山东省威海二中高中物理电磁感应规律的应用导学案教科版选修32
山东省威海二中高中物理 第三节 变压器导学案 教科版
第三节 变压器课标：通过实验，探究变压器电压与匝数的关系课标解读：学习目标：1．能说出变压器的构造：原线圈、副线圈、铁心2．能掌握变压器的工作原理：互感现象是变压器工作的基础。
3．能掌握理想变压器，输入和输出功率的关系4．会应用理想变压器的电压与匝数关系、电流与匝数关系5．能解决变压器上的电压是由原线圈决定的，而电流和功率是由副线圈上的负载来决定的 重点难点：变压器的原理课程导学：预习1．变压器的构造包括 、 、 。
2．在原、副线圈上由于由 而发生互感现象，互感现象是变压器工作的基础。
3．理想变压器磁通量全部集中在 内，变压器没有能量损失， 等于输出功率。
4．原、副圈只有一个的理想变压器电压跟匝数的关系： 说明：对理想变压器各线圈上电压与匝数成 关系，不仅适用于情况，对于多个副线圈的情况。
即有 11n U ，这是为什么？5．只有一个副线圈的理想变压器电流跟匝数的关系 ，一旦有多个副线圈时，反比关系即不适用了，可根据输入功率与输出功率相等的关系推导出：U 1I 1= U 2I 2+ U 3I 3+U 4I 4+……再根据U 2=12n n U 1， U 3=13n n U 1 ， U 4=14n n U 4……可得出：n 1I 1= 。
6．变压器上的电压是由 决定的，而电流和功率是由 来决定的。
为什么？ 课堂学习：一、变压器1．定义：用来改变交流电压的设备，称为变压器．说明：变压器不仅能改变交变电流的电压，也能改变交变电流的电流，但是不能改变恒定电流．2．构造：变压器由一个闭合铁芯（是由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成的）和两个线圈（用绝缘导线绕制）组成的．原线圈：和交流电源相连接的线圈（匝数为n 1）．副线圈：和负载相连接的线圈（匝数为n 2）．许多情况副线圈不只一个．二、理想变压器1．理想变压器是一种理想模型．理想变压器是实际变压器的近似．理想变压器有三个特点：（1）铁芯封闭性好，无漏磁现象（2）线圈绕组的电阻不计，无能损现象．（3）铁芯中的电流不计，铁芯不发热，无能损现象．说明：大型变压器能量损失都很小，可看作理想变压器，本章研究的变压器可当作理想变压器处理．2．理想变压器的变压原理：互感现象3．能量转换：变压器是把电能转化为磁场能又把磁场能转化为电能的装置．4．理想变压器的基本关系（1）输出功率输入功率的关系： ．（2）原副线圈两端的电压的关系， ．（3）原副线圈中的电流关系（仅限一个副线圈）， 1221n n I I ．（4）原副线圈的交变电流的周期T 和频率f 相同．5．理想变压器的三个决定关系（1）理想变压器输出功率决定输入功率．当副线圈空载时，变压器的输出功率为零，输入功率也为零，并且输入功率随着负载的变化而变化．若同时有多组副线圈工作，则U 1I 1＝U 2I 2＋U 3I 3＋…＋U n I n 成立．（2）理想变压器副线圈两端电压由原线圈两端电压和匝数比所决定．无论副线圈是否有负载，是单组还是多组，每组副线圈两端电压与原线圈两端电压都满足 ＝ ．（3）理想变压器副线圈中的电流决定原线圈中的电流．原线圈中的电流随副线圈中电流的增大而增大，当有几组副线圈时，原、副线圈中的电流关系为n 1I 1＝n 2I 2＋n 3I 3＋…，其中n 2、n 3…为工作的副线圈的匝数．说明：（1）理想变压器工作时，若增加负载，相当于负载电阻减小，从而副线圈中的电流增大，此时原线圈中电流也增大；若减少负载，相当于负载电阻增大，从而副线圈中的电流减小，此时原线圈中的电流减小；若副线圈空载时，副线圈中的电流为零，那么原线圈中的电流也为零．（3）接在原、副线圈回路中的电表均视为理想电表，其内阻的影响忽略不计．三、几种常用的变压器1．自耦变压器2．调压变压器1 .如图后接在a 、b I ：I ’为（ A .n 22 ，n 222 .如图2A B CD ．当变阻器滑动头向下移动时，原线圈的输入功率将增加3 .在某交流电路中，有一正在工作的变压器，原副线圈匝数分别为n 1=600，n 2=120，电源电压U 1=220V ，原线圈中串联一个0.2A 的保险丝，为了保证保险丝不被烧坏，则( )A .C . 4（匝数都为n 2四种连接法中，符合关系U 1/U 2=n 1/n 2 ， I 1/I 2=n 2/n 1的有A .a 与c 相连， b 与d 相连作为输入端; e 与g 相连、f 与h相连作为输出端B . a 与c 相连， b 与d 相连作为输入端; f 与g 相连、以e 、h 为输出端C . b 与c 相连， 以a 与d 为输入端; f 与g 相连，以e 、h为输出端D . b 与c 5．对于理想变压器，下列说法中正确的是 （ ）A.原线圈的输入功率随着副线圈的输出功率增大而增大B.原线圈的输入电流随着副线圈的输出电流增大而增大C.原线圈的电压不随副线圈的输出电流变化而变化D.当副线圈的电流为零时，原线圈的电压也为零6.如图所示，一个理想变压器，初级线圈接入U=2202sin100πt （V ）的交流电源，初、次级线圈匝数比为10：1，那么 （ ）A.用交流电压表测量次级输出电压为2202VB.次级交流电的频率为100HzC.次级接入R=22Ω的电阻，则初级线圈的电流为1AD.次级接入，R=22Ω的负载，则变压器的输入功率为22W7．如图所示的含有变压器的交流电路中，A 1、A 2都是交流电流表，在开关S 从闭合到断开的过程中，A 1、A 2电流表的读数I 1和I 2的变化情况是 （ ）A.I 1变大，I 2变小B.I 1变小，I 2变大C.I 1、I 2都变小D.I 1、I 2都变大8.如图所示，某理想变压器的原副线圈的匝数均可调节，原线圈两端电压为一最大值不变的正弦交流电，在其他条件不变的情况下，为了使变压器输入功率增大，可使 ( )图16-8a c b de gf h 图4A.原线圈匝数n1增加B.副线圈匝数n2增加C.负载电阻R的阻值增大D.负载电阻R的阻值减小9.如图所示，为一理想变压器，S为单刀双掷开关，P为滑动变阻器的滑动触头，U1为加在原线圈两端的电压，I1为原线圈中的电流，则 ( )A.保持U 1及P的位置不变，S由a合到b时，I1将增大B.保持P的位置及U1不变，S由b合到a时，R消耗的功率增小C.保持U1不变，S合在a处时，使P上滑，I1将增大D.保持P的位置不变，S合到a处时，若U1增大，I1将增大课堂反馈______________________________________________________________________________________________________________________________________________ .。
