湖南省邵阳市隆回县万和实验学校高中物理 4.5 电磁感应现象的两类情况学案（无答案）新人教版选修3-2

1、 4.5 电磁感应现象的两类情况 导学案 【学习目标】1、了解电磁感应两种情况下电动势的产生机理。2、能够运用电磁感应规律熟练解决相关问题。【学习重点和难点】理解电磁感应两种情况下电动势的产生机理。【自主学习】一、电磁感应现象中的感生电场1感生电场(1)产生英国物理学家麦克斯韦在他的电磁场理论中指出：变化的磁场能在周围空间激发电场，这种电场与静电场不同，它不是由电荷产生的，我们把它叫做 电场(2)特点感生电场线与 垂直感生电场的强弱与磁感应强度的 有关2感生电动势(1)磁场变化时，感应电动势的成因(2)感生电场的作用感生电场对自由电荷的 就相当于电源内部的非静电力(3)感生电动势磁场变化时，感

2、应电动势是由感生电场产生的，它也叫感生电动势3感生电场的方向磁场变化时，垂直磁场的闭合环形回路(可假定存在)中感应电流的方向就表示感生电场的方向二、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：由于而产生的感应电动势3动生电动势中的非静电力：与 有关.【精讲点拨】一、感生电动势是如何产生的？如何判断其方向？1产生：如图所示，当磁场变化时，产生感生电场感生电场的电场线是与磁场垂直的曲线如果空间存在闭合导体，导体中的自由电荷就会在电场力作用下定向移动而产生感应电流或者说导体中产生了感生电动势(2)特点：变化的磁场周围产

3、生感生电场，与闭合电路是否存在无关如果在变化的磁场中放一个闭合电路，电路中的自由电荷在感生电场作用下，做定向移动，形成电流在这种情况下所谓的非静电力就是感生电场的作用感应电场是电场的一种形式，是客观存在的一种特殊物质感生电场可用电场线形象描述，但感生电场的电场线是闭合曲线，所以感生电场又称为涡旋电场这一点与静电场不同，静电场的电场线不闭合感生电场可以对带电粒子做功，可使带电粒子加速和偏转(3)感生电场方向的判定据楞次定律和右手螺旋定则判定判定时可先假设有导体存在，推出的感应电流的方向，就是感生电场的方向例、某空间出现了如图所示的磁场，当磁感应强度B变化时，在垂直于磁场的方向上会产生感生电场，有

4、关磁感应强度B的变化与感生电场的方向关系描述正确的是()A当磁感应强度均匀增大时，感生电场的电场线从上向下看应为顺时针方向B当磁感应强度均匀增大时，感生电场的电场线从上向下看应为逆时针方向C当磁感应强度均匀减小时，感生电场的电场线从上向下看应为顺时针方向D当磁感应强度均匀减小时，感生电场的电场线从上向下看应为逆时针方向二、变化的磁场周围所产生的电场与电荷周围的静电场的区别1静电场由电荷激发，而感生电场是由变化的磁场激发2静电场的电场线不闭合，总是出发于正电荷，终止于负电荷，且单位正电荷在电场中沿闭合路径运动一周时，电场力所做的功为零而变化磁场周围的电场中的电场线是闭合曲线(如图所示)，没有终点

5、与起点，这种情况与磁场中的磁感线类似，所以，单位正电荷在此电场中沿闭合路径运动一周时，电场力所做的功不为零三、电磁感应现象中的洛伦兹力(1)一段导体在做切割磁感线的运动时相当于一个电源，这时的非静电力与洛伦兹力有关(2)产生感应电动势原因分析导体在磁场中做切割磁感线运动时，产生感应电动势(它也叫做“动生电动势”)，它是由于导体中自由电子受洛伦兹力作用而引起的感应电动势的产生实质是洛伦兹力(非静电力)对自由电荷做了功；导体棒在磁场中运动过程中要受到安培力作用，要维持导体棒运动，外力必须克服安培力做功，因此产生电流的过程是其他形式的能转化为电能的过程四、感生电动势与动生电动势的区别感生电动势动生电

6、动势产生原因磁场的变化导体做切割磁感线运动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方法由楞次定律判断通常由右手定则判断，也可由楞次定律判断大小计算方法由En计算通常由EBlvsin计算，也可由En计算有些情况下，动生电动势和感生电动势具有相对性.例如，将条形磁铁插入线圈中，如果在相对磁铁静止的参考系内观察，线圈运动，产生的是动生电动势；如果在相对线圈静止的参考系中观察，线圈中磁场变化，产生感生电动势.如图所示，固定于水平桌面上的金属框架cdef，处在竖直向下的匀强磁场中，金

7、属棒ab搁在框架上，可无摩擦滑动此时adeb构成一个边长为l的正方形棒的电阻为r，其余部分电阻不计开始时磁感应强度为B0.(1)若从t0时刻起，磁感应强度均匀增加，每秒增加k，同时保持棒静止，求棒中的感应电流大小和方向(2)在上述(1)情况中，始终保持棒静止，当tt1秒末时需加的垂直于棒的水平拉力为多大？五、产生动生电动势时，洛伦兹力对导体棒中的自由电荷是否做功？不做功当导体棒处于闭合回路中做切割磁感线运动时，导体棒中产生感应电流，根据前面的讨论，我们知道，自由电荷既随导体棒一起运动，又沿导体棒运动，其合运动与导体棒成一定夹角，所以洛伦兹力与合运动方向垂直，如图所示，此时洛伦兹力沿棒方向的分力

