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1、高二物理导学案 课 题 电磁感应规律的应用一 编写人 高二 物理组 审核人 迟主任 使用时间 11 年 3 月 学 习 目 标 （一）知识与技能 1、知道感生电场，感生电动势的概念，会用楞次定率判断感生电场和感 生电动势的方向。 2、知道动生电动势的概念，知道动生电动势与洛伦兹力有关，理解产生 动生电动势的能量转化 3、 进一步理解电磁感应现象，灵活运用电磁感应定律和楞次定律解决电 磁感应中的不同问题 （二）过程与方法 利用实验法使学生通过对电磁感应的客观认识去理解客观实在性。 （三）情感态度与价值观 通过类比的方法，培养学生的逻辑思维能力。 重 点 感生电动势和动生电动势的应用 难 点 感生
2、电动势和动生电动势的产生机理 【自主学习】 1、 变化的磁场在周围的空间激发电场，这种电场叫 。处在其中的导体会产生感 应电动势，他是由于导体中的自由电荷受到 作用引起的。使自由电荷 定向移动的非静电力就是 。 2、 导体在磁场中切割磁感线产生的感应电动势是由于导体中自由电荷受到 力的作用引起的，使自由电荷定向移动的非静电力就是 【疑难问题】 _ _ 【典型例题】例1 图4-5-2所示的圆柱形空间内分布着有理想边界的磁场，磁场正在增强， （1）试在图中画出感生电场的电场线（至少画三条） ，并且标明方向。 （2）如果在磁场边缘静止释放一个自由电子，此电子的加速度方向如何？解析（1）我们把磁场的边
3、界设想为一个导体圆环，那么环内的磁场增强时， 环中产生的感应电流的磁场是阻碍磁场的增强，所以感应电流产生的磁场方向 垂直纸面向外，感应电流的方向是逆时针，所以感生电场的方向也是逆时针方 向，感生电场线的方向如图4-5-3所示。（2）如果在磁场边缘静止释放一个自由电子，负电荷受到的电场力方向与 电场线方向相反，所以电子的加速度方向与电场线方向相反（顺时针） 。拓展 象这种利用感生电场加速电子的装置叫做电子感应加速器。磁场的变化越 快，感生电场就越强，电子的加速度就越大。 例2 我们说“与导体切割磁感线产生感应电动势相联系的非静电力是洛伦兹力。 ” 也就是说：感应电动势等于把单位正电荷从电源负极经
4、电源内部移到电源 正极时洛伦兹力所做的功。这种说法与洛伦兹力对运动电荷不做功有没有 矛盾呢？我们应该如何理解洛伦兹力做功的问题呢？解析 首先我们可以明确地说，洛伦兹力产生感应电动势与洛伦兹力对运动电 荷不做功没有矛盾！我们来看图4-5-4。当导体棒ef 向右运动时，导体中的 自由电子也随棒向右运动，根据左手定则自由电子受到的洛伦兹力方向由 e 指向f，且每个电子所受的洛伦兹力F 洛 =eVB。因此在 f 端会出现负电荷 积累，在e 端出现正电荷积累。所以f 、e 分别成为电源的负极和正极。 必须指出，这些电子参与了两个互相垂直的分运动，在垂直于ef 方向电子 的速度为V ，在平行于ef 方向电
5、子的速度为u，电子的合速度为 V 合 （见图 4-5-4） 。电子因具有速度V 而受到的洛伦兹力为F V ，因具有速度u 而受到的 洛伦兹力为F u ，如图4-5-5所示。由图可知F V 对电子做正功（F V 与 V 合 的夹 角小于90 ） ，而F u 对电子表做负功（F u 与 V 合 的夹角大于90 ） ，两个力的 合力与合速度垂直，因此洛伦兹力对电子做的功等于零，也就是说洛伦兹力 对电子还是没做功。拓展 应该指出，在有感应电流的情况下，所有运动电子所受的分力F u 的合力 就是安培力。所以安培力总是阻碍导体切割磁感线的运动，这也是能量守 恒的必然结果。 如果外电路不闭合，当导体两端因电
