45电磁感应现象的两类情况导学案教师1117

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1、 4.5电磁感应现象的两类情况导学教案审核人： 班级 姓名 编写人：沈 滨预习案【教学目标】一、知识与技能；了解感生电动势和动生电动势的概念及不同。了解感生电动势和动生电动势产生的原因。能用动生电动势和感生电动势的公式进行分析和计算。二、过程与方法；通过探究感生电动势和动生电动势产生的原因，培养学生对知识的理解和逻辑推理能力。三、情感态度与价值观；从电磁感应现象中我们找到产生感生电动势和动生电动势的个性与共性问题，培养学生对不同事物进行分析，找出共性与个性的辩证唯物主义思想。【教学重难点】感生电动势和动生电动势产生的原因。【教材导读】本节研究的是电磁感应现象，即从磁场获得电流的现象，要十分明确

2、怎样才能从磁场中获得电流，获得电流的两种方式是什么，怎样判断感应电流或感应电动势的方向，在电磁感应现象中发生电磁感应的那部分导体相当于电源，电路不闭合时可得到电动势，电路闭合时可得到感应电流，感应电动势的大小和电流强度的大小可以分别由法拉第电磁感应定律和闭合电路欧姆定律求得。要理解感应电动势形成的原因。导线切割磁感线形成感应电动势的情形可由洛伦兹力搬运电荷解释而变化的磁场产生电场形成感应电动势，可结合麦克斯韦电磁理论加以说明，可见本节与前后两章的联系相当紧密，所涉及的力学训题，功与能量转化的训题，电路中的内外电路训题等等也是非常重要的，也要认真的研究和深入的理解。力、电、磁结合，场路结合是本章

3、的特点，灵活运用能量守恒定律，将力学中牛顿运动定律、动量关系，能量关系及电学中的电功、电功率、闭合电路欧姆定律静电场中的电容训题等知识联系起来是解答综合题目的关键，提高分析和综合能力不仅是解答物理训题的需要，同时也是学习的目的之一。【学情分析】今后高考对本专题内容的考查可能有如下倾向，一是判断感应电流的有无、方向及感应电动势的大小计算仍是高考的重点，但题目可能会变得更加灵活；二是力学和电学知识相结合且涉及能量转化与守恒的 电磁感应类考题将继续扮演具有选拔性功能的 压轴题。【预习自测】1、法拉第电磁感应定律公式 或 。2、右手定则 。3、导体切割磁感线的电动势E= 。4、英国物理学家麦克斯韦认为

4、：磁场变化会在空间激发一种电场，叫做 。【提出困惑】两种电动势的区别和联系？探究案BE在电磁感应现象中，由于引起磁通量的变化的原因不同，感应电动势产生的机理也不同，本节课我们就一起来学习感应电动势产生的机理。一、感生电动势和动生电动势21：世纪教育网由于引起磁通量的变化的原因不同感应电动势产生的机理也不同，一般分为两种：一种是导体不动，由于磁场变化引起磁通量的变化而产生的电动势称作感生电动势。一种是磁场不变，导体运动引起的磁通量的变化而产生的感应电动势，这种电动势称作动生电动势。二、感生电动势：感应电场：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

5、种电场，我们把这种电场叫做感应电场。静止的电荷激发的电场叫静电场，静电场的电场线是由正电荷发出，到负电荷终止，电场线不闭合，而感应电场是一种涡旋电场，电场线是封闭的，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。感应电场是产生感应电流或感应电动势的原因，感应电场的方向也可以由楞次定律来判断。感应电流的方向与感应电场的方向相同。感生电动势：（1）产生：磁场变化时会在空间激发电场，闭合导体中的自由电子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。（2）定义：由感生电场产生的感应电动势成为感生电动势。（3）感生

6、电场方向判断：右手螺旋定则。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分析：正确答案：AC；根据电磁感应，闭合回路中的磁通量变化时，使闭合回路中产生感应电流，该电流可用楞次定律来判断，根据麦克斯韦电磁理论，闭合回路中产生感应电流，使因为闭合回路中受到了电场力的作用，而变化的磁场产生电场，与是否存在闭合回路没有关系，故空间磁场变化产生的电场方向，仍可用楞次定律来判断，四指环绕方向即感应电场的方向，由此可知AC正确。感生电动势的产生：由感应电场使导体产生