高中物理第四章《电磁感应》全章教案新课标选修3-2
word〔1〕奥斯特发现电流磁效应引发怎样的哲学思考？法拉第持怎样的观点？〔2〕法拉第的研究是一帆风顺的吗？法拉第面对失败是怎样做的？〔3〕法拉第做了大量实验都是以失败告终，失败的原因是什么？〔4〕法拉第经历了多次失败后，终于发现了电磁感应现象，他发现电磁感应现象的具体的过程是怎样的？之后他又做了大量的实验都取得了成功，他认为成功的“秘诀〞是什么？〔5〕从法拉第探索电磁感应现象的历程中，你学到了什么？谈谈自己的体会。
结合思考题，认真阅读教材，分成小组讨论，发表自己的见解。
〔1〕奥斯特发现电流磁效应引发了对称性的普遍思考：既然电流能够引起磁针的运动，那么磁铁也会使导线产生电流。
法拉第坚信：磁与电之间也应该有类似的“感应〞。
〔2〕法拉第的研究并不是一帆风顺的。
经历了好多次失败，但法拉第始终没有放弃。
直到1831年8月29日，他苦苦寻找了10年之久的“磁生电“的效应终于被发现了。
〔3〕法拉第在1822年12月、1825年11月、1828年4月作过三次集中的实验研究，均以失败告终。
原因在于，法拉第认为，既然奥斯特的实验说明有电流就有磁场，那么有了磁场就应该有电流。
他在实验中用的都是恒定电流产生的磁场。
〔4〕多次失败后，1831年8月29日，法拉第终于发现了电磁感应现象。
他把两个线圈绕到同一个铁环上，如下图。
一个线圈接电源，一个线圈接“电流表〞，在给线圈通电和断电的瞬间，令一个线圈中就出现电流。
之后他又做了大量的实验都取得了成功，他认为成功的“秘诀〞是：“磁生电〞是一种在变化、运动的过程中才能出现的效应。
〔5〕法拉第探索电磁感应现象的历程经历了10年之久，经历了大量的失败，但法拉第凭借自己的坚定信念和对科学的执著追求，勇敢地面对失败，一次又一次，最终成功属于坚持不懈的有心人，他成功了。
作为现代的中学生就要学习法拉第不怕失败、勇敢面对挫折的坚强意志。
〔一〕引入新课本节课我们就来探究电磁感应的产生条件。
〔二〕进行新课1、实验观察〔1〕闭合电路的部分导体切割磁感线如图4.2-1所示。
电磁感应定律的应用-鲁科版选修3-2教案
电磁感应定律的应用-鲁科版选修3-2教案一、教学目标1.掌握电磁感应定律的基本原理和公式；2.了解电磁感应定律的应用；3.能够运用电磁感应定律解决与电磁现象有关的问题；4.培养学生分析问题和解决问题的能力。
二、教学重点1.理解电磁感应定律的基本原理和公式；2.掌握电磁感应定律的应用。
三、教学难点1.运用电磁感应定律解决与电磁现象有关的问题；2.分析问题和解决问题的能力。
四、教学内容及进度安排教学内容授课时间课内教学步骤电磁感应定律的原理30 min 1. 引入电磁感应定律的概念；2. 阐述电磁感应现象的产生和意义；3. 解释电磁感应定律的物理意义和公式；电磁感应定律的应用60 min 1. 讲解电磁感应定律在变压器中的应用以及变压原理；2. 列举电磁感应定律在感应炉中的应用以及感应炉的使用场合；3. 分析电磁感应定律在发电机中的应用以及发电机的发电原理。
课堂练习+提问30 min 1. 小组讨论电磁感应定律的具体应用场合与原理；答疑2. 班级展示讨论结果和互相提问答疑。
五、教学方法1.演示法：将通电线圈和磁铁带入教学，让学生通过观察感受电磁感应现象；2.讲授法：通过讲解的方式将电磁感应定律的原理、公式和应用深入浅出地讲解给学生；3.小组讨论法：将学生分成小组，让他们通过自主探究的方式深化对电磁感应定律的理解；4.提问答疑法：在课堂上及时解答学生提出的问题，激发同学之间的讨论。
六、注意事项1.教师应事先准备好展示讲解所需的教具，确保课堂教学顺利进行；2.学生应主动参与讲解、演示和讨论，积极向老师或同学提问答疑；3.课堂结束后应做好总结，加深学生对本节课所学习内容的理解和记忆。
七、教学反思在本次教学中，我们通过讲解和演示的方式，将电磁感应定律的基本原理、公式和应用深入浅出地讲解给学生，为以后学生面对各种电磁应用场合时提供了一定的参考。
同时，我们也鼓励学生通过小组讨论和提问答疑的方式深化对本节课所学习内容的理解，以提高他们分析问题和解决问题的能力。
山东省威海二中高中物理法拉第电磁感应定律导学案教科版选修32
第三节 法拉第电磁感应定律课标：明白得法拉第电磁感应定律。
学习目标：一、能说出什么是感应电动势；二、能记住法拉第电磁感应定律的内容和数学表达式，会应用法拉第电磁感应定律解答有关问题；3、能记住导体切割磁力线产生的电动势的推导及意义，能够用来解答相关问题。
重点难点：二、3课程导学：一、感应电动势1.感应电动势：产生感应电动势的那部份导体相当于电源，这部份导体的电阻相当于电源内阻。
2．产生条件： 。
3.感应电动势与感应电流的关系：闭合电路欧姆定律。
【练习1】下面说法正确的是（ ）A ．线圈中的磁通量转变越大，线圈中产生的感应电动势就越大B ．线圈中的磁通量转变越快，线圈中产生的感应电动势就越大C ．线圈中的磁通量越大，线圈中产生的感应电动势就越大D ．线圈放在磁场越强的地址，线圈中产生的感应电动势就越大 二、法拉第电磁感应定律一、法拉第电磁感应定律（1）内容：电路中感应电动势的大小跟穿过这一电路的 成正比．（2）公式： ，N 为线圈匝数。
（3）感应电动势E 与磁通量转变率t∆∆ϕ成正比，与磁通量φ、磁通量转变量φ∆无直接联系。
【练习3】如图所示，空间存在两个磁场，磁感应强度大小均为B ，方向相反且垂直纸面，MN 、PQ 为其边界，OO ′为其对称轴。
一导线折成边长为l 的正方形闭合回路abcd ，回路在纸面【练习2】内以恒定速度0υ向右运动，当运动到关于OO ′对称的位置时（ ）A ．穿过回路的磁通量为零B ．回路中感应电动势大小为2B l 0υC ．回路中感应电流的方向为顺时针方向D ．回路中ab 边与cd 边所受安培力方向相同2．导线切割磁感线时的感应电动势：公式：E= 。
（1）一样情形：运动速度v 与磁感应线方向夹角为时（2）E=BL v (垂直平动切割) L 是导线的有效切割长度 (v 为磁场与导体的相对切割速度．．．．．．) (B 不动而导体动；导体不动而B 运动)（3）2212l B lBl v Bl E ωω===(直导体绕一端转动切割磁感线) 【练习4】如图，一个半径为L 的半圆形硬导体AB 以速度v ，在水平U 型框架上匀速滑动，匀强磁场的磁感应强度为B ，回路电阻为R 0半圆形硬导体AB 的电阻为r ，其余电阻不计,则半圆形导体AB 切割磁感线产生感应电动势的大小及AB 之间的电势不同离为( )A. r R BLvR BLv +00;B. BLv BLv ;2C. rR BLvR BLv +002;2 D. BLv BLv 2; 【自主学习】一、如图所示，平行金属导轨的间距为d ，一端跨接一阻值为R 的电阻，匀强磁场的磁感应强度为B ，方向垂直于平行轨道所在平面。
