江蘇省東臺市高中物理 第四章 電磁感應 4.5 電磁感應定律的應用導學案新人教版選修3-2.doc

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4．5電磁感應定律的應用 班級 姓名 ， 1課時 使用時間 一． 學習目標 1．知道感生電動勢和動生電動勢 2．理解感生電動勢和動生電動勢的產(chǎn)生機理 重點：感生電動勢與動生電動勢的概念。 難點：對感生電動勢與動生電動勢實質(zhì)的理解。 二、自學檢測 1、感生電場：由于 的變化而激發(fā)的電場叫感生電場。 2、感生電動勢： ① 概念：感生電場對自由電荷的作用力充當了非靜電力，由感生電場而產(chǎn)生的電動勢叫做 電動勢； ② 計算公式： 。 三、合作探究 任務（一感應電場與感生電動勢 投影教材圖4.5-1，穿過閉會回路的磁場增強，在回路中產(chǎn)生感應電流。是什么力充當非靜電力使得自由電荷發(fā)生定向運動呢？英國物理學家麥克斯韋認為，磁場變化時在空間激發(fā)出一種電場，這種電場對自由電荷產(chǎn)生了力的作用，使自由電荷運動起來，形成了電流，或者說產(chǎn)生了電動勢。這種由于磁場的變化而激發(fā)的電場叫感生電場。感生電場對自由電荷的作用力充當了非靜電力。由感生電場產(chǎn)生的感應電動勢，叫做感生電動勢。 （1）感生電場：由于 的變化而激發(fā)的電場叫感生電場。 （2）感生電動勢： ① 概念：感生電場對自由電荷的作用力充當了非靜電力，由感生電場而產(chǎn)生的電動勢叫做 電動勢； ② 計算公式：。 例題：教材P19，例題分析 任務（二）洛倫茲力與動生電動勢 思考與討論： 1．如圖所示，導體棒CD在均勻磁場中運動。 （1）自由電荷會隨著導體棒運動，并因此受到洛倫茲力。導體中自由電荷的合運動在空間大致沿什么方向？為了方便，可以認為導體中的自由電荷是正電荷。 （2）導體棒一直運動下去，自由電荷是否也會沿著導體棒一直運動下去？為什么？ （3）導體棒的哪端電勢高？ （4）如果用導線C、D兩端連到磁場外的一個用電器上，導體棒中電流是沿什么方向的？ 一段導體切割磁感線運動時相當于一個電源，這時非靜電力與洛倫茲力有關(guān)。由于導體運動而產(chǎn)生的電動勢叫 電動勢。 2．如圖所示，導體棒運動過程中產(chǎn)生感應電流，試分析電路中的能量轉(zhuǎn)化情況。 導體棒中的電流受到安培力作用，安培力的方向與運動方向相反，阻礙導體棒的運動，導體棒要克服安培力做功，將機械能轉(zhuǎn)化為電能。 3．安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)，洛倫茲力不做功，而安培力在這里做了負功，這不矛盾嗎？請分析右圖，洛倫茲力及其兩個分力已經(jīng)在圖中標出，哪個力對應安培力？哪個力對應電動勢的非靜電力？ 3．總結(jié)歸納： 在電磁感應現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢，按其產(chǎn)生的原因不同可分為兩種； ①導線切割磁感線運動時，由于S變化而引起磁通量變化產(chǎn)生的感應電動勢稱為動生電動勢． ②由于磁場中磁感強度B的變化而引起磁通變化產(chǎn)生的感應電動勢稱感生電動勢． 高中階段把這兩種情況統(tǒng)稱為感應電動勢． R1 R2 V 【例題1】如圖所示，在寬為0．5m的平行導軌上垂直導軌放置一個有效電阻為r=0．6Ω的直導體，在導軌的兩端分別連接兩個電阻R1=4Ω、R2=6Ω，其它電阻不計。整個裝置處在垂直導軌向里的勻強磁場中，如圖所示，磁感應強度B=0．1T。當直導體在導軌上以V=6m/s的速度向右運動時， 求：直導體棒兩端的電壓和流過電阻R1和R2的電流大小。 【例題2】如圖所示，用帶有絕緣外皮的導線制成一個圓環(huán)，環(huán)內(nèi)用完全相同的導線折成一個圓內(nèi)接正四邊形，把它們放在一個均勻變化的磁場中，已知圓環(huán)中產(chǎn)生的感應電流為mA，試求內(nèi)接正四邊形中產(chǎn)生的感應電流為多大？（設圓環(huán)內(nèi)及正四邊形的電流磁場不影響外磁場的變化） 【例題3】如圖所示，長L1寬L2 的矩形線圈電阻為R，處于磁感應強度為B的勻強磁場邊緣，線圈與磁感線垂直．