45《電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況》導(dǎo)學(xué)案（教師）20111117

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1、 4.5《電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況》導(dǎo)學(xué)教案 審核人： 班級 姓名 編寫人：沈 濱 預(yù)習(xí)案 【教學(xué)目標(biāo)】 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(jìn)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(xué)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(yīng)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(xué)生對不同事物進(jìn)行分析，找出共性與個性的辯證唯物主義思想。 【教學(xué)重難點】感生電動勢和動生電動勢產(chǎn)生的原因。 【教材導(dǎo)讀】本節(jié)研究的是電磁感應(yīng)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(yīng)電流或感應(yīng)電動勢的方向，在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中發(fā)生電磁感應(yīng)的那部分導(dǎo)體相當(dāng)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(yīng)電流，感應(yīng)電動勢的大小和電流強(qiáng)度的大小可以分別由法拉第電磁感應(yīng)定律和閉合電路歐姆定律求得。要理解感應(yīng)電動勢形成的原因。導(dǎo)線切割磁感線形成感應(yīng)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(yīng)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(dāng)緊密，所涉及的力學(xué)訓(xùn)題，功與能量轉(zhuǎn)化的訓(xùn)題，電路中的內(nèi)外電路訓(xùn)題等等也是非常重要的，也要認(rèn)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(xué)中牛頓運動定律、動量關(guān)系，能量關(guān)系及電學(xué)中的電功、電功率、閉合電路歐姆定律靜電場中的電容訓(xùn)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(xùn)題的需要，同時也是學(xué)習(xí)的目的之一。 【學(xué)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(yīng)電流的有無、方向及感應(yīng)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(xué)和電學(xué)知識相結(jié)合且涉及能量轉(zhuǎn)化與守恒的 電磁感應(yīng)類考題將繼續(xù)扮演具有選拔性功能的 壓軸題。 【預(yù)習(xí)自測】 1、法拉第電磁感應(yīng)定律公式 或 。 2、右手定則 。 3、導(dǎo)體切割磁感線的電動勢E=

5、 。 4、英國物理學(xué)家麥克斯韋認(rèn)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(yīng)現(xiàn)象中，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(jī)理也不同，本節(jié)課我們就一起來學(xué)習(xí)感應(yīng)電動勢產(chǎn)生的機(jī)理。 一、感生電動勢和動生電動勢21：世紀(jì)教育網(wǎng) 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(jī)理也不同，一般分為兩種： 一種是導(dǎo)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(dǎo)體運動引起的磁通量的變化而產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢，這種電動勢稱作動生電動勢。 二、

6、感生電動勢： ①感應(yīng)電場： 19世紀(jì)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，靜電場的電場線是由正電荷發(fā)出，到負(fù)電荷終止，電場線不閉合，而感應(yīng)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(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)生感應(yīng)電流或感應(yīng)電動勢的原因，感應(yīng)電場的方向也可以由楞次定律來判斷。感應(yīng)電流的方向與感應(yīng)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(dǎo)體中的自由電子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(qiáng) 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(qiáng) 分析：正確答案：AC；根據(jù)電磁感應(yīng)，閉合回路中的磁通量變化時，使閉合回路中產(chǎn)生感應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(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是充當(dāng)電源，其電路是內(nèi)電路，當(dāng)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(dāng)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(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(jī)理是什么呢？導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)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(dǎo)體切割磁感線運動產(chǎn)生動生電動勢 （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(dǎo)： M N a b ab棒處于勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，垂直紙面向里，棒沿光滑導(dǎo)軌以速度v勻速向右滑動，已知導(dǎo)軌寬度為L，經(jīng)過時間t由M運動導(dǎo)N，如圖所示， 由法拉第電磁感應(yīng)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(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

10、作用而引起的。 如圖所示，一條直導(dǎo)線CD在云強(qiáng)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=Bev F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(fù)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’的方向向上，與洛倫茲力F方向相反，隨著導(dǎo)體兩端正負(fù)電荷的積累，電場不斷增強(qiáng)，當(dāng)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

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(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。 可見運動的導(dǎo)體CD就是一個電源，D端是電源的正極，C端是電源的負(fù)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(dāng)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(fù)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(yīng)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(yīng)定律

13、、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(qiáng)大交流電流來勵磁，使兩極間的磁感應(yīng)強(qiáng)度B往返變化，從而在環(huán)形真空室內(nèi)感應(yīng)出很強(qiáng)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。 【當(dāng)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(yīng)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(yīng)，下列說法中正確的是 ( ) A．導(dǎo)體相對磁場運動，導(dǎo)體內(nèi)一定會產(chǎn)生感應(yīng)電流 B．導(dǎo)體作切割磁感線的運動，導(dǎo)體內(nèi)一定會產(chǎn)生感應(yīng)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(yīng)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(yīng)電流 ③如圖所示，一個由導(dǎo)體

15、做成的矩形線圈，以恒定速率v運動，從無場區(qū)進(jìn)入勻強(qiáng)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(dāng)線圈開始運動，尚未進(jìn)入磁場區(qū)時，沒有產(chǎn)生感應(yīng)電流，當(dāng)ab邊切割磁感線時產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為定值，因此感應(yīng)電流也為定值，方向為逆時針(正)．當(dāng)cd邊進(jìn)入磁場時，ab和cd邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢互相抵消，沒有感應(yīng)電流，當(dāng)線圈繼續(xù)運動，在磁場中只有cd邊時，感應(yīng)電流是順時針(為負(fù))，數(shù)值與前者的等大，cd邊離開磁場后，線圈無感應(yīng)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(dǎo)線串有兩個電阻R和r，導(dǎo)體棒PQ與三條導(dǎo)線接觸良好；勻強(qiáng)磁場的方向垂直紙面向里．導(dǎo)體棒的電阻可忽略．當(dāng)導(dǎo)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(dǎo)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(qiáng)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(jìn)出磁場過程中感應(yīng)電流隨時間變化的規(guī)律(　 　) 解析：選D.線框在進(jìn)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(yīng)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(yīng)電流反向減小，D正確。 練習(xí)案 ①如圖4-5-5所示，一個帶正電的粒子在垂直于勻強(qiáng)磁場的平面內(nèi)做圓

18、周運動，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)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(qiáng)磁場中，ab、cd兩根導(dǎo)體棒沿兩根導(dǎo)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(qiáng)磁場的磁感強(qiáng)度B=0.1T．當(dāng)用外力使棒ab以速度v=5m／s右移時，ab棒中產(chǎn)生的感應(yīng)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(qiáng)磁場中，

20、磁場方問垂直于線圈平面，已知磁感應(yīng)強(qiáng)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(yīng)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(dǎo)體框放置在垂直于框架平面的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)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(dǎo)體AB與框架接觸良好，當(dāng)導(dǎo)體AB以5 m/s的速度勻速向右沿著導(dǎo)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(jì)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(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，如圖4－5－18所示，一長度為2a，電阻等于R，粗細(xì)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(dāng)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(dǎo)體棒運動產(chǎn)生電流，它相當(dāng)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(dāng)于電源的正極，N相當(dāng)于電源的負(fù)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(yīng)強(qiáng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)定律的應(yīng)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(dǎo)體中的自由電子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(dǎo)體切割磁感線運動產(chǎn)生動生電動勢，由于導(dǎo)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(dǎo) 三、感生電動勢的應(yīng)用：電子感應(yīng)加速器； 【教學(xué)反思】