高中物理《1.3 法拉第电磁感应定律的应用》 精品导学案 教科版选修3-2
学案3 习题课：法拉第电磁感应定律的应用[学习目标定位] 1.知道公式E ＝n ΔΦΔt 与E ＝BLv 的区别和联系，能够应用这两个公式求解感应电动势.2.掌握导体棒转动切割磁感线产生感应电动势的计算.3.掌握电磁感应电路中感应电荷量求解的基本思路和方法．1．E ＝n ΔΦΔt和E ＝BLv 的区别和联系(1)研究对象不同：E ＝n ΔΦΔt 研究整个闭合回路，求得的是整个回路的感应电动势．E ＝BLv 研究的是闭合回路上的一部分导体，即做_________运动的导线．求得的是部分导体上的感应电动势． (2)适用范围不同：E ＝n ΔΦΔt适用于各种电磁感应现象；E ＝BLv 只适用于导体在磁场中做切割磁感线运动的情况．(3)实际应用不同：E ＝n ΔΦΔt 应用于_________变化所产生的电磁感应现象较方便；E ＝BLv 应用于导线切割磁感线所产生的电磁感应现象较方便．(4)E 的意义不同：E ＝n ΔΦΔt 一般求得的是________感应电动势，E ＝BLv 一般求得的是__________感应电动势．①求解某一过程(或某一段时间)内的电动势或平均电流以及通过导体某一横截面的电荷量等问题时，应选用E ＝n ΔΦΔt.②求解某一时刻(或某一位置)的电动势、瞬时电流、功率及某段时间内的电功、电热等问题时，应选用E ＝BLv.2．I ＝qt 是电流在时间t 内的_______值，变形公式q=__________可以求时间t 内通过导体某一横截面的电荷量．3．线速度v 与角速度ω的关系：v=_______________.一、E ＝n ΔΦΔt和E ＝BLv 的选用技巧1．E ＝n ΔΦΔt适用于任何情况，一般用于求平均感应电动势．当Δt→0时，E 可为________值．2．E ＝BLv 是法拉第电磁感应定律在导体切割磁感线时的具体表达式，一般用于求瞬时感应电动势，此时v为_______速度，但当v为平均速度时，E可为_________电动势．3．当回路中同时存在两部分导体切割磁感线产生的感应电动势时，总电动势在两者方向相同时______，方向相反时__________(方向相同或相反是指感应电流在回路中的方向)．例1如图1甲所示，固定在水平面上电阻不计的光滑金属导轨，间距d＝0.5 m．右端接一阻值为4 Ω的小灯泡L，在CDEF矩形区域内有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度B按如图乙规律变化．CF长为2 m．在t＝0时，金属棒从图中位置由静止在恒力F作用下向右运动到EF位置，整个过程中，小灯泡亮度始终不变．已知ab金属棒电阻为1 Ω，求：图1(1)通过小灯泡的电流；(2)恒力F的大小；(3)金属棒的质量．例2如图2所示，导轨OM和ON都在纸面内，导体AB可在导轨上无摩擦滑动，若AB以5 m/s的速度从O点开始沿导轨匀速右滑，导体与导轨都足够长，它们每米长度的电阻都是0.2 Ω，磁场的磁感应强度为0.2 T．问：图2(1)3 s末夹在导轨间的导体长度是多少？此时导体切割磁感线产生的感应电动势多大？回路中的电流为多少？(2)3 s内回路中的磁通量变化了多少？此过程中的平均感应电动势为多少？二、电磁感应中的电量问题电磁感应现象中通过闭合电路某截面的电荷量q＝IΔt，而I＝ER＝nΔΦΔtR，则q＝nΔΦR，所以q只和线圈匝数、磁通量的变化量及总电阻有关，与完成该过程需要的时间无关．注意：求解电路中通过的电荷量时，一定要用平均电动势和平均电流计算．例3如图3中甲所示，一个圆形线圈的匝数n＝1 000，线圈面积S＝300 cm2，线圈的电阻r＝1 Ω，线圈外接一个阻值R＝4 Ω的电阻，线圈处在有一方向垂直线圈平面向里的圆形磁场中，圆形磁场的面积S0＝200 cm2，磁感应强度随时间的变化规律如图乙所示．求：图3(1)第4秒时线圈的磁通量及前4 s内磁通量的变化量．(2)前4 s内的感应电动势．(3)前4 s内通过R的电荷量．三、转动切割产生感应电动势的计算例4长为l的金属棒ab以a点为轴在垂直于匀强磁场的平面内以角速度ω做匀速转动，如图4所示，磁感应强度为B.求：图4(1)ab棒各点的速率平均值．(2)ab两端的电势差．(3)经时间Δt金属棒ab所扫过面积中磁通量为多少？此过程中平均感应电动势多大？1．(E ＝nΔΦΔt与E ＝BLv 的选用技巧)如图5所示，一导线弯成半径为a 的半圆形闭合回路．虚线MN 右侧有磁感应强度为B 的匀强磁场．方向垂直于回路所在的平面．回路以速度v 向右匀速进入磁场，直径CD 始终与MN 垂直．从D 点到达边界开始到C 点进入磁场为止，下列结论正确的是( )图5A ．半圆形段导线不受安培力B ．CD 段直导线始终不受安培力C ．感应电动势最大值Em ＝BavD ．感应电动势平均值E ＝14πBav2．(转动切割产生感应电动势的计算)如图6所示，导体棒AB 的长为2R ，绕O 点以角速度ω匀速转动，OB 长为R ，且O 、B 、A 三点在一条直线上，有一磁感应强度为B 的匀强磁场充满转动平面且与转动平面垂直，那么AB 两端的电势差为 ( )图6A.12BωR2 B ．2BωR2 C ．4BωR2D ．6BωR23．(E ＝n ΔΦΔt 与E ＝BLv 的选用技巧)可绕固定轴OO′转动的正方形线框的边长为L ，不计摩擦和空气阻力，线框从水平位置由静止释放，到达竖直位置所用的时间为t ，此时ab 边的速度为v.设线框始终处在竖直向下，磁感应强度为B 的匀强磁场中，如图7所示，试求：图7(1)这个过程中回路中的感应电动势；(2)到达竖直位置瞬间回路中的感应电动势．4．(电磁感应中的电量问题)有一面积为S＝100 cm2的金属环，电阻为R＝0.1 Ω，环中磁场的变化规律如图8所示，且磁场方向垂直纸面向里，在t1到t2时间内，通过金属环的电荷量是多少？图8教师个人研修总结在新课改的形式下，如何激发教师的教研热情，提升教师的教研能力和学校整体的教研实效，是摆在每一个学校面前的一项重要的“校本工程”。
高考物理 第一章“感应电动势与电磁感应定律”教案 鲁科版选修3-2
