1、.1第四章第四章 电磁感应电磁感应第第5 5节节 法拉第电磁感应的两类情况法拉第电磁感应的两类情况.2课标定位课标定位学习目标：学习目标：1.了解感生电场，知道感生电动势产生的原因会判断感了解感生电场，知道感生电动势产生的原因会判断感生电动势的方向，并会计算它的大小生电动势的方向，并会计算它的大小 2了解动生电动势的产生以及与洛伦兹力的关系了解动生电动势的产生以及与洛伦兹力的关系.会判断会判断动生电动势的方向，并会计算它的大小动生电动势的方向，并会计算它的大小.3了解电磁感应规律的一般应用，会联系科技实例进行了解电磁感应规律的一般应用，会联系科技实例进行分析分析重点难点：重点难点：1.感生电动
2、势以及动生电动势的产生机理感生电动势以及动生电动势的产生机理 2.灵活运用电磁感应定律和楞次定律解决电磁感应问题灵活运用电磁感应定律和楞次定律解决电磁感应问题.3+-+非静电力非静电力每一种每一种电动势电动势都对应有一种都对应有一种非静电力非静电力这种转化的本领用这种转化的本领用电动势电动势来描述来描述非静电非静电力做功力做功其它形其它形式的能式的能电能电能电动势的方向电动势的方向在电源内部由在电源内部由负极负极正极正极复习与回顾复习与回顾.4开关闭合（断开）开关闭合（断开）,或改变滑片的位置或改变滑片的位置部分导体切割磁感线部分导体切割磁感线线圈线圈B相当相当于电源于电源导体棒导体棒AB相当
3、于电源相当于电源感生电动势感生电动势动生电动势动生电动势 复习与回顾：复习与回顾：哪部分相当于电源？哪部分相当于电源？.5I 如图所示，闭合导体环处于磁场如图所示，闭合导体环处于磁场越来越强越来越强的磁场中，的磁场中，环的半径为环的半径为R，磁感应强度的，磁感应强度的变化率变化率为为B/t.-BE感感B感感导体环中的感应电流的方向？导体环中的感应电流的方向？导体中自由电子做怎样的定向移动？导体中自由电子做怎样的定向移动？是什么作用使自由电子做定向移动？是什么作用使自由电子做定向移动？感生电场感生电场由变化的磁场激发；由变化的磁场激发；电场线呈闭合状，形同漩涡；电场线呈闭合状，形同漩涡；涡旋面与
4、磁场方向垂直；涡旋面与磁场方向垂直；与感应磁场方向满足右手螺旋。与感应磁场方向满足右手螺旋。一一.电磁感应现象中的电磁感应现象中的感生磁场感生磁场感生电场方向感生电场方向的判断方法：的判断方法：感生电场的方向判断：感生电场的方向判断：楞次楞次定律定律右手右手螺旋螺旋+.6 如图所示，如图所示，开口导体环开口导体环处于磁场处于磁场越来越越来越 强强的磁场中，的磁场中，环的半径为环的半径为R，磁感应强度的，磁感应强度的变化率变化率为为B/t.如果环有个小缺口而不闭合有感生电场吗？如果环有个小缺口而不闭合有感生电场吗？一一.电磁感应现象中的电磁感应现象中的感生磁场感生磁场.7 如图所示，如图所示，开
5、口导体环开口导体环处于磁场处于磁场越来越强越来越强的磁场中，的磁场中，环的半径为环的半径为R，磁感应强度的，磁感应强度的变化率变化率为为B/t.-+-tnE环中的自由电荷还会定向移动吗？将在哪环中的自由电荷还会定向移动吗？将在哪一端聚集？哪一端相当于电源的正极？一端聚集？哪一端相当于电源的正极？感生电动势方向的判断：感生电动势方向的判断：感生电动势大小的计算：感生电动势大小的计算：如果环有个小缺口而不闭合有感生电场吗？如果环有个小缺口而不闭合有感生电场吗？SSBSB12E感感 一一.电磁感应现象中的电磁感应现象中的感生磁场感生磁场楞次楞次定律定律.8 感生电场由变化的磁场激发感生电场由变化的磁
6、场激发，而非闭合环激发，而非闭合环激发，故：与环闭合与否、存在与否故：与环闭合与否、存在与否均无关均无关！.91.某空间出现了如图所示的磁场，当磁感应强度变化时，在某空间出现了如图所示的磁场，当磁感应强度变化时，在垂直于磁场的方向上会产生感生电场，有关磁感应强度的垂直于磁场的方向上会产生感生电场，有关磁感应强度的变化与感生电场的方向关系描述正确的是变化与感生电场的方向关系描述正确的是()A当磁感应强度均匀增大时，感生电场的电场当磁感应强度均匀增大时，感生电场的电场线从上向下看应为顺时针方向线从上向下看应为顺时针方向 B当磁感应强度均匀增大时，感生电场的电场当磁感应强度均匀增大时，感生电场的电场
