2017-2018学年高中物理 第4章 电磁感应 5 电磁感应现象的两类情况同步备课教学案 新人教版选修3-2

1、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(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？(2)上述情况下，哪种作用扮演了非静电力的角色？答案(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

2、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(2)感生电场对自由电荷的作用知识梳理感生电动势的产生：(1)由感生电场产生的电动势叫感生电动势(2)感生电动势大小：En.(3)方向判断：由楞次定律和右手螺旋定则判定即学即用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()答案(1)(2)(3)二、电磁感应现象中的洛伦兹力导学探究如图2所示，导体棒CD在匀强磁场中运动图2(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

3、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)(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？(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(1)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)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)C端电势较高，导体棒中电流是由D指向C的知识梳理动生电动势的产生：(1)由于导体运动产生的电动势叫动生

4、电动势(2)动生电动势大小：EBlv(B的方向与v的方向垂直)(3)方向判断：右手定则即学即用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()答案(1)(2)(3)(4)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

5、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()图3A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AC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：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()图4A线圈中无电流，abcdB线圈中无电流，abdcC线圈中有电流，abcdD线圈中有电流，abdc答案B解析线圈在运动过程中，穿过线圈的磁通量不变，

6、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：图5(1)3 s末夹在导轨间的导体长度是多少？此时

7、导体切割磁感线产生的感应电动势多大？(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(1)5 m5 V(2) Wb V解析(1)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 30 m5 m此时：EBlv0.255 V5 V(2)3 s内回路中磁通量的变化量BS00.2155 Wb Wb3 s内电路产生的平均感应电动势为： V V.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：图6(

8、1)ab棒的平均速率；(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棒的平均速率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：Bl2.答案(1)l(2)Bl2(3)Bl2tBl2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EBlBl2，如图7所示图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

9、为EBrBr2.图81. 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()图9A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D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

10、()图10Aac，金属框中无电流Bbc，金属框中电流方向沿abcaCbcBl2，金属框中无电流DbcBl2，金属框中电流方向沿acba答案C解析金属框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，bb答案BD解析因金属棒所在区域的磁场的方向垂直于纸面向外，当金属棒转动时，由右手定则可知，a端的电势高于b端的电势，b端聚积电子，选项B、D正确，A错误；因a、b两端存在电压，由E知，金属棒内电场强度不为零，故C错误9如图8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

11、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，下列说法正确的是()图8A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解析在闭合回路进入磁场的过程中，通过闭合回路的磁通量逐渐增大，根据楞次定律可知感应电流的方向始终为逆时针方向，A正确根据左手定则可判断，CD段受安培力向下，B不正确当半圆形闭合回路一半进入磁场时，这时有效切割长度最大为a，所以感应电动势最大值EmBav，C正确感应电动势平均值Bav，D正确二、非选择题10如图9甲所示，固定在水平面上电阻不计

12、的光滑金属导轨，间距d0.5 m右端接一阻值为4 的小灯泡L，在CDEF矩形区域内有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度B按如图乙规律变化CF长为2 m在t0时，金属棒ab从图示位置由静止在恒力F作用下向右运动到EF位置，整个过程中小灯泡亮度始终不变已知ab金属棒电阻为1 ，求：图9(1)通过小灯泡的电流；(2)恒力F的大小；(3)金属棒的质量答案(1)0.1 A(2)0.1 N(3)0.8 kg解析(1)金属棒未进入磁场时，电路总电阻R总RLRab5 回路中感应电动势为：E1S0.5 V灯泡中的电流为IL0.1 A.(2)因灯泡亮度不变，故在t4 s末金属棒刚好进入磁场，且做匀速运动，此时金属棒中

13、的电流IIL0.1 A恒力大小：FF安BId0.1 N.(3)因灯泡亮度不变，金属棒在磁场中运动时，产生的感应电动势为E2E10.5 V金属棒在磁场中的速度v0.5 m/s金属棒未进入磁场的加速度为a0.125 m/s2故金属棒的质量为m0.8 kg.11. 如图10所示，固定在水平桌面上的金属框架edcf处在竖直向下的匀强磁场中，金属棒ab在框架上可无摩擦滑动，此时adcb构成一个边长为l的正方形，金属棒的电阻为r，其余部分电阻不计，开始时磁感应强度为B0.图10(1)若从t0时刻起，磁感应强度均匀增加，每秒增量为k，同时保持金属棒静止求金属棒中的感应电流，在图上标出感应电流的方向(2)在上述(1)情况中，始终保持金属棒静止，当tt1时需加的垂直于金属棒的水平拉力为多大？(3)若从t0时刻起，磁感应