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1、 第四章：电磁感应 第 5 节：电磁感应现象的两类情况 1知道感生电场。知道感生电场。2知道感生电动势和动生电动势及其区别与联系。知道感生电动势和动生电动势及其区别与联系。 首先通过观察交流电作用下，铝环从铁芯中跳出，让学生分析其原首先通过观察交流电作用下，铝环从铁芯中跳出，让学生分析其原理，引入新课，然后回顾恒定电流中电动势的概念以及非静电力的特点。理，引入新课，然后回顾恒定电流中电动势的概念以及非静电力的特点。观察套在铁芯上的圆形线圈中灯泡发光，分析得到变化的磁场周围存在观察套在铁芯上的圆形线圈中灯泡发光，分析得到变化的磁场周围存在电场，得出非静电力的来源，并结合感生电场和感生电动势在生活
2、中的电场，得出非静电力的来源，并结合感生电场和感生电动势在生活中的应用。接着利用闭合电路部分导体切割磁感线产生感应电动势和感应电应用。接着利用闭合电路部分导体切割磁感线产生感应电动势和感应电流，通过分析导体棒内部电荷的受力特点和运动状态分析，得出动生电流，通过分析导体棒内部电荷的受力特点和运动状态分析，得出动生电动势的概念和非静电力的来源。最后通过感生电动势和动生电动势的比动势的概念和非静电力的来源。最后通过感生电动势和动生电动势的比较，得出感应电动势之间的联系和区别，并通过例题使学生对两个感应较，得出感应电动势之间的联系和区别，并通过例题使学生对两个感应电动势进行比较应用。电动势进行比较应用
3、。 在新课前，首先复习了电动势的理解和非静电力的概念，再利用视在新课前，首先复习了电动势的理解和非静电力的概念，再利用视频和动画的形式，让学生直观了解电荷的受力和运动情况，得出感应电频和动画的形式，让学生直观了解电荷的受力和运动情况，得出感应电动势中非静电力的来源，让学生对比了解感生电动势和动生电动势的区动势中非静电力的来源，让学生对比了解感生电动势和动生电动势的区别。但是又通过表格的形式，让学生整体把握两种感应电动势的特点，别。但是又通过表格的形式，让学生整体把握两种感应电动势的特点，最后通过例题，让学生对两种感应电动势的产生有更广泛的理解。最后通过例题，让学生对两种感应电动势的产生有更广泛
4、的理解。观察变化电场使铝环从铁芯中跳出观察变化电场使铝环从铁芯中跳出观察变化电场使铝环从铁芯中跳出观察变化电场使铝环从铁芯中跳出导体切割磁感线导体切割磁感线导体切割磁感线导体切割磁感线BA哪些办法可以使电路中产生感应电动势？哪些办法可以使电路中产生感应电动势？(1) S 不变，不变，B 变化变化(2) B 不变，不变，S 变化变化开关闭合，改变滑动片的位置开关闭合，改变滑动片的位置开关闭合，改变滑动片的位置开关闭合，改变滑动片的位置BA线圈线圈 B 相当相当于电源于电源导体棒导体棒 AB 相当于电源相当于电源2. 每一个电动势都对应有一种非静每一个电动势都对应有一种非静电力电力正是由于非静电力
5、做功把其正是由于非静电力做功把其他形式的能转化为电能。他形式的能转化为电能。感应电动势对应的非静电力是一种什么样的作用感应电动势对应的非静电力是一种什么样的作用? ?1. 电路中电动势的作用是某种非静电电路中电动势的作用是某种非静电力对自由电荷的作用。力对自由电荷的作用。 一个闭合电路静止于磁场中，一个闭合电路静止于磁场中，由于磁场强弱的变化，闭合电路由于磁场强弱的变化，闭合电路内产生了感应电动势。这种情况内产生了感应电动势。这种情况下，哪一种作用是非静电力下，哪一种作用是非静电力? ?一、感生电场与感生电动势一、感生电场与感生电动势磁场变强磁场变强磁场变强磁场变强观察变化磁场产生电场，使圆形
