1、课堂导学课堂自测第5课时 电磁感应现象的两类情况课堂导学课堂自测 研究学考把握考情知识内容电磁感应现象的两类情况考试要求加试b教学要求1.初步了解感生电场和感生电动势2初步了解动生电动势和电磁感应中的洛伦兹力的作用3知道感生电动势与动生电动势是感应电动势的两种不同的类型4会用楞次定律判断感生电场的方向，用左手定则判断洛伦兹力的方向5会求解与电路分析、电路计算结合的简单电磁感应问题说明1.在电磁感应现象中，不要求判断电路中各点电势的高低2不要求计算既有感生电动势，又有动生电动势的电磁感应问题课堂导学课堂自测知识点一 电磁感应现象中的感生电场基 础 梳 理 1感生电场磁场时会在周围空间激发一种，这
2、种电场与静电场不同，它不是由电荷产生的，我们把这种电场叫做。2感生电动势(1)定义：由感生电场产生的感应电动势称为。(2)大小：E nt 。(3)方向判断：和右手螺旋定则。变化电场感生电场感生电动势楞次定律课堂导学课堂自测要 点 精 讲1对于感生电场的理解(1)感生电场是一种涡旋电场，电场线是闭合的。涡旋电场也会对电荷产生力的作用。(2)实际问题中我们常要由磁场的方向和强弱变化的情况，根据楞次定律或安培定则来确定感生电场的方向。(3)感生电场的存在与电路是否闭合无关。课堂导学课堂自测2对于感生电动势的理解(1)电路中电源的电动势是非静电力对自由电荷的作用；在电池中，这种力表现为化学作用；在感生
3、电动势中感生电场对电荷的静电力，相当于电源内部的非静电力。(2)感生电动势的方向与感生电场的感生电流方向一致，电路中存在感生电场产生感生电动势的导体部分充当电源，其电路为内电路，当它与外电路接通后就会对外电路供电。(3)感生电动势的大小可由法拉第电磁感应定律求解，公式为 Ent。课堂导学课堂自测【例1】某空间出现了如图1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，有关磁感应强度的变化与感生电场的方向关系描述正确的是()图1课堂导学课堂自测A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B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逆时针方向C
4、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D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课堂导学课堂自测解析 感生电场中磁场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即感生电场的方向：从上向下看应为顺时针方向；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时针方向，所以A、D正确。答案 AD课堂导学课堂自测知识点二 电磁感应现象中的洛伦兹力基 础 梳 理 1成因：导体棒做切割磁感线运动时，导
5、体棒中的自由电荷随棒一起定向运动，并因此受到洛伦兹力。2动生电动势：由于而产生的感应电动势。3动生电动势中的非静电力：与有关。导体运动洛伦兹力课堂导学课堂自测要 点 精 讲要点1 对动生电动势的理解(1)动生电动势的产生一段导体做切割磁感线运动时，导体内的自由电荷随导体在磁场中运动，则必受洛伦兹力。自由电荷在洛伦兹力作用下产生定向移动，这样异种电荷分别在导体两端聚集，从而使导体两端产生电势差，这就是动生电动势。若电路闭合，则电路中产生感应电流。(2)动生电动势的大小和方向大小：EBlv(B的方向与v的方向垂直)。方向：根据楞次定律或右手定则确定。课堂导学课堂自测【例 2】如图 2 所示，导体棒
6、 CD 放在光滑水平金属导轨上，已知匀强磁场的磁感应强度为 0.4 T，方向垂直纸面向里，导体棒长度与导轨宽度恰相等，L20 cm，导体棒的电阻 r10，外接电阻 R30。不计金属导轨的电阻。当用水平拉力 F拉着 CD 棒以 10 m/s 的速度向右匀速运动时，求：(1)流经 CD 棒的电流大小及方向；(2)要维持导体棒匀速运动所需的水平外力多大？图2课堂导学课堂自测解析(1)由 EBLv，得 E0.8 V则 I ERr0.83010 A0.02 A由右手定则可知，感应电流方向流经 CD 时为 DC。(2)当水平外力与导体棒所受安培力大小相等时，棒匀速运动，所以 FBIL0.40.020.2
7、N1.6103 N。答案(1)0.02 A 由 D 流向 C(2)1.6103 N课堂导学课堂自测名师点睛 解决该问题的基本思路是：确定电源，分析电动势是感生电动势还是动生电动势，选物理规律确定其大小和方向，再分析电路结构，由欧姆定律求电流，最后由安培力公式计算安培力的大小。课堂导学课堂自测要点2 感生电动势和动生电动势的区别感生电动势动生电动势产生原因磁场的变化导体做切割磁感线运动移动电荷的非静电力感生电场对自由电荷的电场力导体中自由电荷所受洛伦兹力沿导体方向的分力回路中相当于电源的部分处于变化磁场中的线圈部分做切割磁感线运动的导体课堂导学课堂自测方向判断方法由楞次定律判断通常由右手定则判断
