内蒙古乌拉特中旗一中高中物理《第五节电磁感应规律的应用学案》导学案 新人教版选修3-2

1 内蒙古乌拉特中旗一中高中物理选修内蒙古乌拉特中旗一中高中物理选修 第五节电磁感应规律的应第五节电磁感应规律的应 用学案用学案 导学案导学案 二 学习新课 一 一 电磁感应现象中的感生电场 电磁感应现象中的感生电场 1 1 感生电场 感生电场 19 世纪 60 年代 英国物理学家麦克斯韦在他的电磁场 理论中指出 变化的磁场会在周围空间激发一种电场 我们 把这种电场叫做感生电场 如图所示 如果空间存在闭合导体 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 或者说 导体中产生感应电动势 感应电场是产生 或 的原因 感应电场的方向也可以由 来判断 感应电流 的方向与感应电场的方向 2 2 感生电动势 感生电动势 1 产生 磁场变化时会在空间激发 闭合导体中的 在 电场力的作用下定向运动 产生感应电流 即产生了感应电动势 这种情况 所谓 的非静电力就是这种 2 定义 由感生电场产生的感应电动势称为 3 感生电电动势方向判断 定则 4 感生电动势在电路中的作用就是充当 当它和外电路连接后就会 对外电路供电 例题 例题 在空间出现如图所示的闭合电场 电场线为一簇闭合曲线 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 方向磁场在迅速减弱 D 沿 BA 方向磁场在迅速增强 总结 已知感应电场方向求原磁通量的变化情况的基本思路是 感应电场的方向 感应磁场的方向 磁通量的变化情 况 应用应用 电子感应加速器电子感应加速器 书第 19 页例题 问题 1 电磁铁中通有图中所示方向的恒定电流 真空室中的电子受力怎样 2 电磁铁中通有图示方向均匀减小的电流 所激发的磁场和感应电场怎样 真空室 中的电子受力怎样 能使电子加速吗 3 电磁铁中通有图示方向均匀减小的电流 所激发的磁场和感应电场怎样 真空 室中的电子受力怎样 能使电子加速吗 B E B A 2 二 二 电磁感应现象中的洛伦兹力 电磁感应现象中的洛伦兹力 导体切割磁感线时会产生感应电动势 该电动势产生的机理是什么呢 书 20 页思考与讨论 导体切割磁感线产生的感应电动势与哪些因素有关 它是如何将其他形式的能转化为电能的 1 1 动生电动势 动生电动势 1 产生 运动产生动生电动势 它是由于导体中自由电子 受到洛伦兹力作用引起的 这部分导体就是电源 就是把其它形式的能转化 为电能的部分 电路的其它部分为外电路 2 大小 E B 的方向与 v 的方向 3 动生电动势大小的推导 2 2 动生电动势原因分析 动生电动势原因分析 导体在磁场中切割磁感线时 产生动生电动势 它是由于导体中的自由电子受到 洛伦兹力的作用而引起的 如图所示 一条直导线 CD 在云强磁场 B 中以速度 v 向右运动 并且导线 CD 与 B v 的方向垂直 由于导体中的自由电子随导体一起以速度 v 运动 因此每个电子受 到的洛伦兹力为 F洛 Bev F 的方向竖直向下 在力 F 的作用下 自由电子沿导体向下运动 使导体下端出 现过剩的负电荷 导体上端出现过剩的正电荷 结果使导体上端 D的电势高于下 端 C 的电势 出现由 D 指向 C 的静电场 此电场对电子的静电力 F 的方向向上 与洛伦兹力 F 方向相反 随着导体两端正负电荷的积累 电场不断增强 当作用 在自由电子上的静电力与电子受到的洛伦兹力相平衡时 DC 两端产生一个稳定的 电势差如果用另外的导线把 CD 两端连接起来 由于 D 段的电势比 C 段的电势高 自由电子在静电力的作用下将在导线框中沿顺时针流动 形成逆时针方向的电流 如图乙所示 电荷的流动使 CD 两端积累的电荷不断减少 洛伦兹力又不断使自 由电子从 D 端运动到 C 端从而在 CD 两端维持一个稳定的电动势 可见运动的导体 CD 就是一个电源 D 端是电源的正极 C 端是电源的负极 自由 电子受洛伦兹力的用 从 D 端搬运到 C 端 也可以看做是正电荷受洛伦兹力作用 从 C 端搬运到 D 端 这里洛伦兹力就相当于电源中的非静电力 根据电动势的定 义 电动势等于单位正电荷从负极通过电源内部移动到电源的正极非静电力所做 的功 作用在单位电荷上的洛伦兹力为 F F洛 e Bv 于是动生电动势就是 E FL BLv 上式与法拉第电磁感应定律得到的结果一致 三三 动生电动势和感生电动势具有相对性 动生电动势和感生电动势具有相对性 动生电动势和感生电动势的划分 在某些情况下只有 相对意义 如本章开始的实验中 将条形磁铁插入线 圈中 如果在相对于磁铁静止的参考系观察 磁铁不 F F洛 D C D C B M N a b 3 动 空间各点的磁场也没有发生变化 而线圈在运动 线圈中的电动势是动生的 但 是 如果在相对于线圈静止的参考系内观察 则看到磁铁在运动 引起空间磁场发生 变化 因而 线圈中的电动势是感生的 在这种情况下 究竟把电动势看作动生的还 是感生的 决定于观察者所在的参考系 然而 并不是在任何情况下都能通过转换参 考系把一种电动势归结为另一种电动势 不管是哪一种电动势 法拉第电磁感应定律 楞次定律都成立 学习小结学习小结 课堂练习课堂练习 1 如图所示 粗糙均匀的电阻丝围城的正方形线框置于有界匀强磁场中 磁场方向垂 直于线框平面 其边界与正方形线框的边平行 现使线框以同样大小的速度沿四个 不同方向平移出磁场 则在移出过程中线框的一边a b两点间电势差的绝对值最 大的是 2 如图所示 电阻为R的金属棒ab 从图示位置分别以速度v1 v2沿电阻不计的光 滑轨道匀速滑到虚线处 若v1 v2 1 2 则两次移动棒的过程中 A 回路中感应电流之比I1 I2 1 2 B 回路中产生热量之比Q1 Q2 1 2 C 外力做功的功率之比P1 P2 1 2 D 回路中通过截面的总电荷量之比q1 q2 1 2 3 如图所示 绕在同一个铁芯上的两个线圈分别与金属导轨和导体棒ab cd组成闭 合回路 棒ab cd置于磁场中 要使导体棒ab向右运动 则外力必须使棒cd在 导轨上 运动 4 如图所示 abcd是一个固定的 U 形金属框架 db和cd边都很长 bc边长为L