7、线从上向下看应为逆时针方向线从上向下看应为逆时针方向 C当磁感应强度均匀减小时，感生电场的电场当磁感应强度均匀减小时，感生电场的电场线从上向下看应为顺时针方向线从上向下看应为顺时针方向 D当磁感应强度均匀减小时，感生电场的电场当磁感应强度均匀减小时，感生电场的电场线从上向下看应为逆时针方向线从上向下看应为逆时针方向.10解析：解析：选选AD.感生电场中电场线的方向用楞次定律感生电场中电场线的方向用楞次定律来判定：原磁场向上且磁感应强度在增大，在周围来判定：原磁场向上且磁感应强度在增大，在周围有闭合导线的情况下，感应电流的磁场方向应与原有闭合导线的情况下，感应电流的磁场方向应与原磁场方向相反，即
8、感应电流的磁场方向向下，再由磁场方向相反，即感应电流的磁场方向向下，再由右手螺旋定则得到感应电流的方向是：从上向下看右手螺旋定则得到感应电流的方向是：从上向下看应为顺时针方向，则感生电场的方向从上向下看也应为顺时针方向，则感生电场的方向从上向下看也为顺时针方向；同理可知，原磁场方向向上且磁感为顺时针方向；同理可知，原磁场方向向上且磁感应强度减小时，感生电场的方向从上向下看应为逆应强度减小时，感生电场的方向从上向下看应为逆时针方向选项时针方向选项AD正确正确.11竖直向上竖直向上逆逆时时针针顺顺时时针针竖直向下竖直向下俯视图俯视图I实际应用：实际应用：电子加速器电子加速器.12(1)(1)自由电
9、荷会随着导自由电荷会随着导体棒运动体棒运动,并因此受到并因此受到洛伦兹力。洛伦兹力。导体中自由导体中自由电荷的合运动在空间大电荷的合运动在空间大致沿什么方向？致沿什么方向？为了方为了方便，可以认为导体中的便，可以认为导体中的自由电荷是自由电荷是正电荷正电荷。BVfVy+-(2)(2)导体棒一直运导体棒一直运动下去，自由电动下去，自由电荷是否总会沿着荷是否总会沿着导体棒一直运动导体棒一直运动下去下去?F电电CD(3)(3)导体棒的哪导体棒的哪端电势比较高端电势比较高?(4)(4)如果用导线如果用导线把把C C、D D两端连到两端连到磁场外的一个用磁场外的一个用电器上，导体棒电器上，导体棒中电流是
10、沿什么中电流是沿什么方向的方向的?(5)(5)如果移去如果移去C C、D D两端连接的用电两端连接的用电器，导体棒中还器，导体棒中还有电流吗有电流吗?还有电还有电动势吗动势吗?V合合 一一.电磁感应现象中的洛伦兹力电磁感应现象中的洛伦兹力.13BVfVy+FCD动生电动势的非静电力：动生电动势的非静电力：与洛伦兹力有关与洛伦兹力有关右手定则右手定则V合合BLvEqvBLEq 一一.电磁感应现象中的洛伦兹力电磁感应现象中的洛伦兹力:动生电动势动生电动势.14BVfVy+-FCDf2V合合F F安安F F外外 沿杆方向的洛伦兹力做功吗沿杆方向的洛伦兹力做功吗?与我们在与我们在磁场磁场学习学习时得到
11、的结论：时得到的结论：“洛伦兹力永不做功！洛伦兹力永不做功！”矛盾吗？矛盾吗？f合合 导体棒接用电器后，要继续做导体棒接用电器后，要继续做匀速运动匀速运动时还需要外时还需要外力推动吗？力推动吗？能量是怎样转化的呢？能量是怎样转化的呢？其它形式的能其它形式的能F外外做正功做正功导体棒的动能导体棒的动能F安安做负功做负功电电 能能电流做功电流做功内能内能f做正功做正功 一一.电磁感应现象中的洛伦兹力电磁感应现象中的洛伦兹力:动生电动势动生电动势.15BVfVy+-FCDf2F F安安F F外外能量是怎样转化的呢？能量是怎样转化的呢？其它形式的能其它形式的能F外外做正功做正功导体棒的动能导体棒的动能
12、F安安做负功做负功电电 能能电流做功电流做功内能内能 洛伦兹力不做功，不提供能量，只是洛伦兹力不做功，不提供能量，只是起起传递能量传递能量的作用。的作用。洛伦兹力的沿杆分力洛伦兹力的沿杆分力f f：扮演了扮演了非静电力非静电力，其做了多少正功，就转化出了多少电能。其做了多少正功，就转化出了多少电能。洛伦兹力的垂直杆分力洛伦兹力的垂直杆分力f f2 2：宏观表现为宏观表现为安安培力培力，通过计算克服安培力做了多少功，通过计算克服安培力做了多少功，也可知道产生了多少电能。也可知道产生了多少电能。vtBILItEBLvE 一一.电磁感应现象中的洛伦兹力电磁感应现象中的洛伦兹力:动生电动势动生电动势.