8、，也可由楞次定律判断大小计算方法由 Ent计算通常由 EBlv 计算，也可由 Ent计算课堂导学课堂自测特别提醒 有些情况下，动生电动势和感生电动势具有相对性。例如，将条形磁铁插入线圈中，如果在相对磁铁静止的参考系内观察，线圈运动，产生的是动生电动势；如果在相对线圈静止的参考系中观察，线圈中磁场变化，产生感生电动势。课堂导学课堂自测【例 3】如图 3 所示，水平导轨的间距 L10.5 m，ab 杆与导轨左端的距离 L20.8 m，由导轨与 ab 杆所构成的回路的总电阻R0.2，方向竖直向下的匀强磁场的磁感应强度 B01 T，重物的质量 M0.04 kg，用细绳通过定滑轮与 ab 杆的中点相连，
9、各处的摩擦均可忽略不计。现使磁场以Bt 0.2 T/s 的变化率均匀地增大，试求当 t 为多少时，M 刚好离开地面(取 g10 m/s2)。图3课堂导学课堂自测解析 根据法拉第电磁感应定律，感生电动势Et Bt L1L20.08 V回路中的感应电流为 IER0.4 Aab 杆所受的安培力 F 安BIL1(B0Bt t)IL10.2(10.2t)当 M 刚好离开地面时，有 F 安Mg0.4 N。联立解得 t5 s。答案 5 s课堂导学课堂自测【例4】如图4所示，半径为R的圆形导轨处在垂直于圆平面的匀强磁场中，磁感应强度为B，方向垂直于纸面向里，一根长度略大于导轨直径的导体棒MN以速率v在圆导轨上
10、从左端滑到右端，电路中的定值电阻为r，其余电阻不计，导体棒与圆形导轨接触良好。求：(1)在滑动过程中通过电阻r的电流的平均值；(2)MN从左端到右端的整个过程中，通过r的电荷量；(3)当MN通过圆导轨中心时，通过r的电流大小。图4课堂导学课堂自测解析(1)计算平均电流，应该用法拉第电磁感应定律，先求出平均感应电动势。整个过程磁通量的变化为 BSBR2，所用的时间 t2Rv，代入E t BR22R vBRv2通过 r 的平均电流 I Er BRv2r。(2)通过 r 的电荷量 q I tBRv2r 2Rv BR2r。课堂导学课堂自测(3)MN 经过圆导轨中心 O 时，感应电动势为EBlv2BRv
11、通过 r 的电流为 IEr2RBvr。答案(1)BRv2r (2)BR2r(3)2RBvr课堂导学课堂自测1关于电磁感应现象中的感生电场，下列说法正确的是()A感生电场不同于静电场，其电场线是闭合曲线B由感生电场产生的感生电动势的表达式为 EntC感生电场产生感生电动势中的非静电力是洛伦兹力D感生电动势对应的非静电力对自由电荷不做功课堂导学课堂自测解析 磁场变化时在空间激发的一种电场称为感生电场，不同于静止电荷产生的电场(静电场)，其电场线是闭合曲线，选项 A 正确；变化的磁场引起磁通量的变化，进而产生感生电动势，所以感生电动势的表达式为 Ent，选项 B 正确；感生电场产生感生电动势中的非静
12、电力是感生电场对自由电荷的作用力，即电场力，对自由电荷要做功，选项 C、D 错误。答案 AB课堂导学课堂自测2闭合电路的一部分导体在做切割磁感线运动时，将产生电动势，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伦兹力有关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 根据动生电动势产生的机理可知，导体切割磁感线，电荷在洛伦兹力的作用下形成电流，故选项A、B正确，C、D错误。答案 AB课堂导学课堂自测3如图5甲所示，一闭合线圈固定在垂直于纸面的匀强磁场中，设向里的方向为磁感应强度B的正方向，线圈中的
13、箭头为电流i的正方向。已知线圈中感应电流i随时间t变化的图象如图乙所示，则磁感应强度随时间变化的图象可能是()图5课堂导学课堂自测课堂导学课堂自测解析 00.5 s，由题图分析可知，磁场垂直纸面向里均匀增大或垂直纸面向外均匀减小，A 不可能；0.51.5 s，磁感应强度斜率的绝对值与 00.5 s 磁感应强度斜率的绝对值相等，斜率符号相反，B 不可能；同理分析其他时间段可知 C、D 可能。答案 CD课堂导学课堂自测4如图 6，一个半径为 L 的半圆形硬导体 AB 以速度 v，在水平U 形框架上匀速滑动，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
14、，则半圆形导体 AB 切割磁感线产生感应电动势的大小及 A、B 之间的电势差分别为()ABLv BLvR0R0rB2BLv BLvC2BLv 2BLvR0R0rDBLv 2BLv图6课堂导学课堂自测解析 半圆形导体 AB 切割磁感线产生感应电动势的大小为 EB2Lv2BLv，AB 相当于电源，其两端的电压是外电压，由欧姆定律得 U R0R0rE2BLvR0R0r，故选 C。答案 C课堂导学课堂自测5如图 7 甲所示，轻质细线吊着一质量 m0.32 kg、边长 L0.8 m、匝数 n10 的正方形线圈，总电阻为 r1，边长为L2的正方形磁场区域对称分布在线圈下边的两侧，磁场方向垂直纸面向里，大小随时间的变化如图乙所示，从 t0 开始经 t0 时间细线开始松弛，取 g10 m/s2。求：图7课堂导学课堂自测(1)从 t0 到 tt0 时间内线圈中产生的电动势；(2)从 t0 到 tt0 时间内线圈的电功率；(3)t0 的值。解析(1)由法拉第电磁感应定律得Ent nBt 12(L2)20.4 V(2)IEr0.4 A，PI2r0.16 W课堂导学课堂自测(3)分析线圈受力可知，当细线松弛时有F 安nBt0IL2mg，IEr，则 Bt02mgrnEL 2 T由图象知 Bt010.5t0(T)，解得 t02 s答案(1)0.4 V(2)0.16 W(3)2 s