6、线圈中灯泡发光观察变化磁场产生电场，使圆形线圈中灯泡发光观察变化磁场产生电场，使圆形线圈中灯泡发光观察变化磁场产生电场，使圆形线圈中灯泡发光(1) 定义：定义：变化的磁场在周围空间激发的电场叫感生电变化的磁场在周围空间激发的电场叫感生电场场 ( 涡旋电场涡旋电场 )。(3) 电场线：电场线：是闭合的曲线。是闭合的曲线。1. 感生感生电场(2) 方向：方向：就是感生电流的方向，用楞次定律判断。就是感生电流的方向，用楞次定律判断。一、感生电场与感生电动势一、感生电场与感生电动势感生电场是产生感生电动势的原因。感生电场是产生感生电动势的原因。2. 感生感生电动势由感生电场产生的电动势叫感应电动势由感
7、生电场产生的电动势叫感应电动势。感生电动势所感生电动势所对应的非静电力是感生电场对自由电荷的作用。对应的非静电力是感生电场对自由电荷的作用。3. 应用实例应用实例 铁芯铁芯电子束电子束环形真空环形真空管道管道线圈线圈(1) (1) 电子感应加速器电子感应加速器电子感应加速器电子感应加速器：电子感应加速器是电子感应加速器是用感生电场来加速用感生电场来加速电子电子的一种设备。的一种设备。 它的柱形电磁铁在两极间产生磁场。在磁场中安置一个环它的柱形电磁铁在两极间产生磁场。在磁场中安置一个环形真空管道作为电子运行的轨道。当形真空管道作为电子运行的轨道。当磁场发生变化磁场发生变化时，就会沿时，就会沿管道
8、方向管道方向产生感生电场产生感生电场。射入其中的电子就。射入其中的电子就受到感生电场的持受到感生电场的持续作用续作用而不断加速。而不断加速。 第四代照明灯具：第四代照明灯具：寿命是白炽灯的寿命是白炽灯的 100 倍，节能比倍，节能比传统意义节能灯还节能一倍。传统意义节能灯还节能一倍。(2) (2) 电电子感子感子感子感应应灯灯灯灯无电极、无灯丝、高光效、高显色、长寿命无电极、无灯丝、高光效、高显色、长寿命B1. 如图所示是一水平放置的玻璃圆环形小槽，槽内光滑，槽如图所示是一水平放置的玻璃圆环形小槽，槽内光滑，槽宽度和深度处处相同。现将一直径略小于槽宽的带正电小球宽度和深度处处相同。现将一直径略
9、小于槽宽的带正电小球放在槽中，让它获得一初速度放在槽中，让它获得一初速度 v0，与此同时，有一变化的磁，与此同时，有一变化的磁场竖直向下穿过玻璃环形小槽外径所对应的圆面积，磁感应场竖直向下穿过玻璃环形小槽外径所对应的圆面积，磁感应强度的大小跟时间成正比增大，设小球在运动过程中所带电强度的大小跟时间成正比增大，设小球在运动过程中所带电荷量不变，则荷量不变，则 ()A. 小球受到的向心力大小不变小球受到的向心力大小不变B. 小球受到的向心力大小不断增加小球受到的向心力大小不断增加C. 洛伦兹力对小球做了功洛伦兹力对小球做了功D. 小球受到的洛伦兹力大小与时间成正比小球受到的洛伦兹力大小与时间成正比
10、观察闭合电路导体棒移动，回路中产生电动势，观察闭合电路导体棒移动，回路中产生电动势，观察闭合电路导体棒移动，回路中产生电动势，观察闭合电路导体棒移动，回路中产生电动势，了解动生电动势的本质。了解动生电动势的本质。了解动生电动势的本质。了解动生电动势的本质。1. 自由电荷会随着导体棒运动，并因此受到洛伦兹力。导自由电荷会随着导体棒运动，并因此受到洛伦兹力。导体中自由电荷的合运动在空间大致沿什么方向？为了方便，体中自由电荷的合运动在空间大致沿什么方向？为了方便，可以认为导体中的自由电荷是正电荷。可以认为导体中的自由电荷是正电荷。 导体中自由电荷导体中自由电荷( (正电荷正电荷) )具具有水平方向的
