高中物理 第四章 电磁感应 第5讲 电磁感应现象的两类情况教学案 新人教版选修3-2.doc

5 电磁感应现象的两类情况

考试要求 知识电磁感应现象的两类情况 内容 必考 加试 b 1.初步了解感生电场和感生电动势． 课时2．初步了解动生电动势和电磁感应中洛伦兹力的作用． 要求 3．知道感生电动势与动生电动势是感应电动势的两种不同的类型． 4．会求解与电路分析、电路计算结合的简单电磁感应问题.

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]

1．感生电动势：由感生电场产生的电动势叫感生电动势． ΔΦ2．感生电动势大小：E＝n.

Δt3．方向：感应电流的方向与感生电场的方向相同，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两端聚集的电荷越来越多，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]

1．动生电动势：由于导体运动产生的电动势叫动生电动势． 2．动生电动势大小：E＝Blv(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)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)×

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3

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 (多选)如图4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4

A．感应电流方向不变

B．CD段直导线始终不受安培力 C．感应电动势最大值Em＝Bav 1

D．感应电动势平均值E＝πBav

4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为逆时针方向不变，A正确．根据左手定则可判断，CD段受安培力向下，B不正确．当半圆形闭合回路进入磁场一半时，这时有效切割长度最大为a，所以感应电动势最大值Em＝Bav，C正确．感应电动势平均值E＝三、E＝nΔΦ和E＝Blv的比较应用 ΔtΔΦ1

＝πBav.D正确． Δt4

研究E＝nΔΦ ΔtE＝Blv 回路中做切割磁感线运动的那整个闭合回路 对象 区适用各种电磁感应现象 别 范围 计算结果 联Δt内的平均感应电动某一时刻的瞬时感应电动势 势 ΔΦ在一定条件下推导出来的，该公式可看作Δt的情况 部分导体 只适用于导体切割磁感线运动E＝Blv是由E＝n系 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：