求：將線圈以向右的速度 勻速拉出磁場的過程中，求： （1）拉力 F大小 （2）拉力的功率 P （3）拉力做的功W　 ?。?）線圈中產(chǎn)生的電熱 Q （5）通過線圈某一截面的電荷量 q． R M N F 【當堂訓練】 1、如圖所示，在寬為L的水平平行光滑導軌上垂直導軌放置一個直導體棒MN，在導軌的左端連接一個電阻R，其它電阻不計，設導軌足夠長。整個裝置處在垂直導軌豎直向下的勻強磁場中，磁感應強度為B。當直導體棒受到一個垂直導軌水平向右的恒力F作用由靜止開始在導軌上向右運動時，試確定直導體棒的運動情況及其最大速度Vm。 2、一閉合線圈，放在隨時間均勻變化的磁場中，線圈平面和磁場方向垂直，若想使線圈中的感應電流增加一倍，下述方法可行的是：（ ） A．使線圈匝數(shù)增加一倍 B．使線圈截面積增加一倍 C．使線圈匝數(shù)減少一半 D．使磁感應強度的變化率增大一倍 3、MN與PQ為足夠長的光滑金屬導軌，相距L=0．5m，導軌與水平方向成θ=30放置。勻強磁場的磁感應強度B=0．4T，方向與導軌平面垂直指向左上方。金屬棒ab、cd放置于導軌上（與導軌垂直），質(zhì)量分別為mab=0．1kg和mcd=0．2kg，ab、cd的總電阻為R=0．2Ω（導軌電阻不計）。當金屬棒ab在外力的作用下以1．5m/s的速度沿導軌勻速向上運動時，求 （1）當ab棒剛開始沿導軌勻速運動時，cd棒所受安培力的大小和方向。 （2）cd棒運動時能達到的最大速度。 四、檢測清盤 1．以下說法正確的是：（ ） A．用公式E = BLV求出的是電動勢的瞬時值； B．用公式E = BLV求出的電動勢，只限于磁場方向和導線運動方向及導線方向三者互相垂直的情況； C．用E = n（ΔΦ/Δt）求出的電動勢是Δt內(nèi)的平均電動勢； D．用E = n（ΔΦ/Δt）求出的電動勢是t時刻的即時電動勢。 2．在垂直于勻強磁場的平面內(nèi)，固定著同種導線制成的同心金屬圓環(huán)A、B，環(huán)半徑為RB=2RA。當磁場隨時間均勻變化時，兩環(huán)中感應電流IA：IB為（ ） A．1：2 B．2：1 C．1：4 D．4：1 3．一根長L＝0．40m的直導線，在磁感應強度B＝0．5T的勻強磁場中運動，設直導線垂直于磁感線，運動方向跟磁感線也垂直，那么當直導線的速度為__________m/s時，該直導線中感應電動勢的大小才能為1．5V。 O a 4．如圖所示勻強磁場方向水平向外，磁感應強度B＝0．20T，金屬棒Oa長L＝0．60m，繞O點在豎直平面內(nèi)以角速度ω＝100rad/s順時針勻速轉(zhuǎn)動，則金屬棒中感應電動勢的大小是__________。 5．在磁感應強度B為0．4T的勻強磁場中，讓長0．2m的導體ab在金屬框上以6m/s的速度向右移動，如圖所示，此時ab中感應電動勢的大小等于________V；如果R1＝6Ω，R2=3Ω，其他部分的電阻不計，則通過ab的電流大小為__________A。 6．如圖所示，在一個光滑金屬框架上垂直放置一根L=0．4m的金屬棒 ab，其電阻r=0．1Ω．框架左端的電阻R=0．4Ω．垂直框面的勻強磁場的磁感強度B=0．1T．當用外力使棒ab以速度v=5m／s右移時，ab棒中產(chǎn)生的感應電動勢E=__________，通過ab棒的電流I=__________，ab棒兩端的電勢差Uab=__________，在電阻R上消耗的功率PR=__________W，在ab棒上消耗的發(fā)熱功率Pr=__________W，切割運動中產(chǎn)生的電功率P=__________W 。 7．如圖所示，在勻強磁場中，導體ab與光滑導軌緊密接觸，ab在向右的拉力F作用下以速度v做勻速直線運動，當電阻R的阻值增大時，若速度v不變，則 （ ） A．F的功率減小 B．F的功率增大 C．F的功率不變 D．F的大小不變 8．一個200匝、面積為20cm2在圓形線圈，放在勻強磁場中，磁場的方向與線圈平面成300角，磁感應強度在0．05s內(nèi)由0．1T增加到0．5T。在此過程中，穿過線圈的磁通量變化量是多大？磁通量的平均變化率是多大？線圈中感應電動勢的大小為少？ 五、學有所得