高中物理 4.6 电磁感应现象的两类情况学案 新人教版选修32.doc

电磁感应现象的两类情况目标定位1.知道感生电动势的产生以及与感生电场的联系，会判断感生电动势的方向并计算其大小.2.知道动生电动势的产生以及与洛伦兹力的关系，会判断动生电动势的方向并计算其大小.3.进一步掌握en及eblv的区别和联系，会求转动切割时感应电动势的大小.4.求电磁感应中的电荷量问题一、电磁感应现象中的感生电场1感生电场：磁场变化时在空间激发的一种电场2感生电动势：由感生电场产生的感应电动势3感生电动势中的非静电力：就是感生电场对自由电荷的作用想一想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？答案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和右手定则判定二、电磁感应现象中的洛伦兹力1成因：导体棒做切割磁感线运动时，导体棒中的自由电荷随棒一起定向运动，并因此受到洛伦兹力2动生电动势：由于导体运动而产生的感应电动势3动生电动势中的非静电力：与洛伦兹力有关想一想2.动生电动势的产生与洛伦兹力有关，洛伦兹力做功吗？答案洛伦兹力不做功，外力通过克服洛伦兹力做功，又经过洛伦兹力对电荷做功，将其他形式的能转化为电能，洛伦兹力起到了桥梁和纽带的作用一、感生电场问题分析1感生电动势图1(1)电场线：如图1所示，当磁场变化时，产生的感生电场的电场线是与磁场方向垂直的闭合曲线，感生电场是一种涡旋电场(2)如果空间存在闭合导体，导体中的自由电荷就会在感生电场的作用下做定向运动，产生感应电流，或者说导体中产生了感应电动势2感生电场的方向(1)判断：假定存在闭合环形回路，回路中感应电流的方向就表示感生电场的方向，判定方向要依据实际存在的或假定存在的回路结合楞次定律和右手定则来进行(2)决定因素：感生电场是否存在仅取决于有无变化的磁场，与是否存在导体及是否存在闭合回路无关例1如图2所示，内壁光滑、水平放置的玻璃圆环内，有一直径略小于圆环直径的带正电的小球，以速率v0沿逆时针方向匀速转动(俯视)，若在此空间突然加上方向竖直向上、磁感应强度b随时间成正比例增加的变化磁场若运动过程中小球带电荷量不变，那么()图2a小球对玻璃圆环的压力一定不断增大b小球所受的磁场力一定不断增大c小球先沿逆时针方向减速运动，过一段时间后沿顺时针方向加速运动d磁场力对小球一直不做功解析当磁场增强时，会产生顺时针方向的涡旋电场，电场力先对小球做负功使其速度减为零，后对小球做正功使其沿顺时针做加速运动，所以c正确；磁场力始终与小球运动方向垂直，因此始终对小球不做功，d正确；小球在水平面内沿半径方向受两个力作用：环的挤压力fn和磁场的洛伦兹力f，这两个力的合力充当小球做圆周运动的向心力，其中fqvb，磁场在增强，球速先减小后增大，所以洛伦兹力不一定总在增大，故b错；向心力f向m，其大小随速度先减小后增大，因此挤压力fn也不一定始终增大，故a错，正确答案为c、d.答案cd二、感生电动势与动生电动势的区别感生电动势动生电动势产生原因磁场的变化导体切割磁感线移动电荷的非静电力感生电场对自由电荷的电场力导体中自由电荷所受洛伦兹力沿导体方向的分力回路中相当于电源的部分处于变化磁场中的线圈部分做切割磁感线运动的导体方向判断楞次定律右手定则大小计算方法eneblvsin vb时，eblv例2如图3所示，可绕固定轴oo转动的正方形线框的边长为l，不计摩擦和 空气阻力，线框从水平位置由静止释放，到达竖直位置所用的时间为t，ab边的速度为v，设线框始终处在竖直向下、磁感应强度为b的匀强磁场中，试求：图3(1)这个过程中回路中的感应电动势；(2)到达竖直位置时回路中的感应电动势解析(1)线框从水平位置到达竖直位置的过程中回路中的感应电动势e.(2)线框到达竖直位置时回路中的感应电动势eblv.答案(1)(2)blv三、电磁感应中的转动切割问题如图4所示，长为l的金属棒ab，绕b端在垂直于匀强磁场的平面内以角速度匀速转动，磁感应强度为b，ab棒所产生的感应电动势ebl2.