“ 感应电动势与电磁感应定律”的说课说课内容：《普通高中课程标准实验物理教科书∙物理（选修3-2）》（山东科学技术出版社）第1章第2节。
一． 说教材1、教材的地位、作用和特点电磁感应定律的发现，在物理学上具有重要意义，它实现了磁向电的转化。
“感应电动势与电磁感应定律”是这一章的第二节，既是这章的重点，也是这章的难点之一，其重要性体现在它揭示了电磁感应现象的实质，即电路中产生了感应电动势，这是第一节内容的补充和进一步加深，又为接下来学习抽象的楞次定律提供了基础，积累了推理方法；教材利用充足的实验引导学生对客观规律由感性上升到理性认识，有利于逐步掌握研究物理规律的基本方法，最后经过归纳、演绎得出重要的结论，整个过程对学生有重要的启迪和教育作用。
2、教学目标与教学重点难点《高中物理课程标准》指出：培养学生的实验探究、推理能力是物理教学的总体目标之一，因此根据以上教材分析和《高中物理课程标准》要求制定如下教学目标和确定教学重点难点： 知识、技能目标：（1）知道什么是感应电动势 （2）理解感应电动势的大小与磁通量变化率的关系，掌握法拉第电磁感应定律及应用能力、方法目标：通过实验探究,进一步揭示电与磁的关系，培养学生归纳推理能力和通过观察、实验寻找物理规律的能力．情感、态度目标：通过对电磁感应定律的的学习，体会人类探索自然规律的科学态度和科学精神，发展对科学的好奇心与求知欲。
重点：法拉第电磁感应定律的建立和应用难点：磁通量的变化与变化率的区别，及与感生电动势的关系．二． 说学情学生的知识、能力准备大体有以下几点：1、已学过恒定电流、磁场和磁通量等电学知识2、学习过平行板电容器C=kd s πε4及电阻定律R=sl ρ等用实验总结归纳出的规律，初步接触过通过实验探究得出物理物理规律的方法3、高二学生有较强的探索知识的欲望，但对自然现象的认识比较单一，综合、比较、演绎、推理归纳和知识迁移等抽象思维能力不强，因此在本课中要精心设计实验，培养学生的推理归纳能力，进一步深化学生的物理思想，由此确定以下教法学法三．说教法德国著名教育家第思多惠曾说：“一个不好的教师是给人真理，一个好的教师则教人发现真理”，充分体现“教师主导，学生主体”的教学原则，最大限度地调动学生积极参与教学活动，我采取创设问题情境，引发学生思考，促使学生积极探索、以实验探究、推理、归纳为主线的教学方法。
物理：4.5《电磁感应定律的应用》教案(新人教选修3-2).doc
问题11：如果电流的方向与图示方向相反，请自己判断一下，为使电子加速，电流又应怎样变化？
2、洛伦兹力与动生电动势
析：1．导体中自由电荷（正电荷）具有水平方向的速度，由左手定则可判断受到沿棒向上的洛伦兹力作用，其合运动是斜向上的。
问题4：感生电场的方向应如何判断？(回想：感应电流的方向如何判断？电流的方向与电荷移动的方向有何关系？)
析：感应电流的方向用楞次定律判定。电流的方向与正电荷移动的方向相同。感生电场的方向与正电荷受力的方向相同，因此，感生电场的方向也可以用楞次定律判定。
问题5：若导体中的自由电荷是负电荷，能否用楞次定律判定？
问题12：如图所示，导体棒运动过程中产生感应电流，试分析电路中的能量转化情况。
析：导体棒中的电流受到安培力作用，安培力的方向与运动方向相反，阻碍导体棒的运动，导体棒要克服安培力做功，将机械能转化为电能。
（三）实例探究
感生电场与感生电动势
【例1】 如图所示，一个闭合电路静止于磁场中，由于磁场强弱的变化，而使电路中产生了感应电动势，下列说法中正确的是（AC）
教学重
难 点
重点：感生电动势与动生电动势的概念。
难点：对感生电动势与动生电动势实质的理解。
教 具
板
书
设
计
§4.5电磁感应定律的应用
1、感应电场与感生电动势
2、洛伦兹力与动生电动势
教 学
环 节
学生学习活动的过程与内容
（按环节设计自学、讨论、实践、探索、训练等内容）
第二案
(二次备课)
(一）引入新课
《电磁感应规律的应用》教案2(新人教版选修3-2)
电磁感应规律的应用教案高考趋势展望电磁感应的规律——楞次定律和法拉第电磁感应定律及其应用是中学物理的主干知识之一，是历年高考每年必考的内容.其中既有难度中等的选择题，也有难度较大、综合性较强的计算题，考查频率较高的知识点有感应电流产生的条件、感应电流的方向判定及导体切割磁感线产生感应电动势的计算.另外，自感现象及有关的图象问题，也常出现在考题中.因此在本专题的复习中，应理解并熟记产生感应电动势和感应电流的条件，会灵活地运用楞次定律判断各种情况下感应电动势或感应电流的方向，能准确地计算各种情况下感应电动势的大小，并能熟练地利用题给图象处理相关的电磁感应问题或用图象表示电磁感应现象中相应的物理量的变化规律.知识要点整合1.无论什么原因，只要穿过回路的磁通量发生变化，就会发生电磁感应现象，其中由于回路自身电流的变化所导致的电磁感应现象叫做自感现象.是否发生了电磁感应现象，是以是否产生了感应电动势为标志的.即只要产生了感应电动势（不管是否产生了感应电流），就算发生了电磁感应现象，如图3-6-1，一根导体棒或一个闭合的线圈在匀强磁场切割磁感线时，导体棒和线圈中并无感应电流，但棒中和线圈的两个边中都产生了感应电动势，故都发生了电磁感应现象.图3-6-12.楞次定律是判定感应电流（或感应电动势）方向的一般规律，普遍适用于所有电磁感应现象.其内容为：感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化.在理解楞次定律时，应特别注意：（1）阻碍不是阻止，磁通量的变化是产生感应电流的必要条件，若这种变化被阻止，也就不可能产生感应电流了.（2）感应电流的磁场阻碍的是原磁场磁通量的变化而不是阻碍的原磁场.具体地说，当原磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反；当原磁通量减少时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同.另外，楞次定律也可以理解为：感应电流的效果总是要反抗（或阻碍）产生感应电流的原因.如：(1)阻碍原磁通量的变化或原磁场的变化.(2)阻碍相对运动，可理解为“来拒去留”.(3)使线圈面积有扩大或缩小的趋势.(4)阻碍原电流的变化（自感现象）.利用上述规律分析问题可以独辟蹊径，达到快速准确的效果.例如：图3-6-2中，在O点悬挂一轻质导线环，拿一条形磁铁沿导线环的轴线方向突然向环内插入，判断在插入过程中导线环如何运动.若按常规方法，应先由楞次定律判断出环内感应电流的方向，再由安培定则确定环形电流对应的磁极，由磁极的相互作用确定导线环的运动方向.