7、的电动势叫做感生电动势，感生电动势在电路中的作用就是充当电源，其电路是内电路，当它和外电路连接后就会对外电路供电。变化的磁场在闭合导体所在的空间产生电场，导体内自由电荷在电场力作用下产生感应电流，或者说产生感应电动势。其中感应电场就相当于电源内部所谓的非静电力，对电荷产生作用。三、洛伦兹力与动生电动势：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？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？动生电动势（1）产生：导体切割磁感线运动产生动生电动势（2）大小：E=BLv（B的方向与v的方向垂直）（3）动生电动势大小的推导：MNabab棒处于匀强

8、磁场中，磁感应强度为B，垂直纸面向里，棒沿光滑导轨以速度v匀速向右滑动，已知导轨宽度为L，经过时间t由M运动导N，如图所示，由法拉第电磁感应定律可得：FF洛DCDCBE=故动生电动势大小为E=BLv。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=BevF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，

9、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

10、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。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

11、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。四、应用电子感应加速器即使没有导体存在，变化的磁场以在空间激发涡旋状的感应电场，电子感应器就是应用了这个原理，电子加速器是加速电子的装置，他的主要部分如图所示，画斜线的部分为电磁铁两极，在其间隙安放一个环形真空室，电磁铁用频率为每秒数十周的强大交流电流来励磁，使两极间的磁感应强度B往返变化，从而在环形真空室内感应

12、出很强的感应涡旋电场，用电子枪将电子注入唤醒真空室，他们在涡旋电场的作用下被加速，同时在磁场里受到洛伦兹力的作用，沿圆规道运动。 【当堂检测】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解析：选AC.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定则判断，A、C项正确关于电磁感应，下列说法中正确的是 ( )A导体相对磁场运动，导体内一定会产生感应电流B导体作切割磁感线的运动，导体内一定会产生感应电流C闭合电路

13、在磁场中作切割磁感线运动，电路中一定会产生感应电流D穿过闭合电路磁通量发生变化，电路中一定会产生感应电流如图所示，一个由导体做成的矩形线圈，以恒定速率v运动，从无场区进入匀强磁场区，磁场宽度大于矩形线圈的宽度da，然后出来，若取逆时针方向的电流为正方向，那么在下图中的哪一个图能正确地表示回路中电流对时间的函数关系( )解析：选C。.当线圈开始运动，尚未进入磁场区时，没有产生感应电流，当ab边切割磁感线时产生的感应电动势为定值，因此感应电流也为定值，方向为逆时针(正)当cd边进入磁场时，ab和cd边产生的感应电动势互相抵消，没有感应电流，当线圈继续运动，在磁场中只有cd边时，感应电流是顺时针(为

14、负)，数值与前者的等大，cd边离开磁场后，线圈无感应电流，所以C项才是正确的如图所示，同一平面内的三条平行导线串有两个电阻R和r，导体棒PQ与三条导线接触良好；匀强磁场的方向垂直纸面向里导体棒的电阻可忽略当导体棒向左滑动时，下列说法正确的是( )A流过R的电流为由d到c，流过r的电流为由b到aB流过R的电流为由c到d，流过r的电流为由b到aC流过R的电流为由d到c，流过r的电流为由a到bD流过R的电流为由c到d，流过r的电流为由a到b解析：选B.依据右手定则可判断出导体棒PQ中的电流由P到Q，Q处电势最高，P处电势最低，由P到Q电势依次升高外电路中的电流方向总是从高电势流向低电势处，因此流过R

15、的电流为由c到d，流过r的电流为由b到a，选项B正确如左图所示，两平行的虚线间的区域内存在着有界匀强磁场，有一较小的三角形线框abc的ab边与磁场边界平行，若使此线框向右匀速穿过磁场区域，运动过程中始终保持速度方向与ab边垂直则在右图中哪一个可以定性地表示线框在进出磁场过程中感应电流随时间变化的规律( ) 解析：选D.线框在进入磁场过程，磁通量增加，线框切割磁感线的有效长度逐渐减小，感应电流减小，A、B、C错；线框在穿出磁场过程，磁通量减小，切割磁感线的有效长度也逐渐减小，感应电流反向减小，D正确。练习案如图4-5-5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

