第五节电磁感应定律的应用

4.5电磁感应定律的应用肥城一中于茂刚[教学目标]（一）知识与技能1．知道感生电场和动生电场。。2．了解感生电动势和动生电动势及其区别与联系。3.了解电磁感应现象中的洛伦兹力。（二）过程与方法通过同学们之间的讨论、研究增强对两种电动势的认知深度，同时提高学习物理的兴趣。（三）情感、态度与价值观通过学习两种感应电场，辩证的、联系的看问题，本质的看问题，丰富学生的视野。[教学重点]感生电动势与电磁感应现象中的洛伦兹力。[教学难点]对感生电动势与动生电动势实质的理解。[教学方法]讨论法，讲练结合教学过程（一）引入新课什么是电源？什么是电动势？电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电能的装置。如果电源移送电荷q时非静电力所做的功为W，那么W与q的比值qW，叫做电源的电动势。用E表示电动势，则：qWE在电磁感应现象中，要产生电流，必须有感应电动势。这种情况下，哪一种作用扮演了非静电力的角色呢？下面我们就来学习相关的知识。（二）进行新课1、感应电场与感生电动势投影教材图4.5-1，穿过闭会回路的磁场增强，在回路中产生感应电流。是什么力充当非静电力使得自由电荷发生定向运动呢？英国物理学家麦克斯韦认为，磁场变化时在空间激发出一种电场，这种电场对自由电荷产生了力的作用，使自由电荷运动起来，形成了电流，或者说产生了电动势。这种由于磁场的变化而激发的电场叫感生电场。感生电场对自由电荷的作用力充当了非静电力。解析：电子带负电，他在电场中受到的电场力与电场的方向相反。电子沿逆时针方向运动，为使电子加速，产生的电场应沿顺时针方向。磁场方向由下向上。根据楞次定律名为使真空室中，产生顺时针方向的感生电场，磁场应该由弱变强，也就是说，为使电子加速，电磁铁中的电流应该有小变大。2、洛伦兹力与动生电动势（投影）思考与讨论。1．导体中自由电荷（正电荷）具有水平方向的速度，由左手定则可判断受到沿棒向上的洛伦兹力作用，其合运动是斜向上的。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端电势高。4．导体棒中电流是由D指向C的。一段导体切割磁感线运动时相当于一个电源，这时非静电力与洛伦兹力有关。由于导体运动而产生的电动势叫动生电动势。如图所示，导体棒运动过程中产生感应电流，试分析电路中的能量转化情况。导体棒中的电流受到安培力作用，安培力的方向与运动方向相反，阻碍导体棒的运动，导体棒要克服安培力做功，将机械能转化为电能。（四）实例探究感生电场与感生电动势【例1】如图所示，一个闭合电路静止于磁场中，由于磁场强弱的变化，而使电路中产生了感应电动势，下列说法中正确的是（）A．磁场变化时，会在在空间中激发一种电场B．使电荷定向移动形成电流的力是磁场力C．使电荷定向移动形成电流的力是电场力D．以上说法都不对答案：AC磁场变强洛仑兹力与动生电动势【例2】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仑兹力有关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解析：如图所示，当导体向右运动时，其内部的自由电子因受向下的洛仑兹力作用向下运动，于是在棒的B端出现负电荷，而在棒的A端显示出正电荷，所以A端电势比B端高．棒AB就相当于一个电源，正极在A端。答案：AB综合应用【例3】如图所示，两根相距为L的竖直平行金属导轨位于磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中，导轨电阻不计，另外两根与上述光滑导轨保持良好接触的金属杆ab、cd质量均为m，电阻均为R，若要使cd静止不动，则ab杆应向_________运动，速度大小为_______，作用于ab杆上的外力大小为____________答案：向上222LBmgR2mg巩固练习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．以上情况都可能答案：B2．穿过一个电阻为lΩ的单匝闭合线圈的磁通量始终是每秒钟均匀地减少2Wb，则（）A．线圈中的感应电动势一定是每秒减少2VB．线圈中的感应电动势一定是2VC．线圈中的感应电流一定是每秒减少2AD．线圈中的感应电流一定是2A答案：BD3．如图所示，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=6Ω，线圈电阻R2=4Ω，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答案：（1）4V（2）2.4A4．