4.5电磁感应规律的应用导学案

高二物理选修3-2导学案 NO.32时间2010/11/23 编制：陆秀娟 审核： 包科领导： 班级 学习小组 组内编号 姓名 组内评价 教师评价
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4.5 电磁感应规律的应用
【学习目标】
（1）．了解感生电动势和动生电动势的概念及不同。

（2）．了解感生电动势和动生电动势产生的原因。

（3）．能用动生电动势和感生电动势的公式进行分析和计算。

【重难点】
重点：感生电动势和动生电动势。

难点：感生电动势和动生电动势产生的原因。

【温故知新】
1．法拉第电磁感应定律的内容是什么？数学表达式是什么？
2．导体在磁场中切割磁感线产生的电动势与什么因素有关，表达式是什么，它成立的条件又是什么？
【新课导入】
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。

【自主学习】
一、感生电场和感生电动势
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，另外一种是导体不动，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。

1、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应电场。

静止的电荷激发的电场叫 ，静电场的电场线是由
发出，到 终止，电场线是 的，而感应电场是一种涡旋电场，电场线是 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。

2、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。

（2）定义：由感生电场产生的感应电动势成为 。

（3）感生电场方向判断： 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
点评：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
二、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，做圆周运动。

电磁铁线圈电流的大小、方向可以变化，产生的感生电场使电子加速。

左侧上图为侧视图，下图为真空室的俯视图，如果从上向下看，电子沿逆时针方向运动。

当电磁铁线圈电流的方向与图示方向一致时，电流的大小应该怎样变化才能使电子加速？
学
案
装
订
线
内
不
要
答
题
B
E
B
A
右手螺旋定则
右手螺旋定则 楞次定律
楞次定律
三、洛伦兹力与动生电动势
（1）产生：运动产生动生电动势
（2）大小：E= （B的方向与v的方向）
合作探究：课本20页思考与讨论
如图4.5-3，导体棒CD在均匀磁场中运动
1.自由电荷会随着导体棒运动，并因此受到洛伦兹力。

导体棒中自由电荷相对于纸面的运动大
致沿什么方向？为了方便，可以认为导体棒中的自由电荷是正电荷。

2.导体棒一直运动下去，自由电荷是否总会沿着导体棒运动？为什么？
3.导体棒哪端的电势比较高？
4.如果用导线把C、D两端连到磁场外的一个用电器上，导体棒中的电流是沿什么方向的？
以上讨论不必考虑自由电荷的杂乱无章的热运动。

【自学检测】
A类：课本20页问题与练习
1. 2.
2. 4. B类：
1．如图所示，内壁光滑的塑料管弯成的圆环放在水平桌面上，环内有一带负电小球，整个装置处在竖直向下的磁场中，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
2．如图所示，两个互连的金属圆环，粗金属环的电阻是细金属环电阻的一半，磁场垂直穿过粗金属环所在的区域，当磁感应强度均匀变化时，在粗环内产生的电动势为E，则ab两点间的电势差为（）
A．E/2 B．E/3
C．2E/3 D．E
3．如图所示，面积为0.2 m2的100匝线圈处在匀强磁场中，磁场方向垂直于线圈平面.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 Ω，线圈电阻R2=4 Ω，求：（1）磁通量变化率、回路中的感应电动势；
（2）a、b两点间的电压U ab.
4. 如图所示，在竖直向下的磁感应强度为B的匀强磁场中，有两根水平放
置且足够长的平行金属导轨AB、CD，在导轨的AC端连接一阻值为R的电阻，
一根质量为m的金属棒ab，垂直导轨放置，导轨和金属棒的电阻不计。

金
属棒与导轨间的动摩擦因数为
，若用恒力F沿水平向右拉导体棒运动，
求金属棒的最大速度
a
b
B
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C 类：
1．如图所示，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 2．有一面积为150 cm 2的金属环，电阻为0.1 Ω，在环中100 cm 2的同心圆面上
存在如图21（b ）所示的变化的磁场，在0.1 s 到0.2 s 的时间内环中感应电流为__________，流过的电荷量为__________.
3．如图6所示，金属杆ab 以恒定的速率v 在光滑平行导轨上向右滑行．设整个电路中总电阻为R （恒定不变），整个装置置于垂直纸面向里的匀强磁场中，下列叙述正确的是（ ） A ．ab 杆中的电流与速率v 成正比
B ．磁场作用于ab 杆的安培力与速率v 成正比
C ．电阻R 上产生的电热功率与速率v 的平方成正比
D ．外力对ab 杆做功的功率与速率v 的平方成正比
4．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的电流对时间的函数关系（ ）
D 类：
1．如图所示，均匀金属环的电阻为R ，其圆心O ，半径为L.一金属杆OA ，质量可忽略不计，电阻为r ，可绕O 点转动，A 端固定一质量为m 的金属球a ，球上有孔，套在圆环上可无摩擦滑动，Ob 为一导线，整个装置放在与环平面垂直的匀强磁场中，磁感应强度为B.现把金属杆OA 从水平位置由静止释放运动到竖直位置，球a 的速度为v ，则OA 到竖直位置时产生的电动势为________________；此时OA 所受安培力的功率为______________；杆OA 由水平位置转到竖直位置这段时间内，电路中转化的内能为________________.
2．一个质量为m=0.5 kg 、长为L=0.5 m 、宽为d=0.1 m 、电阻R=0.1 Ω的矩形线框，从h 1=5 m 的高度由静止自由下落，如图10所示.然后进入匀强磁场，刚进入时由于磁场力的作用，线框刚好做匀速运动（磁场方向与线框平面垂直）. (1)、求磁场的磁感应强度B ；
(2)、如果线框的下边通过磁场区域的时间t=0.15 s ，求磁场区域的高度h 2.
【当堂测评】
1．闭合电路中产生感应电动势大小，跟穿过这一闭合电路的下列哪个物理量成正比（ ）
A ．磁通量
B ．磁感应强度
C ．磁通量的变化率
D ．磁通量的变化量
2．如下图几种情况中，金属导体中产生的动生电动势为BLv 的是（ ）
A ．乙和丁
B ．甲、乙、丁
C ．甲、乙、丙、丁
D ．只有乙
【学后反思】
a b c d B i t O i t O i
t O i t O
A B C D
L L L L
L。