(chǎn)生動生電動勢 （2）大小：E=BLv（B的方向與v的方向垂直） （3）動生電動勢大小的推導： M N a b ab棒處于勻強磁場中，磁感應強度為B，垂直紙面向里，棒沿光滑導軌以速度v勻速向右滑動，已知導軌寬度為L，經(jīng)過時間t由M運動導N，如圖所示， 由法拉第電磁感應定律可得： F’ F洛 D C D C B E= 故動生電動勢大小為E=BLv。 ②動生電動勢原因分析[： 導體在磁場中切割磁感線時，產(chǎn)生動生電動勢，它是由于導體中的自由電子受到洛倫茲力的

10、作用而引起的。 如圖所示，一條直導線CD在云強磁場B中以速度v向右運動，并且導線CD與B、v的方向垂直，由于導體中的自由電子隨導體一起以速度v運動，因此每個電子受到的洛倫茲力為： F洛=Bev F的方向豎直向下，在力F的作用下，自由電子沿導體向下運動，使導體下端出現(xiàn)過剩的負電荷，導體上端出現(xiàn)過剩的正電荷，結(jié)果使導體上端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’的方向向上，與洛倫茲力F方向相反，隨著導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線把CD兩端連接起來，由于

11、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。 可見運動的導體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=

12、BLv 上式與法拉第電磁感應定律得到的結(jié)果一致。 ③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，法拉第電磁感應定律

13、、楞次定律都成立。 四、應用——電子感應加速器 即使沒有導體存在，變化的磁場以在空間激發(fā)渦旋狀的感應電場，電子感應器就是應用了這個原理，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，使兩極間的磁感應強度B往返變化，從而在環(huán)形真空室內(nèi)感應出很強的感應渦旋電場，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。 【當堂檢測】 ①下列說法中正確的是(　　 ) A．感生電場是由變化的磁場產(chǎn)生

14、 B．恒定的磁場也能在周圍空間產(chǎn)生感生電場 C．感生電場的方向也同樣可以用楞次定律和右手定則來判定 D．感生電場的電場線是閉合曲線，其方向一定是沿逆時針方向 解析：選AC.磁場變化時在空間激發(fā)感生電場，其方向與所產(chǎn)生的感應電流方向相同，可由楞次定律和右手定則判斷，A、C項正確． ②關(guān)于電磁感應，下列說法中正確的是 ( ) A．導體相對磁場運動，導體內(nèi)一定會產(chǎn)生感應電流 B．導體作切割磁感線的運動，導體內(nèi)一定會產(chǎn)生感應電流 C．閉合電路在磁場中作切割磁感線運動，電路中一定會產(chǎn)生感應電流 D．穿過閉合電路磁通量發(fā)生變化，電路中一定會產(chǎn)生感應電流 ③如圖所示，一個由導體

15、做成的矩形線圈，以恒定速率v運動，從無場區(qū)進入勻強磁場區(qū)，磁場寬度大于矩形線圈的寬度da，然后出來，若取逆時針方向的電流為正方向，那么在下圖中的哪一個圖能正確地表示回路中電流對時間的函數(shù)關(guān)系(　 　) 解析：選C。.當線圈開始運動，尚未進入磁場區(qū)時，沒有產(chǎn)生感應電流，當ab邊切割磁感線時產(chǎn)生的感應電動勢為定值，因此感應電流也為定值，方向為逆時針(正)．當cd邊進入磁場時，ab和cd邊產(chǎn)生的感應電動勢互相抵消，沒有感應電流，當線圈繼續(xù)運動，在磁場中只有cd邊時，感應電流是順時針(為負)，數(shù)值與前者的等大，cd邊離開磁場后，線圈無感應電流，所以C項才是正確的． ④如圖所示，

16、同一平面內(nèi)的三條平行導線串有兩個電阻R和r，導體棒PQ與三條導線接觸良好；勻強磁場的方向垂直紙面向里．導體棒的電阻可忽略．當導體棒向左滑動時，下列說法正確的是(　　 ) A．流過R的電流為由d到c，流過r的電流為由b到a B．流過R的電流為由c到d，流過r的電流為由b到a C．流過R的電流為由d到c，流過r的電流為由a到b D．流過R的電流為由c到d，流過r的電流為由a到b 解析：選B.依據(jù)右手定則可判斷出導體棒PQ中的電流由P到Q，Q處電勢最高，P處電勢最低，由P到Q電勢依次升高．外電路中的電流方向總是從高電勢流向低電勢處，因此流過R的電流為由c到d，流過r的電流為由b到a，選項B

17、正確． ⑤如左圖所示，兩平行的虛線間的區(qū)域內(nèi)存在著有界勻強磁場，有一較小的三角形線框abc的ab邊與磁場邊界平行，若使此線框向右勻速穿過磁場區(qū)域，運動過程中始終保持速度方向與ab邊垂直．則在右圖中哪一個可以定性地表示線框在進出磁場過程中感應電流隨時間變化的規(guī)律(　 　) 解析：選D.線框在進入磁場過程，磁通量增加，線框切割磁感線的有效長度逐漸減小，感應電流減小，A、B、C錯；線框在穿出磁場過程，磁通量減小，切割磁感線的有效長度也逐漸減小，感應電流反向減小，D正確。 練習案 ①如圖4-5-5所示，一個帶正電的粒子在垂直于勻強磁場的平面內(nèi)做圓

