1、山東省新泰市汶城中學(xué)高二物理選修3-2電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況學(xué)案 人教版自主體驗(yàn)一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的感生電場(chǎng)1電磁場(chǎng)理論與感生電場(chǎng)：(1)電磁場(chǎng)理論：變化的電場(chǎng)周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)周圍產(chǎn)生電場(chǎng)由19世紀(jì)60年代的_提出 (2)感生電場(chǎng)：變化的磁場(chǎng)周圍所產(chǎn)生的電場(chǎng)2感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：(1)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：感生電場(chǎng)中的導(dǎo)體正是在_的作用下，自由電荷發(fā)生定向移動(dòng)，形成_或_. (2)非靜電力就是_對(duì)自由電荷的作用二、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的洛倫茲力1.動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)：導(dǎo)體在磁場(chǎng)中_運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)2.產(chǎn)生原因：由于導(dǎo)體中的自由電子受到_作用引起的，使自由電荷做定向移動(dòng)的非靜電力是_ 3.切割導(dǎo)體的特點(diǎn)：運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體是

2、_，所在的電路是_電路知識(shí)探究一、感生電動(dòng)勢(shì)1產(chǎn)生機(jī)理：如圖所示，當(dāng)磁場(chǎng)變化時(shí)，產(chǎn)生的感生電場(chǎng)的電場(chǎng)線是與磁場(chǎng)方向垂直的曲線如果空間存在閉合導(dǎo)體，導(dǎo)體中的自由電荷就會(huì)在電場(chǎng)力的作用下定向移動(dòng)，而產(chǎn)生感應(yīng)電流，或者說導(dǎo)體中產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)2特點(diǎn)：(1)感生電場(chǎng)是一種渦旋電場(chǎng)，電場(chǎng)線是閉合的.(2)感生電場(chǎng)的產(chǎn)生跟空間中是否存在閉合電路無關(guān).3方向判定：感生電場(chǎng)的方向根據(jù)閉合電路(或假想的閉合電路)中感應(yīng)電流的方向確定，即利用楞次定律判斷.二、動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)1產(chǎn)生機(jī)理：一段導(dǎo)體在做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)自由電荷隨導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，則必受洛倫茲力，自由電荷在洛倫茲力作用下產(chǎn)生定向移動(dòng)，這樣自由電荷在導(dǎo)

3、體兩端聚集，從而使導(dǎo)體兩端產(chǎn)生電勢(shì)差，這就是動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)，此時(shí)若電路閉合，則電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流說明：(1)當(dāng)電路不閉合時(shí)，切割磁感線的導(dǎo)體兩端積聚電荷，則在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生附加電場(chǎng)，電荷在受洛倫茲力的同時(shí)也受電場(chǎng)力作用 (2)電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生與電路是否閉合無關(guān)2方向判定：動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的方向用右手定則來判定，即“四指”指電動(dòng)勢(shì)的方向3對(duì)動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)中電荷所受洛倫茲力的理解：(1)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體中的自由電子，不僅隨導(dǎo)體以速度v運(yùn)動(dòng)，而且還沿導(dǎo)體以速度u做定向移動(dòng)，如圖所示因此，導(dǎo)體中的電子的合速度v合等于v和u的矢量和，所以電子受到的洛倫茲力為F合ev合B，F(xiàn)合與合速度v合 垂直(2)從做功角度分析，由于F合與v合垂直