11、速度，由左手定则有水平方向的速度，由左手定则可判断受到沿棒向上的可判断受到沿棒向上的洛伦兹力洛伦兹力作用，其作用，其合运动是斜向上的合运动是斜向上的。 DCF洛洛v2. 导体棒一直运动下去，自由电荷是否也会沿着导体棒一直导体棒一直运动下去，自由电荷是否也会沿着导体棒一直运动下去？为什么运动下去？为什么? 自由电荷不会一直运动下自由电荷不会一直运动下去。因为去。因为 C、D 两端聚集电荷两端聚集电荷越来越多，在越来越多，在 CD 棒间产生的棒间产生的电场越来越强，当电场力等于电场越来越强，当电场力等于洛伦兹力时，自由电荷不再定洛伦兹力时，自由电荷不再定向运动。向运动。 DCF电电vF洛洛C 端电
12、势高端电势高3. 导体棒的哪端电势比较高导体棒的哪端电势比较高? DCv 4. 如果用导线把如果用导线把 C、D 两端连到磁场外的一个用电器上，导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体棒中电流是沿什么方向的?IDCvM从能的角度定量了解从能的角度定量了解动生生电动势 导体棒中电流是由导体棒中电流是由 D 指向指向 C 的。此时导体棒可以看作是的。此时导体棒可以看作是一个电源，导体棒切割磁感线一个电源，导体棒切割磁感线产生了产生了动生电动势动生电动势。 1. 由于由于导体的运动导体的运动 ( 切割磁感线切割磁感线 ) 而产生的感应电动而产生的感应电动势叫势叫动生电动势动生电动
13、势。 注意：注意：动生电动势与洛伦兹力有关，但洛伦兹力动生电动势与洛伦兹力有关，但洛伦兹力始终不做功始终不做功。2. 动生电动势所对应的非静电力是洛伦兹力的分力。动生电动势所对应的非静电力是洛伦兹力的分力。二、洛伦兹力与动生电动势二、洛伦兹力与动生电动势2. 在倾角为在倾角为 的两平行光滑长直金属导轨的下端接有一电阻的两平行光滑长直金属导轨的下端接有一电阻 R，导轨自身的电阻可忽略不计，有一匀强磁场与两金属导轨平，导轨自身的电阻可忽略不计，有一匀强磁场与两金属导轨平面垂直，方向垂直于导轨面向上。质量为面垂直，方向垂直于导轨面向上。质量为 m，电阻可不计的金，电阻可不计的金属棒属棒 ab，在沿着
14、导轨面且与棒垂直的恒力，在沿着导轨面且与棒垂直的恒力 F 作用下沿导轨匀速作用下沿导轨匀速上滑，上升高度为上滑，上升高度为 h，如图所示。则在此过程中，如图所示。则在此过程中 ( ) A. 恒力恒力 F 在数值上等于在数值上等于 mgsin B. 恒力恒力 F 对金属棒对金属棒 ab 所做的功等于所做的功等于 mgh C. 恒力恒力 F 与重力的合力对金属棒与重力的合力对金属棒 ab 所做所做 的功等于电阻的功等于电阻 R上释放的焦耳热上释放的焦耳热 D. 恒力恒力 F 与重力的合力对金属棒与重力的合力对金属棒 ab所做所做 的功等于零的功等于零C 解析：金属棒解析：金属棒 ab 沿导轨匀速上
15、滑，合外力为零，恒力沿导轨匀速上滑，合外力为零，恒力 F 在数在数值上等于重力沿导轨方向的分力与安培力之和，故值上等于重力沿导轨方向的分力与安培力之和，故 A 错；动错；动能不变，拉力做功等于克服重力和安培力做功，克服重力做能不变，拉力做功等于克服重力和安培力做功，克服重力做的功等于重力势能的增加，克服安培力做的功最终转化为电的功等于重力势能的增加，克服安培力做的功最终转化为电阻阻 R上释放的焦耳热，故上释放的焦耳热，故 B 错；恒力与重力的合力对金属棒错；恒力与重力的合力对金属棒做的功等于克服安培力做的功，大小等于电阻做的功等于克服安培力做的功，大小等于电阻 R 上释放的焦上释放的焦耳热，耳