18、周運動，當磁感應強度均勻增大時，此粒子的動能將：（ ） A．不變 B．增加 C．減少 D．以上情況都可能 ②在勻強磁場中，ab、cd兩根導體棒沿兩根導軌分別以速度v1、v2滑動，如圖4-5-6所示， 下列 情況中，能使電容器獲得最多電荷量且左邊極板帶正電的是：（ ） A．v1=v2,方向都向右 B．v1=v2，方向都向左 C．v1>v2,v1向右，v2向左 D．v1>v2,v1向左，v2向右 ③如圖4-5-9所示，在一個光滑

19、金屬框架上垂直放置一根長l=0.4m的金屬棒ab，其電阻r=0.1Ω．框架左端的電阻R=0.4Ω．垂直框面的勻強磁場的磁感強度B=0.1T．當用外力使棒ab以速度v=5m／s右移時，ab棒中產(chǎn)生的感應電動勢ε=_____，通過ab棒的電流I=_____，ab棒兩端的電勢差Uab=______，在電阻R上消耗的功率PR=______，在ab棒上消耗的發(fā)熱功率Pr=______，切割運動中產(chǎn)生的電功率P=______。 6．0.2V，0.4A，0.16V，0.064W，0.016W，0.08W． ④如圖4-5-11所示，面積為0.2m2的100匝線圈處在勻強磁場中，

20、磁場方問垂直于線圈平面，已知磁感應強度隨時間變化的規(guī)律為B=（2+0.2t）T，定值電阻R1=6Ω，線圈電阻R2=4Ω，求： （1）磁通量變化率，回路的感應電動勢； （2）a、b兩點間電壓Uab。 8． 0.04 Wb/s 4V 2.4A ⑤如圖4－5－29所示，導體框放置在垂直于框架平面的勻強磁場中，磁感應強度為0.24 T，框架中的電阻R1＝3 Ω，R2＝2 Ω，其余部分電阻均不計，框架的上下寬度為0.5 m，金屬導體AB與框架接觸良好，當導體AB以5 m/s的速度勻速向右沿著導體框移動時，求： (1)所需外力F多大？ (2)通過R2上

21、的電流I2是多少？方向如何？ 解析：(1)E＝BLv＝0.6 V R＝＝1.2 Ω I＝＝0.5 A[來源:21世紀教育網(wǎng)] F＝BIL＝0.06 N 由于AB勻速運動，受力平衡，所以所需外力為0.06 N. (2)I2＝I＝0.3 A 方向從上向下流過R2. 答案：(1)0.06 N　(2)0.3 A　從上向下 ⑥把總電阻為2R的均勻電阻絲焊接成一半徑為a的圓環(huán)，水平固定在豎直向下的磁感應強度為B的勻強磁場中，如圖4－5－18所示，一長度為2a，電阻等于R，粗細均勻的金屬棒MN放在圓環(huán)上，它與圓環(huán)始終保持良好的接觸，當金屬棒以恒定速度v向右移動經(jīng)過環(huán)心O時，求：

22、 (1)棒上電流的大小和方向及棒兩端的電壓UMN； (2)在圓環(huán)和金屬棒上消耗的總熱功率． 解析：(1)導體棒運動產(chǎn)生電流，它相當于電源，內(nèi)阻為R，電動勢為E＝Blv＝2Bav. 畫出等效電路圖如圖所示，根據(jù)右手定則，金屬棒中電流從N流向M，所以M相當于電源的正極，N相當于電源的負極． 外電路總電阻為R外＝＝R， 根據(jù)閉合電路歐姆定律，棒上電流大小為： I＝＝＝， 棒兩端電壓是路端電壓UMN＝·E＝Bav. (2)圓環(huán)和金屬棒上的總熱功率為： P＝EI＝2Bav·＝. 答案：(1)，從N流向M　Bav　(2) ⑦如圖4－5－30甲所示，截面積為0.2 m2的100匝圓

23、形線圈A處在變化的磁場中，磁場方向垂直紙面，其磁感應強度B隨時間t的變化規(guī)律如圖乙所示．設(shè)向外為B的正方向，線圈A上的箭頭為感應電流I的正方向，R1＝4 Ω，R2＝6 Ω，C＝30 μF，線圈內(nèi)阻不計．求電容器充電時的電壓和2 s后電容器放電的電荷量. 圖4－5－30 解析：由題意可知圓形線圈A上產(chǎn)生的感應電動勢 E＝nS＝100×0.02×0.2 V＝0.4 V 電路中的電流I＝＝＝0.04 A 電容器充電時的電壓UC＝IR2＝0.04 A×6 Ω＝0.24 V 2 s后電容器放電的電荷量Q＝CUC＝30×10－6 F×0.24 V＝7.2×10－6 C. 答案：0.24 V　7.2×10－6 C 【板書設(shè)計】 第五節(jié)：電磁感應定律的應用 一、感生電動勢 （1）產(chǎn)生：磁場變化時會在空間激發(fā)電場，閉合導體中的自由電子在電場力的作用下定向運動，產(chǎn)生感應電流，即產(chǎn)生了感應電動勢。 （2）定義：由感生電場產(chǎn)生的感應電動勢成為感生電動勢。 （3）感生電場方向判斷：右手螺旋定則。 二、動生電動勢 （1）產(chǎn)生：導體切割磁感線運動產(chǎn)生動生電動勢，由于導體中的自由電子受到洛倫茲力的作用而引起的 （2）大?。篍=BLv（B的方向與v的方向垂直） （3）動生電動勢大小的推導 三、感生電動勢的應用：電子感應加速器； 【教學反思】