6、荷积累而产生的电场力若与洛伦 兹力相平衡，则电子就没有定向移动的速度u（分力F u 也消失） ，电子所受 的力F V 就是产生电动势的非静电力。单位电荷所受非静电力等于 F V /e=VB ，如果电源两极间距离为L ，则在两极间移动单位电荷所做功等于 LVB，即电动势E=LVB。【针对训练】 1.在闭合铁芯上绕有一组线圈，线圈与滑动变阻器、电池构成电路，假定 线圈产生的磁感线全部集中在铁芯内.a、b、c 三个闭合金属圆环，位置如图4-5-8所示.当滑动变阻器滑动触头左右滑动时，能产生感应电流的圆环是( A) A.a、b 两环 B.b、c 两环 C.a、c 两环 D.a、b、c 三个环 2如图4
7、-5-9(a) ，圆形线圈P 静止在水平桌面上，其正上方悬挂一相同的线圈 Q，P 和Q 共轴，Q 中通有变化电流，电流随时间变化的规律如图(b)所示，P 所受的重力为G，桌面对P 的支持力为F N ，则 ( C ) t 1 时刻F N G t 2 时刻F N G t 3 时刻F N G t 4 时刻F N =G A. B. C. D. 【能力训练】 3如图4-5-10所示，先后以速度 v 1 和 v 2 匀速把一矩形线圈拉出有界的匀强磁场 区域，v 2 =2v 1 ，在先后两种情况下（B ） A.线圈中的感应电流之比 I 1 ：I 2 =2 ：l B.作用在线圈上的外力大小之比 F 1 ：F
8、2 =1 ：2 C.线圈中产生的焦耳热之比 Q 1 ：Q 2 =1 ：4 D.通过线圈某截面的电荷量之比 q 1 ：q 2 =1 ：2 4.如图4-5-11所示，PQRS 为一正方形导线框，它以恒定速度向右进人以 MN 为 边界的匀强磁场，磁场方向垂直线框平面，MN 线与线框的边成45角， E、F 分别是 PS 和 PQ 的中点.关于线框中的感应电流，正确的说法是（B ） A.当 E 点经过边界 MN 时，线框中感应电流最大 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 5.如图
9、4-5-12所示，边长为0.5m 和0.4m 的矩形线圈在 B=0.1T 的匀强磁场中从水平方向转到竖直方向，若 B 与水平方向间的夹角为30，线圈电阻为0.01， 求此过程中通过线圈的电荷量。6一种测量血管中血流速度的仪器原理如图4-5-13所示，在动脉血管两侧分别 安装电极并加有磁场.设血管直径是2.0 mm，磁场的磁感应强度为0.080 T，电 压表测出的电压为0.10 mV，求血流速度的大小。 流动的血液相当于导体在磁场中做切割磁感线运动，其在磁场中切割磁感 线的有效长度等于垂直于磁场方向的血管直径2.0 mm，电压表的读数0.10 mV 等于血管在这一直径两端的感应电动势，那么由公式
10、E=BLv 得血流速度大小 为： v=E/BL=0.1010 -3 / （0.0802.010 -3 ）m/s=0.625 m/s. 7如图4-5-14所示，倾角 =30，宽度 L=1m 的足够长的 U 形平行光滑金属导 轨，固定在磁感应强度 B=1T，范围充分大的匀强磁场中，磁场方向与导轨平 面垂直.用平行于导轨、功率恒为6W 的牵引力 F 牵引一根质量 m=0.2kg，电 阻 R=1。放在导轨上的金属棒ab，由静止开始沿导轨向上移动(ab 始终与导 轨接触良好且垂直)，当ab 棒移动2.8m 时获得稳定速度，在此过程中，金属 棒产生的热量为5.8J(不计导轨电阻及一切摩擦，取 g=10m
11、s 2 )，求： (1)ab 棒的稳定速度； (2)ab 棒从静止开始达到稳定速度所需时间. 解析(1)ab 棒达到稳定速度后，应具有受力平衡的特点，设此时棒ab 所受安培 力为 F B .则 Fmgsin30+F B ，而 F B =BIL=B 2 L 2 v/R，牵引力 F=P/v ，得 P/v =mgsin30+ B 2 L 2 v/R 代人数据后得 v 1 =2ms ，v 2 =-3m s(舍去)(2)设从静止到稳定速度所需时间为 t.棒 ab 从静止开始到具有稳定速度的过 程中在做变加速直线运动，据动能定理有：Pt-mgsin30sQ=mv 2 /20，代人 数据得 t=1.5s 。
