物理选修35 电磁感应现象的两类情况导学案

这是一份物理选修35 电磁感应现象的两类情况导学案，共5页。学案主要包含了电磁感应现象中的感生电场，电磁感应现象中的洛伦兹力等内容，欢迎下载使用。

一、电磁感应现象中的感生电场
1．电磁场理论与感生电场：(1)电磁场理论：变化的电场周围产生磁场，变化的磁场周围产生电场．由19世纪60年代的__________提出． (2)感生电场：变化的磁场周围所产生的电场．
2．感应电动势：(1)感应电动势：感生电场中的导体正是在___________的作用下，自由电荷发生定向移动，形成_____或___________. (2)非静电力就是_________对自由电荷的作用．
二、电磁感应现象中的洛伦兹力
1.动生电动势：导体在磁场中___________运动时产生的电动势．
2.产生原因：由于导体中的自由电子受到_________作用引起的，使自由电荷做定向移动的非静电力是_________． 3.切割导体的特点：运动的导体是_____，所在的电路是___电路．
知识探究
一、感生电动势
1．产生机理：如图所示，当磁场变化时，产生的感生电场的电场线是与磁场方向垂直的曲线．如果空间存在闭合导体，导体中的自由电荷就会在电场力的作用下定向移动，而产生感应电流，或者说导体中产生了感应电动势．
2．特点：(1)感生电场是一种涡旋电场，电场线是闭合的.
(2)感生电场的产生跟空间中是否存在闭合电路无关.
3．方向判定：感生电场的方向根据闭合电路(或假想的闭合电路)中感应电流的方向确定，即利用楞次定律判断.
二、动生电动势
1．产生机理：一段导体在做切割磁感线运动时，导体内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，这样自由电荷在导体两端聚集，从而使导体两端产生电势差，这就是动生电动势，此时若电路闭合，则电路中产生感应电流．
说明：(1)当电路不闭合时，切割磁感线的导体两端积聚电荷，则在导体内产生附加电场，电荷在受洛伦兹力的同时也受电场力作用． (2)电动势的产生与电路是否闭合无关．
2．方向判定：动生电动势的方向用右手定则来判定，即“四指”指电动势的方向．
3．对动生电动势中电荷所受洛伦兹力的理解：(1)运动导体中的自由电子，
不仅随导体以速度v运动，而且还沿导体以速度u做定向移动，如图所示．因此，
导体中的电子的合速度v合等于v和u的矢量和，所以电子受到的洛伦兹力为
F合＝ev合B，F合与合速度v合 垂直．
(2)从做功角度分析，由于F合与v合垂直，它对电子不做功，更具体地说，
F合的一个分量是F1＝evB，这个分力做功，产生动生电动势．F合的另一个分
量是F2＝euB，阻碍导体运动做负功．可以证明两个分力F1和F2所做的功的
代数和为零．结果仍然是洛伦兹力并不提供能量，而只是起传递能量的作用，即
外力克服洛伦兹力的一个分力F2所做的功通过另一个分力F1转化为能量．
.4-5-1.
典例剖析
题型一：感应电场方向的判断
【例1】如图1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v0沿逆时针方向匀速转动，若在此空间突然加上方向竖直向上、磁感应强度B随时间成正比例增加的变化磁场．设运动
总结反思
过程中小球带电荷量不变，那么( )
A．小球对玻璃圆环的压力一定不断增大 B．小球所受的磁场力一定不断增大 图1
C．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
D．磁场力对小球一直不做功
题型二：感生电动势的计算
【例2】如图2所示，L1＝0.5 m，L2＝0.8 m，回路总电阻为R＝0.2 Ω，M＝0.04 kg，导轨光滑，开始时磁场B0＝1 T．现使磁感应强度以ΔB/Δt=0.2 T/s的变化率均匀地增大，试求：当t为多少时，M刚离开地面？(g取10 m/s2)
图2
A变式训练1：如图3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MN和PQ.磁场方向垂直于MN、PQ所在平面．导轨上放置着ab、cd两根平行的可动金属细棒．在两棒中点OO′之间拴一根40 cm长的细绳，绳长保持不变．设磁感应强度B以1.0 T/s的变化率均匀减小，abdc回路的电阻为0.50 Ω.求：当B减小到10 T时，两可动边所受磁场力和abdc回路消耗的功率．
图3
题型三：动生电动势的计算
【例3】如图所示，三角形金属框架MON平面与匀强磁场B垂直，
导体ab能紧贴金属框架运动，且始终与导轨ON垂直．当导体ab从O点开始匀速向右平动时，速度为v0，试求bOc回路中某时刻的感应电动势随时间变化的函数关系式．
变式训练2： 如图所示，金属杆ab以恒定的速率v在光滑平行导轨上向右滑行，设整个电路中总电阻为R(恒定不变)，整个装置置于垂直纸面向里的匀强磁场中，下列叙述正确的是( )
A．ab杆中的电流与速率v成正比
B．磁场作用于ab杆的安培力与速率v成正比
C．电阻R上产生的电热功率与速率v的平方成正比
D．外力对ab杆做功的功率与速率v的平方成正比
题型四：电磁感应的图象问题
A【例4】如图右甲所示，矩形导线框abcd固定在匀强磁场中，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，
磁应强度B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i的正方向，下列i－t图中正确的是( )
.4-5-2.