若直接由感应电流的效果分析：条形磁铁向环内插入过程，环内磁通量增加，环内感应电流产生的效果将阻碍磁通量的增加，使环向磁通量减小的方向运动，因此环将向右摆动..图3-6-2 3.（1）对于法拉第电磁感应定律E =t∆∆φ应从以下几个方面进行理解： ①它是定量描述电磁感应现象的普遍规律.不管是什么原因，用什么方式所产生的电磁感应现象，其感应电动势的大小均可由它进行计算.②一般说来，在中学阶段用它计算的是Δt 时间内电路中所产生的平均感应电动势的大小，只有当磁通量的变化率为恒量时，用它计算的结果才等于电路中产生的瞬时感应电动势.③若回路与磁场垂直的面积S 不变，电磁感应仅仅是由于B 的变化引起的，那么上式也可以表述为：E =StB ∆∆，ΔB /Δt 是磁感应强度的变化率，若磁场的强弱不变，电磁感应是由回路在垂直于磁场方向上的面积S 的变化引起的，则E =t ∆∆φ=B t S ∆∆.在有些问题中，选用这两种表达方式解题会更简单.④若产生感应电动势的那部分导体是一个匝数为n 的线圈，且穿过每匝线圈的磁通量的变化率t∆∆φ又相同，那么线圈所产生的总的感应电动势E =n ΔΦ/Δt (相当于许多相同电源串联）（2）公式E =BLv①公式E =BLv 是法拉第电磁感应定律的一种特殊形式，不具有普遍适用性，仅适用于计算一段导体因切割磁感线而产生的感应电动势，且在匀强磁场中B 、v 、L 三者必须互相垂直.②当v 是切割运动的瞬时速度时，算出的是瞬时电动势；当v 是切割运动的平均速度时，算出的是一段时间内的平均电动势.③若切割磁感线的导体是弯曲的，L 应理解为有效切割长度，即导体在垂直于速度方向上的投影长.④公式E =BLv 一般适用于在匀强磁场中导体各部分切割速度相同的情况，对一段导体的转动切割，导体上各点的线速度不等，怎样求感应电动势呢？如图3-6-3所示，一长为L 的导体棒AC 绕A 点在纸面内以角速度ω匀速转动，转动区域内有垂直于纸面向里的电动势.AC 转动切割时各点的速度不等，v A =0,v C =ωL ,由A 到C 点速度按与半径成正比增加，取其平均切割速度21=v ωL ,得E =B L 21=v BL 2ω.图3-6-3为了证明这样做的正确性，我们可以假设如图3-6-4所示的闭合电路，经时间Δt ，AC 棒转过的角速度θ=ωΔt ,穿过回路的磁通量的变化量ΔΦ=2222BL t B L ∆=⋅ωππθ，根据法拉第电磁感应定律ωφ221BL t E =∆∆=,又知金属棒AC 是匀速转动，产生的感应电动势应该是不变的，即感应电动势的平均值和瞬时值是相等的，所以E =21BL 2ω是正确的.图3-6-4⑤若切割速度与磁场方向不垂直，如图3-6-5所示，v 与B 的夹角为θ，将v 分解为：v ∥= v cos θ,v ⊥=v sin θ,其中v ∥不切割磁感线，根据合矢量和分矢量的等效性得E =BLv ⊥=BLv sin θ(想一想，此式还可适用于哪些情况？)图3-6-5⑥区分感应电量与感应电流.回路中发生磁通量变化时，由于感应电场的作用使电荷发生定向移动而形成感应电流，在Δt 内迁移的电量（感应电量）为q =I Δt =Rt t R t R E φφ∆=∆∆∆=∆, 仅由回路电阻和磁通量变化决定，与发生磁通量变化的时间无关.因此，当用一根磁棒先后两次从同一处用不同速度插至线圈中同一位置时，线圈里积聚的感应电量相等.但快插与慢插时产生的感应电动势、感应电流不同，外力做的功也不同.精典题例解读［例1］如图3-6-6（a ），圆形线圈P 静止在水平桌面上，其正上方悬挂一相同线圈Q ，P 和Q 共轴，Q 中通有变化电流，电流随时间变化的规律如图3-6-6（b)所示，P 所受的重力为G ，桌面对P 的支持力为FN图3-6-6A.t1时刻F N＞GB.t2时刻F N＞GC.t3时刻F N＜GD.t4时刻F N=G【解析】t1时刻Q中电流正在增大，产生的磁场正在增强，因而穿过线圈P的磁通量正在增大，P中有感应电流产生.由楞次定律知，P中感应电流的磁场应阻碍线圈P中磁通量的增大，所以P中感应电流的磁场方向应与Q中电流磁场的方向相反，即P、Q应相互排斥，从而使P对桌面的压力（即F N的反作用力）大于P的重力G.t2、t4时刻，Q中电流恒定不变，产生的磁场强弱恒定不变，因而穿过P的磁通量恒定不变，P中无感应电流，P、Q间无相互作用力，此时F N应等于G.t3时刻，由于Q中电流处于变化之中，产生的磁场亦处于变化之中，所以穿过P中的磁通量亦处于变化之中，故P中有感应电流产生，但由该时刻Q中电流为零，产生的磁场为零，P、Q间也无相互作用力，此时应有F N=G.综上讨论可知，正确答案为AD.小结：本题也可规定Q中电流的正方向，并由楞次定律确定P中感应电流方向，从而确定P、Q间相互作用情况而选出正确答案，但不如利用“感应电流产生的效果总要阻碍产生感应电流的原因”进行判断更简便些.另外讨论类似问题还应注意，只有两环中都存在电流时，两者才会发生相互作用，其中任一环中无电流时都不会发生相互作用.［例2］（2002年全国，17）图3-6-7中EF、GH为平行的金属导轨，其电阻可不计，R 为电阻器、C为电容器，AB为可在EF和GH上滑动的导体横杆，有均匀磁场垂直于导轨平面，若用I1和I2分别表示图中该处导线中的电流，则当横杆AB图3-6-7A.匀速滑动时，I1=0,I2=0B.匀速滑动时，I1≠0,I2≠0C.加速滑动时，I1=0,I2=0D.加速滑动时，I1≠0,I2≠0【解析】导体棒匀速运动时，棒中产生大小恒定的电动势，将有恒定的电流通过电阻R，即I1≠0，最初电容器C将被充电，有一短暂的充电电流，但稳定后——电容器两极间电压U C等于棒中产生的电动势时，充电过程结束，即I2=0.但当导体棒加速滑动时，棒中产生的感应电动势逐渐增大，R 中电流不断增大，同时电容器C 将不断地被充电，即I 2≠0.可见，正确答案为D.小结：分析含有电容器的电路时，一定要注意区别电容器在不同状态电路中的表现是不同的：在稳定状态下，电容器相当于开路，含容支路中电流为零，在电动势或电压变化的电路中，电容器将不断地充电或放电，含容支路中电流不为零.［例3］如图3-6-8所示，两条互相平行的光滑金属导轨位于水平面内，距离为l =0.2 m ，在导轨的一端接有阻值为R =0.5 Ω的电阻，在x ≥0处有一与水平面垂直的均匀磁场，磁感应强度B =0.5 T.一质量为m =0.1 kg 的金属直杆垂直放置在导轨上，并以v 0=2 m/s 的初速度进入磁场，在安培力和一垂直于杆的水平外力F 的共同作用下做匀变速直线运动，加速度大小为a =2 m/s 2、方向与初速度方向相反.设导轨和金属杆的电阻都可以忽略，且接触良好.