4、，它對(duì)電子不做功，更具體地說，F(xiàn)合的一個(gè)分量是F1evB，這個(gè)分力做功，產(chǎn)生動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)F合的另一個(gè)分量是F2euB，阻礙導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)做負(fù)功可以證明兩個(gè)分力F1和F2所做的功的代數(shù)和為零結(jié)果仍然是洛倫茲力并不提供能量，而只是起傳遞能量的作用，即外力克服洛倫茲力的一個(gè)分力F2所做的功通過另一個(gè)分力F1轉(zhuǎn)化為能量 .4-5-1.典例剖析題型一：感應(yīng)電場(chǎng)方向的判斷【例1】如圖1所示，內(nèi)壁光滑、水平放置的玻璃圓環(huán)內(nèi)，有一直徑略小于圓環(huán)直徑的帶正電的小球，以速率v0沿逆時(shí)針方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，若在此空間突然加上方向豎直向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間成正比例增加的變化磁場(chǎng)設(shè)運(yùn)動(dòng)總結(jié)反思過程中小球帶電荷量不變，那么()A小球

5、對(duì)玻璃圓環(huán)的壓力一定不斷增大 B小球所受的磁場(chǎng)力一定不斷增大 圖1C小球先沿逆時(shí)針方向減速運(yùn)動(dòng)，之后沿順時(shí)針方向加速運(yùn)動(dòng)D磁場(chǎng)力對(duì)小球一直不做功題型二：感生電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算【例2】如圖2所示，L10.5 m，L20.8 m，回路總電阻為R0.2 ，M0.04 kg，導(dǎo)軌光滑，開始時(shí)磁場(chǎng)B01 T現(xiàn)使磁感應(yīng)強(qiáng)度以B/t=0.2 T/s的變化率均勻地增大，試求：當(dāng)t為多少時(shí)，M剛離開地面？(g取10 m/s2) 圖2A變式訓(xùn)練1：如圖3所示的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有兩根相距20 cm固定的平行金屬光滑導(dǎo)軌MN和PQ.磁場(chǎng)方向垂直于MN、PQ所在平面導(dǎo)軌上放置著ab、cd兩根平行的可動(dòng)金屬細(xì)棒在兩棒中點(diǎn)OO之間拴

6、一根40 cm長(zhǎng)的細(xì)繩，繩長(zhǎng)保持不變?cè)O(shè)磁感應(yīng)強(qiáng)度B以1.0 T/s的變化率均勻減小，abdc回路的電阻為0.50 .求：當(dāng)B減小到10 T時(shí)，兩可動(dòng)邊所受磁場(chǎng)力和abdc回路消耗的功率 圖3 題型三：動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算【例3】如圖所示，三角形金屬框架MON平面與勻強(qiáng)磁場(chǎng)B垂直，導(dǎo)體ab能緊貼金屬框架運(yùn)動(dòng)，且始終與導(dǎo)軌ON垂直當(dāng)導(dǎo)體ab從O點(diǎn)開始勻速向右平動(dòng)時(shí)，速度為v0，試求bOc回路中某時(shí)刻的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的函數(shù)關(guān)系式變式訓(xùn)練2：如圖所示，金屬桿ab以恒定的速率v在光滑平行導(dǎo)軌上向右滑行，設(shè)整個(gè)電路中總電阻為R(恒定不變)，整個(gè)裝置置于垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，下列敘述正確的是()Aab

7、桿中的電流與速率v成正比B磁場(chǎng)作用于ab桿的安培力與速率v成正比C電阻R上產(chǎn)生的電熱功率與速率v的平方成正比D外力對(duì)ab桿做功的功率與速率v的平方成正比題型四：電磁感應(yīng)的圖象問題A【例4】如圖右甲所示，矩形導(dǎo)線框abcd固定在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感線的方向與導(dǎo)線框所在平面垂直規(guī)定磁場(chǎng)的正方向垂直紙面向里，磁應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖乙所示，若規(guī)定順時(shí)針方向?yàn)楦袘?yīng)電流i的正方向，下列it圖中正確的是() .4-5-2.變式訓(xùn)練3：如圖所示，等腰三角形內(nèi)分布有垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，它的底邊在x軸上且長(zhǎng)為2L，高為L(zhǎng)，紙面內(nèi)一邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形導(dǎo)線框沿x軸正方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)穿過勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，在t0時(shí)

