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1、第 页1沂水四中 2011 - 2012 学年度第二学期高二、物理 * 选修 3-2* 讲案编写： 审核： 周次 上课时间 2012-2-16 课型 新授课课题 第五节、电磁感应现象中的两类情况学习目标1. 了解感生电动势和动生电动势的概念及产生原因.2. 理解感生电动势与动生电动势的区别. 3. 能够运用感生电动势和动生电动势的公式进行分析和计算. 学习重点 感生电动势和动生电动势的公式进行分析和计算学习难点 感生电动势与动生电动势的区别教学过程自主预习1电路中电动势的作用实际上是_对自由电荷的作用，电池中电解液与两极板的_使两极板分别带了正负电荷，这种_就是我们所说的“_” 2_国物理学家
2、麦克斯韦认为，磁场变化时会在空间激发一种_如果此空间存在_，则产生感应电流，或者说导体中产生了_在这种情况下，所谓的“非静电力”就是这种_对自由电荷的作用3导体棒在匀强磁场中运动也会产生_，这种情况下，_没有变化，空间没有_，产生感应电动势的非静电力与_有关这种感应电动势是由于导体运动而产生的，它也叫做“_” 问题探究一、感生电动势一、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：变化的磁场能在周围空间激发电场，我们把这种电场叫做感生电场. 如图 4 - 88所示，当磁场变化时，产生的感生电场的电场线是与磁场方向垂直的曲线，如果此刻空间存在闭合导体，导体中的自由
3、电荷就会在这种电场的作用下做定向运动，形成电流，或者说导体中产生了感应电动势. 在这种情况下，所谓的非静电力就是这种感生电场对自由电荷的作用.二、感生电动势感生电场使导体中产生的电动势叫感生电动势. 感生电动势在电路中的作用相当于电源，其电路是内电路，当它与外电路连接后就能对外电路供电.三、感生电动势的产生机理感生电动势的产生与导体的性质及种类完全无关，仅仅是由于磁场的变化引起的. 在变化的磁场中放一个闭合导体回路，在这个闭合回路里会产生感生电流，是因为变化的磁场产生了一个电场，这个电场驱使导体中的自由电荷做定向移动. 麦克斯韦还把这种用场来描述电磁感应现象的观点推广到不存在闭合导体回路的情况
4、中，他认为，在变化的磁场周围产生电场，是一种普遍存在的现象，跟闭合导体回路是否存在无关.第 页2因此，在线圈中产生感生电动势的过程是：先有磁场的变化，同时在磁场周围空间里产生电场，电场进而使导体中的自由电荷发生定向移动，形成电荷的积累，在导体两端产生电势差，即感生电动势.四、感生电流和感生电动势的方向1、感生电流的方向可以利用楞次定律和右手螺旋定则来判断.2、感生电动势的方向也可以利用楞次定律和右手螺旋定则来判断.【典例 1】 某空间出现了如图 4 - 89 所示的一组闭合的电场线，这可能是A. 沿 AB 方向的磁场在迅速减弱B.沿 AB 方向的磁场在迅速增强C:. 沿 E，方向的磁场在迅速增
5、强D. 沿 EA 方向的磁场在迅速减弱变式 1：在一水平光滑绝缘塑料板上有一环形凹槽，有一带电小球质量为 m，电荷量为 q，在槽内沿顺时针作匀速圆周运动，现加一竖直向上的均匀变化的匀强磁场，且 B 逐渐增加，则A小球速度变大B小球速度变小C小球速度不变 D以上三种情况都有可能问题探究二、动生电动势导体在磁场中做切割磁感线运动时，产生动生电动势，它是由于导体中自由电子受洛伦兹力作用而引起的.如图 4 - 90 所示，-一根长为 1，的导体棒在匀强磁场中以速度 v 在纸面内运动，磁感应强度为 B 的匀强磁场方向垂直于纸面向里.当导体棒以速度 v 运动时，导体棒内部的自由电子也具有这一速度 v，因此
6、将受到洛伦兹力 的作用，方向由 a 指向 b，于是自由电子将向 1feBb 端运动，b 端便出现负电荷积累，而 a 端将出现正电荷积累，在 a，b 端之间形成了一电势差 U，即表现在宏观上的电动势 E. 不过，这种正、负电荷的分离过程不可能无休止地进行.因为只要 a，b 两端分别出现正、负电荷，便形成电场，同样也要对自由电子产生电场力的作用： (E 为 a,b，间的电2feE场强度)，方向与洛伦兹力 f1相反，由 b 指向 a,从而阻碍正、负电荷的继续分离. 当 a、b 两端的正、负电荷积累到-定程度后，自由电子受到的洛伦兹力与电场力恰好相等，即，即 . 这时便达到一种动态平衡，ab 间的电场
7、成为一种稳恒电场，eEvBv，则 即ULBL【典例 2】据报道，1992 年 7 月，美国“阿特兰蒂斯”号航天飞机进行了一项卫星悬绳发电实验，实验取得了部分成功航天飞机在地球赤道上空离地面约 3000km 处由东向西飞行，相对地面速度大约 6.5103m/s，从航天飞机上向地心发射一颗卫星，携带一根长 20km，电阻为800 的金属悬绳，使这根悬绳与地磁场垂直，做切割磁感线运动假定这一范围内的地磁场是均匀的磁感应强度为 4105T，且认为悬绳上各点的切割速度和航天飞机的速度相同根据理论设计，通过与电离层(由等离子体组成) 的作用，悬绳可以产生约 3A 的感应电流，第 页3试求：(1)金属悬绳中