图4例3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5所示，磁感应强度为b，求：图5(1)ab棒各点的平均速率；(2)ab两端的电势差；(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？解析(1)ab棒中点的速率l(2)ab两端的电势差：eblbl2(3)经时间t金属棒ab所扫过的扇形面积为s，则：sl2l2t，bsbl2t.由法拉第电磁感应定律得：ebl2.答案(1)l(2)bl2(3)bl2tbl2四、电磁感应中的电荷量问题设感应电动势的平均值为，则在t时间内：n，又qt，所以qn.其中对应某过程磁通量的变化，r为回路的总电阻，n为电路中线圈的匝数注意：求解电路中通过的电荷量时，一定要用平均感应电动势和平均感应电流计算例4如图6甲所示，有一面积为s100 cm2的金属环，电阻为r0.1 ，环中磁场的变化规律如图乙所示，且磁场方向垂直纸面向里，在12 s时间内，通过金属环的电荷量是多少？图6解析由法拉第电磁感应定律知金属环中产生的平均感应电动势n，由闭合电路欧姆定律知金属环中的感应电流为.通过金属环截面的电荷量qt c0.01 c.答案0.01 c针对训练图7如图7所示，将直径为d，电阻为r的闭合金属环从匀强磁场b中拉出，求这一过程中：(1)磁通量的改变量；(2)通过金属环某一截面的电荷量答案(1)(2)解析(1)由已知条件得金属环的面积s2，磁通量的改变量bs.(2)由法拉第电磁感应定律，又因为，qt，所以q.感生电场问题1.如图8所示，内壁光滑的塑料管弯成的圆环平放在水平桌面上，环内有一带负电的小球，整个装置处于竖直向下的磁场中，当磁场突然增强时，小球将()图8a沿顺时针方向运动b沿逆时针方向运动c在原位置附近往复运动d仍然保持静止状态答案a解析当磁场增强时，由楞次定律知感应电流沿逆时针方向，即感生电场沿逆时针方向，带负电的小球在电场力作用下沿顺时针方向运动en及eblv的比较应用2如图9所示，一导线弯成半径为a的半圆形闭合回路虚线mn右侧有磁感应强度为b的匀强磁场，方向垂直于回路所在的平面回路以速度v向右匀速进入磁场，直径cd始终与mn垂直从d点到达边界开始到c点进入磁场为止，下列结论正确的是()图9a感应电流方向不变bcd段直导线始终不受安培力c感应电动势最大值embavd感应电动势平均值bav答案acd解析导体切割磁感线产生感应电动势，由右手定则可知，感应电流方向不变，a正确；感应电动势最大值即切割磁感线等效长度最大时的电动势，故embav，c正确；，ba2，t，由上式得bav，d正确电磁感应中的转动切割问题3如图10所示，一个半径为r的铜盘，在磁感应强度为b的匀强磁场中以角速度绕中心轴oo匀速转动，磁场方向与盘面垂直，在盘的中心轴与边缘处分别安装电刷设整个回路电阻为r，当铜盘匀速转动角速度为时，通过电阻的电流为_图10答案解析当铜盘匀速转动时，产生的感应电动势相当于一根导体棒绕其一个端点在磁场中做切割磁感线的圆周运动，产生的电动势为ebr2所以通过电阻的电流为.电磁感应中的电荷量计算4.物理实验中，常用一种叫做“冲击电流计”的仪器测定通过电路的电荷量如图11所示，探测线圈与冲击电流计串联后可用来测定磁场的磁感应强度已知线圈的匝数为n，面积为s，线圈与冲击电流计组成的回路电阻为r.若将线圈放在被测匀强磁场中，开始时线圈平面与磁场垂直，现把探测线圈翻转180，冲击电流计测出通过线圈的电荷量为q，由上述数据可测出被测磁场的磁感应强度为()图11a. b.c. d.答案c解析qtttnn，所以b.(时间：60分钟)题组一感生电场和感生电动势1如图1所示，一个闭合电路静止于磁场中，由于磁场强弱的变化，而使电路中产生了感应电动势，下列说法中正确的是()图1a磁场变化时，会在空间激发一个电场b使电荷定向移动形成电流的力是磁场力c使电荷定向移动形成电流的力是电场力d以上说法都不对答案ac解析磁场变化时，会在空间产生感生电场，感生电场的电场力使电荷定向移动形成电流，故a、c正确2下列说法中正确的是()a感生电场是由变化的磁场产生b恒定的磁场也能在周围空间产生感生电场c感生电场的方向也同样可以用楞次定律和右手螺旋定则来判定d感生电场的电场线是闭合曲线，其方向一定是沿逆时针方向答案ac解析磁场变化时在空间激发感生电场，其方向与所产生的感应电流方向相同，可由楞次定律和右手螺旋定则判断，a、c项正确3.