13、162下列说法中正确的是下列说法中正确的是()A动生电动势是洛伦兹力的一个分力对导体中自动生电动势是洛伦兹力的一个分力对导体中自由电荷做功而引起的由电荷做功而引起的 B因为洛伦兹力对运动电荷始终不做功，所以动因为洛伦兹力对运动电荷始终不做功，所以动生电动势不是由洛伦兹力而产生的生电动势不是由洛伦兹力而产生的 C动生电动势的方向可以由右手定则来判定动生电动势的方向可以由右手定则来判定 D导体棒切割磁感线产生感应电流，受到的安导体棒切割磁感线产生感应电流，受到的安培力一定与受到的外力大小相等、方向相反培力一定与受到的外力大小相等、方向相反.17解析：解析：选选AC.洛伦兹力的一个分力对导体中自由电
14、洛伦兹力的一个分力对导体中自由电荷做功是产生动生电动势的本质，荷做功是产生动生电动势的本质，A、C正确，正确，B错错误；只有在导体棒做匀速切割时，除安培力以外的误；只有在导体棒做匀速切割时，除安培力以外的力的合力才与安培力大小相等、方向相反，做变速力的合力才与安培力大小相等、方向相反，做变速运动时不成立，故运动时不成立，故D错误错误.18感应电场方向的判断感应电场方向的判断 如图所示，内壁光滑、水平放置的玻璃圆环内，有如图所示，内壁光滑、水平放置的玻璃圆环内，有一直径略小于圆环直径的带正电的小球，以速率一直径略小于圆环直径的带正电的小球，以速率v0沿逆时沿逆时针方向匀速转动，若在此空间突然加上
15、方向竖直向上、磁针方向匀速转动，若在此空间突然加上方向竖直向上、磁感应强度感应强度B随时间成正比例增加的变化磁场设运动过程中随时间成正比例增加的变化磁场设运动过程中小球带电荷量不变，那么小球带电荷量不变，那么()A小球对玻璃圆环的压力一定不断增大小球对玻璃圆环的压力一定不断增大B小球所受的磁场力一定不断增大小球所受的磁场力一定不断增大C小球先沿逆时针方向减速运动，之后沿顺时针方向加小球先沿逆时针方向减速运动，之后沿顺时针方向加速运动速运动D磁场力对小球一直不做功磁场力对小球一直不做功.19.20变式变式1：如图所示，一金属半圆环置于匀强磁场如图所示，一金属半圆环置于匀强磁场中，当磁场突然减弱时
16、，则两端点的电势中，当磁场突然减弱时，则两端点的电势()AN点电势高点电势高 BM点电势高点电势高 C若磁场不变，将半圆环绕若磁场不变，将半圆环绕MN轴轴旋转旋转180的过程中，的过程中，N点电势高点电势高 D若磁场不变，将半圆环绕若磁场不变，将半圆环绕MN轴轴旋转旋转180的过程中，的过程中，M点电势高点电势高.21解析：解析：选选BD.将半圆环补充为圆形回路，由楞次定将半圆环补充为圆形回路，由楞次定律可判断圆环中产生的感应电动势方向在半圆环中律可判断圆环中产生的感应电动势方向在半圆环中由由N指向指向M，即，即M点电势高，点电势高，B正确；若磁场不变，正确；若磁场不变，半圆环绕半圆环绕MN轴
17、旋转轴旋转180的过程中，由楞次定律可的过程中，由楞次定律可判断，半圆环中产生的感应电动势在半圆环中由判断，半圆环中产生的感应电动势在半圆环中由N指向指向M，即，即M点电势高，点电势高，D正确正确.22 如图所示，如图所示，L10.5 m，L20.8 m，回路总电，回路总电阻为阻为R0.2，M0.04 kg，导轨光滑，开始时磁，导轨光滑，开始时磁场场B01 T现使磁感应强度以现使磁感应强度以B/t0.2 T/s的变的变化率均匀地增大，试求：当化率均匀地增大，试求：当t为多少时，为多少时，M刚离开地刚离开地面？面？(g取取10 m/s2)感生电动势的计算感生电动势的计算.23.24变式变式2：如
18、图所示的匀强磁场中，有两根相距如图所示的匀强磁场中，有两根相距20 cm固定的平行金属光滑导轨固定的平行金属光滑导轨MN和和PQ.磁场方向垂直于磁场方向垂直于MN、PQ所在平面导轨上放置着所在平面导轨上放置着ab、cd两根平行两根平行的可动金属细棒在两棒中点的可动金属细棒在两棒中点OO之间拴一根之间拴一根40 cm长的细绳，绳长保持不变设磁感应强度长的细绳，绳长保持不变设磁感应强度B以以1.0 T/s的变化率均匀减小，的变化率均匀减小，abdc回路的电阻为回路的电阻为0.50.求：求：当当B减小到减小到10 T时，两可动边所受磁场力和时，两可动边所受磁场力和abdc回回路消耗的功率路消耗的功率