16、热，C 对对 D 错。错。动生电动势动生电动势感生电动势感生电动势特点特点原因原因非静非静电力电力来源来源方向方向楞次定律楞次定律楞次定律或右手定则楞次定律或右手定则非静电力是洛仑兹力非静电力是洛仑兹力的分力的分力，由洛仑兹力对运动电荷作用由洛仑兹力对运动电荷作用而产生电动势而产生电动势由于由于 S 变化变化引起回路中引起回路中 变化变化由于由于 B 变化变化引起回路中引起回路中 变化变化非静电力是感生电场力非静电力是感生电场力，由感生电场力对电荷做功由感生电场力对电荷做功而产生电动势而产生电动势磁场不变磁场不变，闭合电路的整体，闭合电路的整体或局部在磁场中或局部在磁场中运动运动导致回导致回路
17、中磁通量变化路中磁通量变化闭合回路的任何部分都不闭合回路的任何部分都不动，空间动，空间磁场变化磁场变化导致回导致回路中磁通量变化路中磁通量变化二、洛伦兹力与动生电动势二、洛伦兹力与动生电动势一、感生电场与感生电动势一、感生电场与感生电动势动生电动势的大小：动生电动势的大小：E = BLv1. 如图所示，两根相距为如图所示，两根相距为 L 的竖直平行金属导轨位于磁的竖直平行金属导轨位于磁感应强度为感应强度为 B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中，导轨、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属杆 ab、cd
18、 质量均为质量均为 m，电阻均为，电阻均为 R，若要使，若要使 cd 静止静止不动，则不动，则 ab 杆应向杆应向_运动，速度大小为运动，速度大小为_，作用于作用于 ab 杆上的外力大小是杆上的外力大小是_。向上向上 2mg 2. 如图甲所示，金属棒如图甲所示，金属棒 ab 长长 L = 0.4 m ，电阻大小为，电阻大小为 1 ，自，自 t = 0开始从导轨最左以开始从导轨最左以 v = 1 m/s 向右匀速运动，向右匀速运动，B 随随 t 变化关系如图乙，则变化关系如图乙，则 ( )vB/Tt/s0.52011.0甲甲甲甲乙乙乙乙CDA. 1 s 末回路中电动势为末回路中电动势为 0.8
19、V B. 1 s 末回路中电动势为末回路中电动势为 1.6 V C. 1 s 末末 ab 棒所受磁场力为棒所受磁场力为 0.64 N D. 1 s 末末 ab 棒所受磁场力为棒所受磁场力为 1.28 N 3. 如如图图甲甲所所示示，两两根根足足够够长长的的直直金金属属导导体体 MN、PQ 平平行行放放置置在在倾倾角角为为 的的绝绝缘缘斜斜面面上上，两两导导轨轨间间距距为为 L。M、P 两两点点间间接接有有阻阻值值为为 R 的的电电阻阻。一一根根质质量量为为 m 的的均均匀匀直直金金属属杆杆 ab 放放在在两两导导轨轨上上，并并与与导导轨轨垂垂直直。整整套套装装置置处处于于磁磁感感应应强强度度为
20、为 B 的的匀匀强强磁磁场场中中，磁磁场场方方向向垂垂直直斜斜面面向向下下。导导轨轨和和金金属属杆杆的的电电阻阻可可忽忽略略。让让 ab 杆杆沿沿导导轨轨由由静静止止开开始始下下滑滑，导轨和金属杆接触良好，不计它们之间的摩擦。导轨和金属杆接触良好，不计它们之间的摩擦。(1) 由由 b 向向 a 方方向向看看到到的的装装置置如如图图乙乙所所示示，请请在在图图中中画画出出 ab 杆杆下下滑滑过过程中某时刻的受力示意图；程中某时刻的受力示意图；(2) 在加速下滑过程中，当在加速下滑过程中，当 ab 杆的速杆的速度大小为度大小为 v 时，求此时时，求此时 ab 杆中的电流杆中的电流及其加速度的大小；及其加速度的大小；(3)求在下滑过程中，求在下滑过程中，ab 杆可以达到的杆可以达到的最大速度。最大速度。