求：图3-6-8（1）电流为零时金属杆所处的位置；（2）电流为最大值的一半施加在金属杆上外力F 的大小和方向；（3）保持其他条件不变，而初速度v 0不同值，求开始时F 的方向与初速度v 0取值的关系.【解析】 由于导体棒做匀减速运动，且初速度v 0和加速度大小a 均已知，故由v 2=2as 可以确定导体棒速度为零（此时电流亦为零）时的位置.由E =Blv ，I =RBlv R E =知，电流为最大值一半时，对应的速度也为最大速度的一半，结合题设条件可求出此时的电动势、电流，继而求出导体棒所受安培力，再结合牛顿第二定律即可确定F 的大小和方向.因导体棒做匀减速运动时，合外力是恒定的，初速度大小不同时，和加速度方向相同的安培力的大小即不同，所需外力的大小也不同，且方向可能发生变化，因此只要求出外力恰为零时对应的初速度值，即不难讨论清楚F 的方向与v 0取值的关系.（1）由v 02=2ax 得x =2222220⨯=a v =1 m ，即导体棒运动至x =1 m 处时，速度为零，电流为零.（2）最大电流I m =R Blv 0，所以I =21I m =RBlv 20时的安培力F A =BIl =R v l B 2022.由牛顿第二定律，得：F -F A =-ma ,所以F =F A -ma =Rv l B 2022-ma =-0.18 N.“-”号说明F 的方向与x 轴正向相反. （3）F =0时对应的初速度为v 临，则由题意得F A 临=Rv l B 临22=ma ,所以 v 临=22222.05.021.05.0⨯⨯⨯=l B Rma m/s=10 m/s.当v 0＞10 m/s 时，F 的方向应沿x 轴正向，0＜v 0＜10 m/s时，F 的方向沿x 轴负向.［例4］如图3-6-9所示,两根平行的金属导轨，固定在同一水平面上，磁感应强度B =0.50 T 的匀强磁场与导轨所在平面垂直，导轨的电阻很小，可忽略不计.导轨间的距离l =0.20 m.两根质量均为m =0.10 kg 的平行金属杆甲、乙可在导轨上无摩擦地滑动，滑动过程中与导轨保持垂直，每根金属杆的电阻为R =0.50 Ω.在t =0时刻，两杆都处于静止状态.现有一与导轨平行、大小为0.20 N 的恒力F 作用于金属杆甲上，使金属杆在导轨上滑动.经过t =5.0 s ，金属杆甲的加速度为a =1.37 m/s 2，问此时两金属杆的速度各为多少？图3-6-9【解析】 金属杆甲受F 作用后将加速运动，使回路面积、穿过回路的磁通量发生变化，于是回路中产生感应电流，甲、乙金属杆都要受到安培力的作用而做变加速运动.直至最终两杆以相同的加速度和恒定的速度差做匀加速运动.对于该题所述情景和题设条件，根据牛顿第二定律（对金属杆甲）可求杆甲所受安培力F A ，继而可求回路电流I 和电动势ε，由法拉第电磁感应定律，可用甲、乙杆的速度v 1和v 2表示电动势而得到一个含有v 1、v 2的方程.再对甲、乙两杆组成的系统研究知，其所受合外力即为恒力F ，两杆经时间t 获得的动量是(mv 1+mv 2)，即是F 的冲量作用的结果，对系统应用动量定理，可得另一个含v 1、v 2的方程.解上述两个方程，即可求得v 1、v 2的值.解答一：设任一时刻t 两金属杆甲、乙之间的距离为x ,速度分别为v 1和v 2,经过很短的时间Δt ，杆甲移动距离v 1Δt ，杆乙移动距离v 2Δt ,回路面积改变ΔS =［(x -v 2Δt )+v 1Δt ］l -lx=(v 1-v 2)l Δt ①ε=B t S ∆∆②I =R 2ε ③F -BlI =ma ④ 由于作用于杆甲和杆乙的安培力总是大小相等、方向相反，所以两杆的动量（t =0时为0）等于外力FFt =mv 1+mv 2 ⑤v 1=21［)(222ma F l B R m Ft -+］ ⑥ v 2=21［)(222ma F l B R m Ft --］ ⑦v 1=8.15 m/sv 2=1.85 m/s解答二：设t 时刻甲、乙杆的速度分别为v 1、v 2，则由法拉第电磁感应定律，得： E 甲=Blv 1 ①E 乙=Blv 2 ②I =R E E 2乙甲 ③对杆甲应用牛顿第二定律，得：F -BlI =ma④Ft =mv 1+mv 2⑤v 1=8.15 m/sv 2=1.85 m/s小结：例3、例4都是电磁感应现象和力学规律相联系的力、电综合题，处理此类问题，一定要思路开阔，方法灵活，既要注意电磁感应过程的分析和相应电磁学规律的应用，又要注意力学过程的分析及相应力学规律的应用.1.某实验小组用如图3-6-10所示的实验装置来验证楞次定律，当条形磁铁自上而下穿过固定的线圈时，通过电流计的感生电流方向是图3-6-10A.a →G →bB.先a →G →b ，后b →G →aC.b →G →aD.先b →G →a ，后a →G →b【答案】 D2.（2001年广东，28）有一种高速磁悬浮列车的设计方案是在每节车厢底部安装磁铁（磁场方向向下），并在两条铁轨之间沿途平放一系列线圈，下列说法中不正确．．．的是 A.B.列车速度越快，通过线圈的磁通量变化越快C.列车运动时，线圈中会产生感应电流D.线圈中的感应电流的大小与列车速度无关【答案】 D3.（2002年江苏，30）如图3-6-11所示，在一均匀磁场中有一U 形导线框abcd ，线框处于水平平面内，磁场与线框平面垂直，R 为一电阻，ef 为垂直于ab 的一根导体杆，它可在ab 、cd 上无摩擦地滑动.杆ef 及线框中导线的电阻都可不计.开始时，给ef 一个向右的初速度，则图3-6-11A.efB.efC.efD.ef【解析】给ef一个向右的初速度，ef切割磁感线产生感应电动势，回路中形成感应电流，使ef受到安培力作用而减速.随着ef速度减小，电动势、电流、ef所受安培力都相应减小，所以ef将向右减速运动，但不是匀减速.【答案】A4.（2002年天津，20）图3-6-12中MN、GH为平行导轨，AB、CD为跨在导轨上的两根横杆，导轨和横杆均为导体，有匀强磁场垂直于导轨所在平面，方向如图.用I表示回路中的电流图3-6-12A.当AB不动而CD向右滑动时，I≠0且沿顺时针方向B.当AB向左、CD向右滑动且速度大小相等时，I=0C.当AB、CD都向右滑动且速度大小相等时，I=0D.当AB、CD都向右滑动，且AB速度大于CD时，I≠0且沿逆时针方向【解析】AB不动而CD右滑时，I≠0，但方向逆时针，故A错.AB向左、CD向右滑动时，回路磁通量增加，I≠0，故B错.AB、CD向右等速滑动时，回路磁通量不变，I=0，故C 对.AB、CD都向右滑但AB速度大于CD速度时，回路磁通量变化，I≠0，但方向顺时针，故D错.