变式训练3：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x轴上且长为2L，高为L，纸面内一边长为L的正方形导线框沿x轴正方向做匀速直线运动穿过匀强磁场区域，在t＝0时刻恰好位于图4－5－12所示的位置，以顺时针方向为导线框中电流的正方向，在图4－5－13中，能够正确表示导线框的电流—位移(I－x)关系的是( )
课堂练习
1．下列说法中正确的是( )
A．感生电场是由变化的磁场产生
B．恒定的磁场也能在周围空间产生感生电场
C．感生电场的方向也同样可以用楞次定律和右手螺旋定则来判定
D．感生电场的电场线是闭合曲线，其方向一定是沿逆时针方向
2．如图所示，在竖直向下的匀强磁场中，将一水平放置的金属棒ab以水平速度v抛出，且棒与磁场垂直，设棒在落下的过程中方向不变且不计空气阻力，则金属棒在运动的过程中产生的感应电动势大小变化情况是( )
A．越来越大 B．越来越小 C．保持不变 D．无法判断
课后练习
1．某空间出现了如图1所示的一组闭合电
场线，方向从上向下看是顺时针的，这可能
是( )
A．沿AB方向磁场在迅速减弱
B．沿AB方向磁场在迅速增强
C．沿BA方向磁场在迅速增强
D．沿BA方向磁场在迅速减弱 图1 图2
2．如图2所示，一金属半圆环置于匀强磁场中，当磁场突然减弱时，则两端点的电势( )
A．N点电势高 B．M点电势高
C．若磁场不变，将半圆环绕MN轴旋转180°的过程中，N点电势高
D．若磁场不变，将半圆环绕MN轴旋转180°的过程中，M点电势高
A3．在竖直向上的匀强磁场中，水平放置一个不变形的单匝金属圆线圈，规定线圈中感应电流的正方向如图3甲所示，当磁场的磁感应强度B随时间t发生如图乙所示变化时，下图中正确表示线圈中感应电动势E变化的是( )
图3
.4-5-3.
总结反思
4．如图4所示，导体AB在做切割磁感线运动时，将产生一个感应电动势，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
A5．光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图5所示，抛物线的方程 图4
为y＝x2，其下半部处在一个水平方向的匀强磁场中，磁场的上边界是y＝a
的直线(图中的虚线所示)，一个质量为m的小金属块从抛物线y＝b(b>a)处
以速度v沿抛物线下滑，假设抛物线足够长，则金属块在曲面上滑动的过程
中产生的焦耳热总量是( )
A．mgb B.eq \f(1,2)mv2
C．mg(b－a) D．mg(b－a)＋eq \f(1,2)mv2 图5
6．如图6所示，将匀强磁场中的线圈(正方形，边长为L)以不同的速
度v1和v2匀速拉出磁场，线圈电阻为R，那么两次拉出过程中，外力做功
之比W1∶W2＝________.外力做功功率之比P1∶P2＝________.
7．如图所示，长为L＝0.2 m、电阻为r＝0.3 Ω、质量为m＝0.1 kg的金属棒CD垂直放在位于水平面上的两条平行光滑金属导轨上，两导轨间距也为L，棒与导轨接触良好，导轨电阻不计，导轨左端接有R＝0.5 Ω的电阻，量程为0～3.0 A的电流表串联在一条导轨上，量程为0～1.0 V的电压表接在电阻R的两端，垂直导轨平面的匀强磁场向下穿过平面．现以向右恒定的外力F使金属棒右移，当金属棒以v＝2 m/s的速度在导轨平面上匀速滑动时，观察到电路中的一个电表正好满偏，而另一电表未满偏．问：
(1)此时满偏的电表是什么表？说明理由．
(2)拉动金属棒的外力F有多大？
(3)导轨处的磁感应强度多大？