8、刻恰好位于圖4512所示的位置，以順時(shí)針方向?yàn)閷?dǎo)線框中電流的正方向，在圖4513中，能夠正確表示導(dǎo)線框的電流位移(Ix)關(guān)系的是()課堂練習(xí)1下列說法中正確的是()A感生電場(chǎng)是由變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生B恒定的磁場(chǎng)也能在周圍空間產(chǎn)生感生電場(chǎng)C感生電場(chǎng)的方向也同樣可以用楞次定律和右手螺旋定則來判定D感生電場(chǎng)的電場(chǎng)線是閉合曲線，其方向一定是沿逆時(shí)針方向2如圖所示，在豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，將一水平放置的金屬棒ab以水平速度v拋出，且棒與磁場(chǎng)垂直，設(shè)棒在落下的過程中方向不變且不計(jì)空氣阻力，則金屬棒在運(yùn)動(dòng)的過程中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小變化情況是()A越來越大 B越來越小 C保持不變 D無法判斷課后練習(xí)1某空間出現(xiàn)了

9、如圖1所示的一組閉合電場(chǎng)線，方向從上向下看是順時(shí)針的，這可能是()A沿AB方向磁場(chǎng)在迅速減弱B沿AB方向磁場(chǎng)在迅速增強(qiáng)C沿BA方向磁場(chǎng)在迅速增強(qiáng)D沿BA方向磁場(chǎng)在迅速減弱 圖1 圖22如圖2所示，一金屬半圓環(huán)置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，當(dāng)磁場(chǎng)突然減弱時(shí)，則兩端點(diǎn)的電勢(shì)( )AN點(diǎn)電勢(shì)高 BM點(diǎn)電勢(shì)高C若磁場(chǎng)不變，將半圓環(huán)繞MN軸旋轉(zhuǎn)180的過程中，N點(diǎn)電勢(shì)高 D若磁場(chǎng)不變，將半圓環(huán)繞MN軸旋轉(zhuǎn)180的過程中，M點(diǎn)電勢(shì)高A3在豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，水平放置一個(gè)不變形的單匝金屬圓線圈，規(guī)定線圈中感應(yīng)電流的正方向如圖3甲所示，當(dāng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t發(fā)生如圖乙所示變化時(shí)，下圖中正確表示線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E變化

10、的是() 圖3 .4-5-3.總結(jié)反思4如圖4所示，導(dǎo)體AB在做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，因而在電路中有電流通過，下列說法中正確的是()A因?qū)w運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)稱為動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)B動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生與洛倫茲力有關(guān)C動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生與電場(chǎng)力有關(guān)D動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的原因是一樣的A5光滑曲面與豎直平面的交線是拋物線，如圖5所示，拋物線的方程 圖4為yx2，其下半部處在一個(gè)水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)的上邊界是ya的直線(圖中的虛線所示)，一個(gè)質(zhì)量為m的小金屬塊從拋物線yb(ba)處以速度v沿拋物線下滑，假設(shè)拋物線足夠長(zhǎng)，則金屬塊在曲面上滑動(dòng)的過程中產(chǎn)生的焦耳熱總量是()Amgb B.mv2Cmg(ba) Dmg(ba)mv2 圖5 6如圖6所示，將勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的線圈(正方形，邊長(zhǎng)為L(zhǎng))以不同的速度v1和v2勻速拉出磁場(chǎng)，線圈電阻為R，那么兩次拉出過程中，外力做功之比W1W2_.外力做功功率之比P1P2_.7如圖所示，長(zhǎng)為L(zhǎng)0.2 m、電阻為r0.3 、質(zhì)量為m0.1 kg的金屬棒CD垂直放在位于水平面上的兩條平行光滑金屬導(dǎo)軌上，兩導(dǎo)軌間距也為L(zhǎng)，棒與導(dǎo)軌接觸良好，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，導(dǎo)軌左端接有R0.5 的電阻，量程為03.0 A的電