【答案】C5.（2001年上海，6）如图3-6-13所示是一种延时开关，当S1闭合时，电磁铁F将衔铁D 吸下，C线路接通；当S1断开时，由于电磁感应作用，D将延迟一段时间才被释放，则图3-6-13A.由于A线圈的电磁感应作用，才产生延时释放DB.由于B线圈的电磁感应作用，才产生延时释放DC.如果断开B线圈的电键S2，无延时作用D.如果断开B 线圈的电键S 2，延时将变长【解析】 延时开关的原理是：当断开S 1，A 中电流变小并减为零时，铁芯中的磁通量也减小为零，若线圈B 闭合时，B 中产生感应电流，感应电流的磁场仍可吸引衔铁，使D 延时释放.若线圈B 不闭合，则不会产生上述延时作用.【答案】 BC6.如图3-6-14所示，有两根和水平方向成α角的光滑平行的金属轨道，上端接有可变电阻R ，下端足够长，空间有垂直于轨道平面的匀强磁场，磁感应强度为B .一根质量为m 的金属杆从轨道上由静止滑下，经过足够长的时间后，金属杆的速度会趋近于一个最大速度vm图3-6-14A.如果B 增大，vmB.如果α变大，vmC.如果R 变大，vmD.如果m 变小，vm【解析】 金属杆从轨道上由静止滑下做加速度逐渐减小的变加速运动，经足够长的时间后，加速度减为零后，金属杆即以此时的速度（即最大速度）匀速运动.对金属杆列受力平衡方程mg sin α=R v L B m 22（L 为导轨宽度），所以v m =22sin L B Rmg .可见B 增大，v m 减小；α变大，v m 变大；m 减小，v m 变小.【答案】 BC7.一匀强磁场，磁场方向垂直纸面，规定向里的方向为正，在磁场中有一细金属圆环，线圈平面位于纸面内，如图3-6-15（a)所示，现令磁感应强度B 随时间t 变化，先按图3-6-15（b)中所示的Oa 图线变化，后来又按图线bc 和cd 变化，令E 1、E 2、E 3分别表示这三段变化过程中感应电动势的大小.I1、I2、I 3图3-6-15A.E 1＞E 2，I 1沿逆时针方向，I 2沿顺时针方向B.E 1＜E 2，I 1沿逆时针方向，I 2沿顺时针方向C.E 1＜E 2，I 2沿顺时针方向，I 3沿逆时针方向D.E 2=E 3，I 2沿顺时针方向，I 3沿顺时针方向【解析】 Oa 段B 大于零，且逐渐增大（向里），由楞次定律可判定I 1逆时针方向流动.bc段表示向里的磁场减弱，用楞次定律可判定I 2沿顺时针方向.同样方法判定I 3亦沿顺时针方向.又由法拉第电磁感应定律E =S t B t ∆∆=∆∆φ知，该题中S 恒定，所以E ∝tB ∆∆.由图象知，bc 、cd 段t B ∆∆相同，大于Oa 段的t B ∆∆，所以E 1＜E 2=E 3. 【答案】 BD8.两块水平放置的金属板间的距离为d ,用导线与一个n 匝线圈相连，线圈电阻为r ，线圈中有竖直方向的磁场，电阻R 与金属板连接如图3-6-16所示，两板间有一个质量为m ，电量+q 的油滴恰好处于静止，则线圈中的磁感应强度B图3-6-16A.磁感应强度B 竖直向上且正在增强，nqdmg t =∆∆φ B.磁感应强度B 竖直向下且正在增强，nqdmg t =∆∆φ C.磁感应强度B 竖直向上且正在减弱，nRqr R dmg t )(+=∆∆φ D.磁感应强度B 竖直向下且正在减弱，nRq r R dmg t )(+=∆∆φ 【解析】 分析油滴受力，应 qE =mg ,且下极板为正，即a 端电势高，由楞次定律，外磁场B 应方向向上时减弱或方向向下时增强.由mg =qE =q d R r R E q d U +==q ·dr R R t n +⋅∆∆φ 所以nqRr R dmg t )(+=∆∆φ，选项C 正确. 【答案】 C9.如图3-6-17所示，A 、B 两个闭合线圈用同样导线制成，匝数均为10匝，半径R A =2R B ，图示区域内有磁感应强度均匀减小的匀强磁场，则A 、B 线圈中产生的感应电动势之比为E A ∶E B =_____,两线圈中感应电流之比为I A ∶I B =_____.图3-6-17【解析】 由公式E =n t∆∆φ两线圈匝数相同，磁通量变化率相同,E A ∶E B =1∶1.电流I =SR n E S L E R E πρρ2==电阻所以I ∝R 1，I A ∶I B =1∶2 【答案】 1∶1；1∶210.在50周年国庆盛典上我国FBC-1“飞豹”新型超音速歼击轰炸机在天安门上空沿水平方向以1.7倍的声速自东向西飞过，该机两翼尖间的距离是12.705 m ，设北京上空地磁场的竖直分量为0.42×10-4 T ，那么此飞机机翼两端_______端电势较高，电势差是_______.空气中声音的传播速度为340 m/s.(结果取两位有效数字)【解析】 北京处于北半球，地磁场竖直分量方向向下，由右手定则判定后知飞机机翼左端电势高，电势差U =E =Blv =0.42×10-4×12.705×340×1.7 V=0.31 V.【答案】 左；0.3111.两根足够长的固定的平行金属导轨位于同一水平面内，两导轨间的距离为l .导轨上面横放着两根导体棒ab 和cd ，构成矩形回路，如图3-6-18所示.两根导体棒的质量皆为m ，电阻皆为R ，回路上其余部分的电阻可不计.在整个导轨平面内都有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度为B .设两导体棒均可沿导轨无摩擦地滑行.开始时，棒cd 静止，棒ab 有指向棒cd 的初速度v图3-6-18 （1（2）当棒ab 的速度变为初速度的43时，棒cd【解析】 （1）ab 棒获初速度v 0后切割磁感线产生感应电动势，回路中产生感应电流，ab 棒在安培力作用下减速，cd 棒在安培力作用下加速，至两棒等速时，回路磁通量不再变化，回路中不再有感应电流.由于ab 、cd 棒组成的系统所受合外力为零，动量守恒.设其共同速度为v ,则mv 0=2mv ,所以v =21v 0.由能的转化和守恒定律得:Q =21mv 02-21·2mv 2=41mv 02.(2)v ab =43v 0时，由mv 0=m ·43v 0+mv cd 得U cd =41v 0.所以E ab =Bl ·43v 0=43Blv 0，E cd =41Blv 0，I =RBlv R E E cd ab 420=-.F cd =BIl =R v l B 4022,a cd =mR v l B m F cd 4022=.【答案】 (1)41mv 02 (2)mR v l B 402212.如图3-6-19所示，金属杆M 、N 放在用相同导体制成的金属框abcd 上，bc 边与x 轴重合，且b 为坐标原点，矩形框长为2L ，宽为L ，单位长度的电阻为R 0，磁感应强度为B 的匀强磁场与框架平面垂直.