如图所示，在物理实验中，常用“冲击式电流计”来测定通过某闭合电路的电荷量．探测器线圈和冲击电流计串联后，又能测定磁场的磁感应强度．已知线圈匝数为n，面积为S，线圈与冲击电流计组成的回路电阻为R，把线圈放在被测匀强磁场中，开始时线圈与磁场方向垂直，现将线圈翻转180°，冲击式电流计测出通过线圈的电荷量为q，由此可知，被测磁场的磁磁感应强度B=__________答案：nSqR25．如图所示，在两根平行长直导线M、N中通过同方向，同强度电流．线框ABCD和两导线在同一平面内，线框沿与两导线垂直的方向，自右向左在两导线间匀速移动．在移动过程中线框中感应电流方向是：A．沿ABCDA不变B．沿ADCBA不变C．由ABCDA变成ADCBAD．由ADCBA变成ABCDA答案：B6．如图所示，水平放置的U形导电框架上接有电阻R，导线ab能在框架上无摩擦地滑动，竖直向上的匀强磁场竖直穿过框架平面，当ab匀速向右移动时，以下判断错误的是：A．导线ab除受拉力作用外，还受到磁场力的作用B．ab移动速度越大，所需拉力也越大C．ab移动速度一定，若将电阻增大些，则拉动ab的力可小些MNIIABDCvD．只要使ab运动并达到某一速度后，撤去外力，ab也能在框架上维持匀速直线运动答案：D7．一个矩形导线框用绝缘细软线悬挂在一根较长的竖直导线AB的右边，且导线框和导线AB在同一平面内，如图所示，当导线AB中的电流增大时，线框将：A．向右摆动B．向左摆动C．绕OO’轴转动D．静止不动答案：A8．如图所示，闭合矩形线圈abcd从静止开始竖直下落，穿过一个匀强磁场区域，此磁场区域竖直方向的长度远大于矩形线圈bc边的长度，不计空气阻力则：A．从线圈dc边进入磁场到ab边刚穿出磁场的整个过程中，线圈中始终有感应电流B．从线圈dC边进入磁场到ab边刚穿出磁场的整个过程中，有一个阶段线圈的加速度等于重力加速度c．dC边刚进入磁场时线圈内感应电流的方向与dc边刚穿出磁场时感应电流的方向相同D．dc边刚进入磁场时线圈内感应电流的大小与dc边刚穿出磁场时感应电流的大小一定相等答案:B9．如图所示，用恒力F将闭合线圈自静止开始，从图示位置向左沿垂直于磁感线方向拉出有界匀强磁场的过程中，下列叙述中错误的是：A．线圈是向左做初速度为零的匀加速直线运动B．线圈向左运动且速度逐渐增加C．线圈向左运动加速度逐渐减小D．线圈中的感应电流逐渐增大答案：A10．如图所示，PQRS为一正方形导线框，它以恒定速度向右进入以MN为边界的匀强磁场，磁场方向垂直线框平面，MN直线与水平成450角．E、F分别为PS和PQ的中点，关于线框中的感应电流，正确的说法是：A．当E点经过边界MN时，线框中感应电流最人B．当P点经过边界MN时，线框中感应电流最大C．当F点经过边界MN时，线框中感应电流最大D．当Q点经过边界MN时，线框中感应电流最大答案：B11．如图，一个半径为L的半圆形硬导体AB以速度v，在水平U型框架上匀速滑动，匀强磁场的磁感应强度为B，回路电阻为R0半圆形硬导体AB的电阻为r，．，其余电阻不计,则半圆形导体AB切割磁感线产生感应电动势的大小及AB之间的电势差分别为：ABI×××××××××××××××××××××××××abcd××××××××××××××××FEFPQRSMN450R0R0ABA.rRBLvRBLv00;B.BLvBLv;2C.BLvBLv2;D.rRBLvRBLv002;2答案：D12．在0．5特斯拉的匀强磁场中，长度为40厘米的导线做切割磁感线的运动，导线跟磁感线垂直，运动方向跟导线垂直，跟磁感线成300，要想在导线中产生2伏特的电动势，导线的运动速度应该是米／秒.答案：2013．磁感应强度为B的匀强磁场中，有一根弯成450的金属线POQ，其所在平面与磁场垂直，如图，长直导线MN与金属线紧密接触，起始时Ob=L0米，且MN⊥OQ，所有导线单位长度电阻均为r，当MN以速度v，平行于OQ向右匀速滑动时，求：(1)闭合电路aOb中感应电流的大小和方向(2)驱使MN作匀速运动的外力随时间变化的规律(3)导线上产生的热功率随时间变化的规律答案：rBvI2)22()(2)22(02vtLrvBF)(2)22(022vtLrvBP作业：课后问题与练习：1、2、3、4。教学反思：1.对于电磁感应定律的理解和应用，利用习题训练，仅是一方面。2.对于电磁感应定律的理解和应用，关键是要进行几个分析：电路分析、受力分析、能量分析，让学生真正掌握这部分内容，还需要循序渐进。NaPoQMbBv