19、.25.26 如图所示，三角形金属框架如图所示，三角形金属框架MON平面与匀强平面与匀强磁场磁场B垂直，导体垂直，导体ab能紧贴金属框架运动，且始能紧贴金属框架运动，且始终与导轨终与导轨ON垂直当导体垂直当导体ab从从O点开始匀速向右平点开始匀速向右平动时，速度为动时，速度为v0，试求，试求bOc回路中某时刻的感应电回路中某时刻的感应电动势随时间变化的函数关系式动势随时间变化的函数关系式动生电动势的计算动生电动势的计算.27.28变式变式3：如图所示，金属杆如图所示，金属杆ab以恒定的速率以恒定的速率v在光滑平行在光滑平行导轨上向右滑行，设整个电路中总电阻为导轨上向右滑行，设整个电路中总电阻为
20、R(恒定不变恒定不变)，整，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，下列叙述正确的是是()Aab杆中的电流与速率杆中的电流与速率v 成正比成正比B磁场作用于磁场作用于ab杆的安培力与速率杆的安培力与速率v 成正比成正比C电阻电阻R上产生的电热功率与速率上产生的电热功率与速率v 的平方成正比的平方成正比D外力对外力对ab杆做功的功率与速率杆做功的功率与速率v 的平方成正比的平方成正比.29.30电磁感应的图象问题电磁感应的图象问题 如图甲所示，矩形导线框如图甲所示，矩形导线框abcd固定在匀强磁场中，固定在匀强磁场中，磁感线的方向与导线框所在平面垂
21、直规定磁场的正方向磁感线的方向与导线框所在平面垂直规定磁场的正方向垂直纸面向里，磁感应强度垂直纸面向里，磁感应强度B随时间变化的规律如图乙所随时间变化的规律如图乙所示，若规定顺时针方向为感应电流示，若规定顺时针方向为感应电流i的正方向，下列的正方向，下列it图图(如图丙如图丙)中正确的是中正确的是().31.32变式变式4：如图所示，等腰三角形内分布有垂直于纸面向外如图所示，等腰三角形内分布有垂直于纸面向外的匀强磁场，它的底边在的匀强磁场，它的底边在x轴上且长为轴上且长为2L，高为，高为L，纸面内，纸面内一边长为一边长为L的正方形导线框沿的正方形导线框沿x轴正方向做匀速直线运动穿轴正方向做匀速
22、直线运动穿过匀强磁场区域，在过匀强磁场区域，在t0时刻恰好位于图时刻恰好位于图4512所示的位所示的位置，以顺时针方向为导线框中电流的正方向，在图中，能置，以顺时针方向为导线框中电流的正方向，在图中，能够正确表示导线框的电流够正确表示导线框的电流位移位移(Ix)关系的是关系的是().33.34第第5节节 电磁感应现象的两类情况电磁感应现象的两类情况一、电磁感应现象中的感生电场一、电磁感应现象中的感生电场1、感生电场：（涡旋电场）、感生电场：（涡旋电场）（2 2）电场线呈闭合状，形同漩涡；）电场线呈闭合状，形同漩涡；涡旋面与磁场方向垂直；涡旋面与磁场方向垂直；与感应磁场方向遵从右手螺旋。与感应磁
23、场方向遵从右手螺旋。（3 3）判断方法：楞次定律）判断方法：楞次定律+右手螺旋右手螺旋（1 1）由变化的磁场激发；）由变化的磁场激发；2、感生电动势、感生电动势（1）非静电力：感生电场对电荷的作用力）非静电力：感生电场对电荷的作用力（2）方向判断：楞次定律）方向判断：楞次定律+右手螺旋右手螺旋（3）大小：）大小：tBSntnE 应用：电子感应加速器应用：电子感应加速器二、电磁感应现象中的洛伦兹力二、电磁感应现象中的洛伦兹力:动生电动势动生电动势1 1、非静电力：与洛伦兹力有关、非静电力：与洛伦兹力有关2 2、方向判断：右手定则、方向判断：右手定则3 3、大小：、大小：BLvEqvBqLE4 4、从能的转化与守恒角度：、从能的转化与守恒角度：BLvEvtBILEIt.35小小 结结.36作作 业业1.1.第第1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6题；题；2.2.金版学案对应章节。金版学案对应章节。.37THANKS
