高中物理 第4章 电磁感应 5 电磁感应现象的两类情况同步备课课件 新人教版选修

第四章 电磁感应 5 电磁感应现象的两类情况 学习目标 1.知道感生电动势产生的原因，会判断感生电动势的方向，并会计算 它的大小. 2.了解动生电动势产生的原因，会判断动生电动势的方向，并会计算 它的大小. 3.知道公式En 与EBlv的区别和联系 内容索引 知识探究题型探究达标检测 知识探究 1 (1)感生电场的方向与感应电流的方向有什么关系 ？如何判断感生电场的方向？ 一、电磁感应现象中的感生电场 导学探究 如图1所示，B增强，那么就会在空间激发一个感生电 场E.如果E处空间存在闭合导体，导体中的自由电荷就 会在电场力的作用下定向移动，而产生感应电流 图1 感应电流的方向与正电荷移动的方向相同感生电场的方向与正电荷受 力的方向相同，因此，感生电场的方向与感应电流的方向相同，感生电 场的方向可以用楞次定律判定 答案 (2)上述情况下，哪种作用扮演了非静电力的角色？ 感生电场对自由电荷的作用 答案 知识梳理 感生电动势的产生： (1)由 产生的电动势叫感生电动势 (2)感生电动势大小： . (3)方向判断：由 和 判定 感生电场 楞次定律右手螺旋定则 判断下列说法的正误 (1)感生电场线是闭合的( ) (2)只要磁场变化，即使没有电路，在空间也将产生感生电场( ) (3)处于变化磁场中的导体，其内部自由电荷定向移动，是由于受到感 生电场的作用( ) 即学即用 二、电磁感应现象中的洛伦兹力 如图2所示，导体棒CD在匀强磁场中运动 (1)自由电荷会随着导体棒运动，并因此受到洛伦兹力 导体棒中的自由电荷受到的洛伦兹力方向如何？(为了方 便，可以认为导体中的自由电荷是正电荷) 导学探究 图2 答案 导体中自由电荷(正电荷)具有水平方向的速度，由左手 定则可判断自由电荷受到沿棒向上的洛伦兹力作用 (2)若导体棒一直运动下去，自由电荷是否总会沿着导体棒一直运动下去 ？为什么？ 答案 自由电荷不会一直运动下去因为C、D两端聚集电荷越来越多，在CD 棒间产生的电场越来越强，当电场力等于洛伦兹力时，自由电荷不再定 向运动 (3)导体棒哪端电势比较高？如果用导线把C、D两端连到磁场外的一个 用电器上，导体棒中电流是沿什么方向的？ 答案 C端电势较高，导体棒中电流是由D指向C的 动生电动势的产生： (1)由于 产生的电动势叫动生电动势 (2)动生电动势大小： (B的方向与v的方向垂直) (3)方向判断： 定则 导体运动 知识梳理 EBlv 右手 判断下列说法的正误 (1)导体内自由电荷受洛伦兹力作用是产生动生电动势的原因( ) (2)导体切割磁感线运动时，导体内的自由电荷受到的洛伦兹力方向沿导 体棒的方向( ) (3)导体切割磁感线运动时，导体内的自由电荷受到的洛伦兹力对电荷做 正功( ) (4)只要导体在磁场中运动，导体两端就会产生动生电动势( ) 即学即用 2 题型探究 一、对感生电场的理解 1.变化的磁场周围产生感生电场，与闭合电路是否存在无关.如果在变化 磁场中放一个闭合电路，自由电荷在感生电场的作用下发生定向移动. 2.感生电场可用电场线形象描述.感生电场是一种涡旋电场，电场线是闭 合的；而静电场的电场线不闭合. 例1 (多选)某空间出现了如图3所示的一组闭合的电场 线，这可能是 A.沿AB方向磁场在迅速减弱 B.沿AB方向磁场在迅速增强 C.沿BA方向磁场在迅速增强 D.沿BA方向磁场在迅速减弱 答案 图3 闭合回路(可假定其存在)的感应电流方向就表示感生电场的方向.判断思 路如下： 技巧点拨 假设存在垂直磁场方向的环形回路回路中的磁通量的变化 楞次定律 安培定则 回路中感应电流的方向 感生电场方向 二、动生电动势的理解与应用 例2 如图4所示，边长为L的正方形线圈与匀强磁 场垂直，磁感应强度为B.