8、就是非静电力，对自由电荷做正功，但洛伦兹力的另一个分力垂直于导体棒且与切割运动的方向相反，对自由电荷做负功，这两个分力的总功恰好为零结果仍然是洛伦兹力并不提供能量，而只是起传递能量的作用，即外力克服洛伦兹力的一个分力F2所做的功通过另一个分力F1转化为感应电流的能量.六、感生电动势和动生电动势方向关系的判定如果同一电路中同时存在感生电动势和动生电动势，应考虑两者的方向，弄清连接方式，是串联还是并联，如果串联，方向相同则电动势相加，相反则电动势相减例、如图所示，两根平行金属导轨固定在水平桌面上，每根导轨的单位长度电阻为r00.10 /m，导轨的端点P、Q用电阻可忽略的导线相连，两导轨间的距离l0

9、.20 m有随时间变化的匀强磁场垂直于桌面，已知磁感应强度B与时间t的关系为Bkt，比例系数k0.02 T/s.一电阻不计的金属杆可在导轨上无摩擦地滑动，在滑动过程中保持与导轨垂直，在t0时刻，金属杆紧靠在P、Q端，在外力作用下，杆以恒定的加速度从静止开始向导轨的另一端滑动，求在t6.0 s时金属杆所受的安培力【合作探究】教材P20思考与讨论【典例剖析】例1、如图所示，L10.5 m，L20.8 m，回路总电阻为R0.2 ，M0.04 kg，导轨光滑，开始时磁感应强度B01 T现使磁感应强度以0.2 T/s的变化率均匀地增大，求当t为多少时M离开地面(g取10 m/s2)【跟踪发散】在一水平光

10、滑绝缘塑料板上有一环形凹槽，有一带电小球质量为m，电荷量为q，在槽内沿顺时针作匀速圆周运动，现加一竖直向上的均匀变化的匀强磁场，且B逐渐增加，则()A小球速度变大 B小球速度变小C小球速度不变 D以上三种情况都有可能例2、法拉第曾提出一种利用河流发电的设想，并进行了实验研究实验装置的示意图可用图所示，两块面积均为S的矩形金属板，平行、正对、竖直地全部浸在河水中，间距为d，水流速度处处相同，大小为v，方向水平金属板与水流方向平行，地磁场磁感应强度的竖直分量为B，水的电阻率为，水面上方有一阻值为R的电阻通过绝缘导线和电键K连接到两金属板上，忽略边缘效应求：(1)该发电装置的电动势；(2)通过电阻R

11、的电流强度；(3)电阻R消耗的电功率【跟踪发散】一航天飞机下有一细金属杆，杆指向地心若仅考虑地磁场的影响，则当航天飞机位于赤道上空()A由东向西水平飞行时，金属杆中感应电动势的方向一定由上向下B由西向东水平飞行时，金属杆中感应电动势的方向一定由上向下C沿经过地磁极的那条经线由南向北水平飞行时，金属杆中感应电动势的方向一定由下向上D沿经过地磁极的那条经线由北向南水平飞行时，金属杆中一定没有感应电动势【巩固拓展训练】1在空间某处存在一变化的磁场，则下列说法中正确的是()A在磁场中放一闭合线圈，线圈中一定会产生感应电流B在磁场中放一闭合线圈，线圈中不一定产生感应电流C在磁场中不放闭合线圈，在变化的磁

12、场周围一定不会产生电场D在磁场中不放闭合线圈，在变化的磁场周围一定会产生电场2在如图所示的四种磁场情况中能产生恒定的感生电场的是()3.如图所示，导体AB在做切割磁感线运动时，将产生一个电动势，因而在电路中有电流通过，下列说法中正确的是()A因导体运动而产生的感应电动势称为动生电动势 B动生电动势的产生与洛伦兹力有关C动生电动势的产生与电场力有关 D动生电动势和感生电动势产生的原因是一样的4.某空间出现了如右图所示的一组闭合的电场线，这可能是()A沿AB方向的磁场在迅速减弱 B沿AB方向的磁场在迅速增强C沿BA方向的磁场在迅速增强 D沿BA方向的磁场在迅速减弱5如右图所示，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，当磁场突然增大时，小球将()A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6一直升机停在南半球的地磁极上空该处地磁场的方向竖直向上，磁感应强度为B.直升机螺旋桨叶片的长度为L，螺旋桨转动的频率为f，顺着地磁场的方向看螺旋桨，螺旋桨顺时针方向转动螺旋桨叶片的近轴端为a，远轴端为b，如果忽略a到转轴中心线的距离，用表示每个叶片中的感应电动势，如图所示则( )AfL2B，且a点电势低于b点电势B2fL2B，且a点电势低于b点电势CfL2B，且a点电势高于b点电势D2