如图2所示，一个带正电的粒子在垂直于匀强磁场的平面内做圆周运动，当磁感应强度均匀增大时，此粒子的动能将()图2a不变b增大c减少d以上情况都有可能答案b解析当垂直纸面向里的磁场均匀增强时，产生逆时针的涡旋电场，带正电的粒子将受到这个电场对它的电场力作用，而使动能增加，故b正确4如图3甲所示，面积为s1 m2的导体圆环内通有垂直于圆平面向里的磁场，磁场的磁感应强度b随时间t变化的关系如图乙所示(b取向里方向为正)以下说法中正确的是()图3a环中产生逆时针方向的感应电流b环中产生顺时针方向的感应电流c环中产生的感应电动势大小为1 vd环中产生的感应电动势大小为2 v答案ac解析由楞次定律可判断，环中产生逆时针方向的感应电流，选项a正确，b错误；根据法拉第电磁感应定律，环中产生的感应电动势大小为es1 v1 v，选项c正确，d错误题组二动生电动势的理解及计算5如图4所示，pqrs为一正方形导线框，它以恒定速度向右进入以mn为边界的匀强磁场，磁场方向垂直线框平面向里，mn边界与线框的qr所在的水平直线成45角，e、f分别是ps和pq的中点关于线框中的感应电流，正确的说法是()图4a当e点经过边界mn时，线框中感应电流最大b当p点经过边界mn时，线框中感应电流最大c当f点经过边界mn时，线框中感应电流最大d当q点经过边界mn时，线框中感应电流最大答案b解析当p点经过边界mn时，切割磁感线的有效长度是sr，感应电流达到最大6如图5所示，平行导轨间的距离为d，一端跨接一个电阻r.匀强磁场的磁感应强度为b，方向垂直于平行金属导轨所在的平面，一根足够长的金属棒与导轨成角放置金属棒与导轨的电阻不计，当金属棒沿垂直于棒的方向滑行时，通过电阻r的电流为()图5a. b.c. d.答案d解析题中b、l、v满足两两垂直的关系，所以eblv，其中l，即e，故通过电阻r的电流为，选d.题组三电磁感应中的转动切割问题7夏天将到，在北半球，当我们抬头观看教室内的电风扇时，发现电风扇正在逆时针转动金属材质的电风扇示意图如图6所示，由于电磁场的存在，下列关于a、o两点的电势及电势差的说法，正确的是()图6aa点电势比o点电势高ba点电势比o点电势低ca点电势和o点电势相等d扇叶长度越短，uao的电势差数值越大答案a解析在北半球，地磁场的竖直分量竖直向下，由右手定则可判断oa中电流方向由o到a，再根据在电源内部电流由负极流向正极，可知a点为正极，电势高，a对，b、c错；由eblv可知d错8如图7所示，均匀磁场中有一由半圆弧及其直径构成的导线框，半圆直径与磁场边缘重合；磁场方向垂直于半圆面(纸面)向里，磁感应强度大小为b0.使该线框从静止开始绕过圆心o、垂直于半圆面的轴以角速度匀速转动半周，在线框中产生感应电流现使线框保持图中所示位置，磁感应强度大小随时间线性变化为了产生与线框转动半周过程中同样大小的电流，磁感应强度随时间的变化率的大小应为()图7a.b.c. d.答案c解析设圆的半径为l，电阻为r，当线框以角速度匀速转动时产生的感应电动势e1b0l2.当线框不动，而磁感应强度随时间变化时e2l2，由得b0l2l2，即，故c项正确题组四电磁感应中的电荷量问题9如图8所示，将一半径为r的金属圆环在垂直于环面的磁感应强度为b的匀强磁场中用力握中间成“8”字型，并使上、下两圆半径相等如果环的电阻为r，则此过程中流过环的电荷量为()图8a. b.c0 d.答案b解析通过环横截面的电荷量只与磁通量的变化量和环的电阻有关，与时间等其他量无关，因此，br22b()2br2，电荷量q.10如图9所示，空间存在垂直于纸面的匀强磁场，在半径为a的圆形区域内部及外部，磁场方向相反，磁感应强度的大小均为b.一半径为b(ba)，电阻为r的圆形导线环放置在纸面内，其圆心与圆形区域的中心重合当内、外磁场同时由b均匀地减小到零的过程中，通过导线截面的电量为()图9a.b.c.d.答案a解析开始时穿过导线环向里的磁通量设为正值，1ba2，向外的磁通量则为负值，2b(b2a2)，总的磁通量为它们的代数和(取绝对值)b|(b22a