8、产生的感应电动势；(2)悬绳两端的电压；(3)航天飞机绕地球运行一圈悬绳输出的电能( 已知地球半径为 6.4103km)变式 2一直升机停在南半球的地磁极上空该处地磁场的方向竖直向上，磁感应强度为 B.直升机螺旋桨叶片的长度为 L，螺旋桨转动的频率为 f，顺着地磁场的方向看螺旋桨，螺旋桨顺时针方向转动螺旋桨叶片的近轴端为 a，远轴端为 b，如果忽略 a 到转轴中心线的距离，用 表示每个叶片中的感应电动势，如图所示则()A fL 2B，且 a 点电势低于 b 点电势B2 fL2B，且 a 点电势低于 b 点电势C fL2B，且 a 点电势高于 b 点电势D 2fL2B，且 a 点电势高于 b 点
9、电势疑难、不懂记录处:课后作业：1、进一步巩固本节知识 2、预习下一节学案第五节、电磁感应现象中的两类情况当堂达标1某空间出现了如图所示的一组闭合的电场线，这可能是()A沿 AB 方向磁场的迅速减弱B沿 AB 方向磁场的迅速增强C沿 BA 方向磁场的迅速增强第 页4D沿 BA 方向磁场的迅速减弱2在下图所示的四种磁场情况中能产生恒定的感应电场的是()3如图所示，两个比荷相同的都带正电荷的粒子 a 和 b 以相同的动能在匀强磁场中运动，a 从 B1 区运动到 B2 区，已知 B2B1；b 开始在磁感应强度为 B1 的磁场中做匀速圆周运动，然后磁场逐渐增加到 B2.则 a、b 两粒子的动能将()A
10、a 不变，b 增大Ba 不变，b 变小Ca、b 都变大 Da 、b 都不变4如下图所示，固定在匀强磁场中的水平导轨 ab、cd 的间距 L10.5m，金属棒 ad 与导轨左端 bc 的距离 L20.8m，整个闭合回路的电阻为 R0.2，匀强磁场的方向竖直向下穿过整个回路ad 杆通过细绳跨过定滑轮接一个质量为 m0.04kg 的物体，不计一切摩擦，现使磁感应强度从零开始以 0.2T/s 的变化率均匀地增大，求经过多长时间物体 m 刚好能离开Bt地面？( g 取 10m/s2)第 页5第五节、电磁感应现象中的两类情况课后检测1某空间出现了如图所示的一组闭合的电场线，这可能是() A沿 AB 方向磁
11、场的迅速减弱B沿 AB 方向磁场的迅速增强C沿 BA 方向磁场的迅速增强D沿 BA 方向磁场的迅速减弱2研究表明，地球磁场对鸽子识别方向起着重要作用鸽子体内的电阻大约为 103 ，当它在地球磁场中展翅飞行时，会切割磁感线，在两翅之间产生动生电动势这样，鸽子体内灵敏的感受器即可根据动生电动势的大小来判别其飞行方向若某处地磁场磁感应强度的竖直分量约为 0.5104 T鸽子以 20 m/s 速度水平滑翔，则可估算出两翅之间产生的动生电动势大约为( )A30 mV B3 mVC0.3 mV D0.03 mV3如图所示，水平地面上方有正交的匀强电场 E 和匀强磁场 B，电场方向竖直向下，磁场方向垂直纸面
12、向外，等腰三角形的金属框由底边呈水平位置开始沿竖直平面的电磁场由静止开始下降，下落过程中三角形平面始终在竖直平面内，不计阻力，a、b 落到地面的次序是()Aa 先于 b Bb 先于 aCa、b 同时落地 D无法判定4.如图 4523 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
13、到 bD流过 R 的电流为由 c 到 d，流过 r 的电流为由 a 到 b5.如图所示，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 边垂直则在图 4525 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()6.如图 4526 所示，用铝板制成 U 形框，将一质量为 m 的带电小球用绝缘细线悬挂在框的上方，使整体在匀强磁场中沿垂直于磁场方向向左以速度 v 匀速运动，悬线拉力为 FT，则( )第 页6A悬线竖直 FTmgB悬线竖直 FTmgC悬线竖直 FTm
14、gD无法确定 FT 的大小和方向7如图 4527 所示，阻值为 R 的金属棒从图示位置 ab 分别以 v1、v 2 的速度沿光滑导轨(电阻不计) 匀速滑到 ab位置，若 v1v 212，则在这两次过程中( )A回路电流 I1I 212B产生的热量 Q1Q 212C通过任一截面的电荷量 q1q 212D外力的功率 P1P 21 28如图所示，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 ，R 22 ，其余部分电阻均不计，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？9如图甲所示，截面积为 0.2 m2 的 100 匝圆形线圈 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，R 14 ，R 26 ，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.