16、大时，此粒子的动能将：（ ）A不变 B增加 C减少 D以上情况都可能在匀强磁场中，ab、cd两根导体棒沿两根导轨分别以速度v1、v2滑动，如图4-5-6所示， 下列 情况中，能使电容器获得最多电荷量且左边极板带正电的是：（ ）Av1=v2,方向都向右 Bv1=v2，方向都向左Cv1v2,v1向右，v2向左 Dv1v2,v1向左，v2向右如图4-5-9所示，在一个光滑金属框架上垂直放置一根长l=0.4m的金属棒ab，其电阻r=0.1框架左端的电阻R=0.4垂直框面的匀强磁场的磁感强度B=0.1T当用外力使棒ab以速度v=5ms右移时，ab棒中产生的感应电动势=_，通过ab棒的电流I=_，ab棒两

17、端的电势差Uab=_，在电阻R上消耗的功率PR=_，在ab棒上消耗的发热功率Pr=_，切割运动中产生的电功率P=_。60.2V，0.4A，0.16V，0.064W，0.016W，0.08W如图4-5-11所示，面积为0.2m2的100匝线圈处在匀强磁场中，磁场方问垂直于线圈平面，已知磁感应强度随时间变化的规律为B=（2+0.2t）T，定值电阻R1=6，线圈电阻R2=4，求：（1）磁通量变化率，回路的感应电动势；（2）a、b两点间电压Uab。8 0.04 Wb/s 4V 2.4A如图4529所示，导体框放置在垂直于框架平面的匀强磁场中，磁感应强度为0.24 T，框架中的电阻R13 ，R22 ，其

18、余部分电阻均不计，框架的上下宽度为0.5 m，金属导体AB与框架接触良好，当导体AB以5 m/s的速度匀速向右沿着导体框移动时，求：(1)所需外力F多大？(2)通过R2上的电流I2是多少？方向如何？解析：(1)EBLv0.6 VR1.2 I0.5 A来源:21世纪教育网FBIL0.06 N由于AB匀速运动，受力平衡，所以所需外力为0.06 N.(2)I2I0.3 A方向从上向下流过R2. 答案：(1)0.06 N(2)0.3 A从上向下把总电阻为2R的均匀电阻丝焊接成一半径为a的圆环，水平固定在竖直向下的磁感应强度为B的匀强磁场中，如图4518所示，一长度为2a，电阻等于R，粗细均匀的金属棒M

19、N放在圆环上，它与圆环始终保持良好的接触，当金属棒以恒定速度v向右移动经过环心O时，求：(1)棒上电流的大小和方向及棒两端的电压UMN；(2)在圆环和金属棒上消耗的总热功率解析：(1)导体棒运动产生电流，它相当于电源，内阻为R，电动势为EBlv2Bav.画出等效电路图如图所示，根据右手定则，金属棒中电流从N流向M，所以M相当于电源的正极，N相当于电源的负极外电路总电阻为R外R，根据闭合电路欧姆定律，棒上电流大小为：I，棒两端电压是路端电压UMNEBav.(2)圆环和金属棒上的总热功率为：PEI2Bav.答案：(1)，从N流向MBav(2)如图4530甲所示，截面积为0.2 m2的100匝圆形线

20、圈A处在变化的磁场中，磁场方向垂直纸面，其磁感应强度B随时间t的变化规律如图乙所示设向外为B的正方向，线圈A上的箭头为感应电流I的正方向，R14 ，R26 ，C30 F，线圈内阻不计求电容器充电时的电压和2 s后电容器放电的电荷量. 图4530解析：由题意可知圆形线圈A上产生的感应电动势EnS1000.020.2 V0.4 V电路中的电流I0.04 A电容器充电时的电压UCIR20.04 A6 0.24 V2 s后电容器放电的电荷量QCUC30106 F0.24 V7.2106 C.答案：0.24 V7.2106 C【板书设计】 第五节：电磁感应定律的应用一、感生电动势（1）产生：磁场变化时会在空间激发电场，闭合导体中的自由电子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。（2）定义：由感生电场产生的感应电动势成为感生电动势。（3）感生电场方向判断：右手螺旋定则。二、动生电动势（1）产生：导体切割磁感线运动产生动生电动势，由于导体中的自由电子受到洛伦兹力的作用而引起的（2）大小：E=BLv（B的方向与v的方向垂直）（3）动生电动势大小的推导三、感生电动势的应用：电子感应加速器；【教学反思】