当线圈按图示方向以速度 v垂直B运动时，下列判断正确的是 A.线圈中无电流，abcd B.线圈中无电流，abdc C.线圈中有电流，abcd D.线圈中有电流，abdc 图4 答案解析 线圈在运动过程中，穿过线圈的磁通量不变，所以在线圈中不会产生感 应电流，C、D错误.导线两端有电势差，根据右手定则，可知B正确. 三、En 和EBlv的比较应用 EnEBlv 区 别 研究 对象 整个闭合回路回路中做切割磁感线运动的那部分导体 适用 范围 各种电磁感应现象只适用于导体垂直切割磁感线运动的情况 计算 结果 t内的平均感应电动势某一时刻的瞬时感应电动势 联系 EBlv是由En 在一定条件下推导出来的，该公式可看做法 拉第电磁感应定律的一个推论 例3如图5所示，导轨OM和ON都在纸面内，导 体AB可在导轨上无摩擦滑动，若AB以5 m/s的速度 从O点开始沿导轨匀速右滑，导体与导轨都足够长 ，磁场的磁感应强度为0.2 T.问： (1)3 s末夹在导轨间的导体长度是多少？此时导体 切割磁感线产生的感应电动势多大？ 图5 答案解析 夹在导轨间的部分导体切割磁感线产生的电动势才是电路中的感应电动 势. 3 s末，夹在导轨间导体的长度为： lvttan 3053tan 30m5 m (2)3 s内回路中的磁通量变化了多少？ 此过程中的平均感应电动势为多少？ 答案 解析 3 s内回路中磁通量的变化量BS00.2 155 Wb Wb 3 s内电路产生的平均感应电动势为： 四、导体棒转动切割磁感线产生感应电动势的计算 例4 长为l的金属棒ab以a点为轴在垂直于匀强磁 场的平面内以角速度做匀速转动，如图6所示， 磁感应强度为B.求： (1)ab棒的平均速率； 答案 解析 图6 (2)ab两端的电势差； 答案 解析 (3)经时间t金属棒ab所扫过面积中磁通量为 多少？此过程中平均感应电动势多大？ 答案 解析 经时间t金属棒ab所扫过的扇形面积为S，则： 由法拉第电磁感应定律得： 导体转动切割磁感线： 当导体棒在垂直于磁场的平面内，其一端固定，以角速度匀速转动时 ，产生的感应电动势为 ，如图7所示. 总结提升 图7 若圆盘在磁场中以绕圆心匀速转动时，如图8所示，相当于无数根“辐 条”转动切割，它们之间相当于电源的并联结构，圆盘上的感应电动势 仍为 . 图8 达标检测 3 1.如图9所示，在一水平光滑绝缘塑料板上有一环形凹槽，有一质量为m 、电荷量为q的带正电小球，在槽内沿顺时针方向做匀速圆周运动，现 加一竖直向上的均匀变化的匀强磁场，则 A.小球速度变大 B.小球速度变小 C.小球速度不变 D.小球速度可能变大也可能变小 答案解析 磁场的变化使空间产生感生电场，但没有说明是变大还是变小，所以产 生的感生电场可能与小球运动方向相同也可能相反，D项正确. 图9 123 2.如图10，直角三角形金属框abc放置在匀强磁场中 ，磁感应强度大小为B，方向平行于ab边向上.当金 属框绕ab边以角速度逆时针转动时，a、b、c三点 的电势分别为a、b、c.已知bc边的长度为l.下列判 断正确的是 A.ac，金属框中无电流 B.bc，金属框中电流方向沿abca C.bc Bl2，金属框中无电流 D.bc Bl2，金属框中电流方向沿acba 答案解析 图10 123 金属框abc平面与磁场平行，转动过程中磁通量始终为零，所以无感应 电流产生，选项B、D错误. 转动过程中bc边和ac边均切割磁感线，产生感应电动势，由右手定则判 断ac，bc，选项A错误. 由转动切割产生感应电动势的公式得Ubc Bl2，选项C正确. 123 3.(多选) 如图11所示，三角形金属导轨EOF上放有一 金属杆AB，在外力作用下，使AB保持与OF垂直，从O 点开始以速度v匀速右移，该导轨与金属杆均为粗细相 同的同种金属制成，则下列判断正确的是 A.电路中