现对MN 杆施加沿x 轴正方向的外力，使之从框架左端开始，以速度v图3-6-19（1）在MN 杆运动过程中，通过杆的电流与坐标x 的关系.（2）作用在MN 杆上的外力的最大值与最小值之比.【解析】 （1）设在MN 杆运动的过程中，任一时刻MN 的坐标值为x ，杆左侧框架的总电阻为R1，右侧框架的总电阻为R 2R 1=（L +2x )R 0;R 2=［L +2(2L -x )］R 0=(5L -2x )R 0杆M NR =02121LR R R R R ++ =00000)25()2()25()2(LR R x L R x L R x L R x L +-++-+ =02264811R Lx Lx L -+ 又MNE =BLv所以杆中的电流与坐标xI =0222)4811(6R x Lx L v BL R E -+= （2）作用在杆上的外力大小应等于杆受的安培力.由数学知识可知，当x =L 时，外电路总电阻最大，此时MN 中的电流最小，所受的安培力也最小.此时：I min =052R Bv安培力的最小值：F min =ILB =0252R Lv B 当x =0或x =2L 时，外电路总电阻最小，此时MN 中的电流最大，所受的安培力也最大.此时I max =0116R Bv 安培力的最大值：F max =ILB =02116R Lv B 所以作用在MN 杆上的外力的最大值与最小值之比为：F max ∶F min =15∶11.【答案】 (1)I =0222)4811(6R x Lx L v BL -+ （2）15∶11本专题内容是中学物理的主干知识之一，是历年高考的必考内容.能熟练灵活地运用楞次定律判断感应电流和感应电动势的方向，熟练准确地应用法拉第电磁感应定律计算各种情况下感应电动势的大小，是本专题内容复习的重点.由于本专题内容易与力学、电路等知识结合而构建出具有一定难度、方法要求灵活、综合性较强的应用题型，对学生的能力要求较高，应作为难点予以突破.本专题中所选四个例题，目的各有侧重，例1主要结合图象强化对楞次定律的理解和应用；例2结合电阻和电容的不同性质考查对法拉第电磁感应定律的理解和掌握；例3、例4则通过与力学重要知识的结合，培养和提高学生分析处理综合问题的能力.所选练习题多为涉及该专题内容的近几年的高考题，难度都不太大，具体使用时可结合学生实际情况适当增减.无论是讨论单独考查楞次定律或法拉第电磁感应定律的选择、填空题，还是处理和电路、力学或其他内容相结合的综合性较强、能力要求较高的计算题，深刻理解和熟练掌握基本概念和规律，还是最根本的，这是分析处理问题的基础，所以不能因为强调了综合能力的训练而放松了对基本概念和规律的理解和掌握.。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第五节 电磁感应规律的应用
课标：通过探究，理解楞次定律。
理解法拉第电磁感应定律。
学习目标：
1.能说出感生电动势和动生电动势的概念及不同。
2.能说出感生电动势和动生电动势产生的原因。
3.会应用动生电动势和感生电动势的公式进行分析和计算。
学习重点：感生电动势和动生电动势。
学习难点：感生电动势和动生电动势产生的原因。
课程导学：
一、温故知新：
1、法拉第电磁感应定律的内容是什么？数学表达式是什么？
2、导体在磁场中切割磁感线产生的电动势与什么因素有关，表达式是什么，它成立的条件又是什么？
二、学习新课
（一）、感生电动势和动生电动势
由于引起磁通量的变化的原因不同感应电动势产生的机理也不同，一般分为两种：一种是 不变，导体运动引起的磁通量的变化而产生的感应电动势，这种电动势称作 ，另外一种是 不动，由于磁场变化引起磁通量的变化而产生的电动势称作 。
1、感应电场
19世纪60年代，英国物理学家麦克斯韦在他的电磁场理论中指出，变化的磁场会在周围空间激发一种电场，我们把这种电场叫做感应电场。
静止的电荷激发的电场叫 ，静电场的电场线是由
发出，到 终止，电场线 闭合，而感应电场是一种涡
旋电场，电场线是 的，如图所示，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，或者说导体中产生感应电动势。
感应电场是产生 或 的原因，感应电场的方向也可以由 来判断。
感应电流的方向与感应电场的方向 。
2、感生电动势
（1）产生：磁场变化时会在空间激发 ，闭合导体中的 在电场力的作用下定向运动，产生感应电流，即产生了感应电动势。
（2）定义：由感生电场产生的感应电动势成为 。
（3）感生电场方向判断： 定则。
例题，在空间出现如图所示的闭合电场，电场线为一簇闭合曲线，这可能是（ ）
A ．沿A
B 方向磁场在迅速减弱 B. 沿AB 方向磁场在迅速增强
C. 沿BA 方向磁场在迅速减弱
D. 沿BA 方向磁场在迅速增强
总结：已知感应电场方向求原磁通量的变化情况的基本思路是：
感应电场的方向 感应磁场的方向 磁
通量的变化情况
E
？ ？ ？ ？
3、感生电动势的产生
由感应电场使导体产生的电动势叫做感生电动势，感生电动势在电路中的作用就是充当 ，其电路是 电路，当它和外电路连接后就会对外电路供电。
变化的磁场在闭合导体所在的空间产生电场，导体内自由电荷在电场力作用下产生感应电流，或者说产生感应电动势。
其中感应电场就相当于电源内部所谓的非静电力，对电荷产生作用。
例如磁场变化时产生的感应电动势为E=
（二）、洛伦兹力与动生电动势
导体切割磁感线时会产生感应电动势，该电动势产生的机理是什么呢？
导体切割磁感线产生的感应电动势与哪些因素有关？
它是如何将其他形式的能转化为电能的？
1、动生电动势
（1）产生： 运动产生动生电动势
（2）大小：E= （B 的方向与v 的方向 ）
（3）动生电动势大小的推导： 2、动生电动势原因分析
导体在磁场中切割磁感线时，产生动生电动势，它是由于导体中的自由电子受到洛伦兹力的
作用而引起的。
如图所示，一条直导线CD 在云强磁场B 中以速度v 向右运动，并且导线CD 与B 、v 的方向
垂直，由于导体中的自由电子随导体一起以速度v 运动，因此每个电子受到的洛伦兹力为： F 洛=Bev
F 的方向竖直向下，在力F 的作用下，自由电
子沿导体向下运动，使导体下端出现过剩的负电荷，导体上端出现过剩的正电荷，结果使导体上端D 的电势高于下端C 的电势，出现由D 指向C 的静电场，此电场对电子的静电力F ’的方向向上，与洛伦兹力F 方向相反，随着导体两端正负电荷的积累，电场不断增强，当作用在自由电子上的静电力与电子受到的洛伦兹力相平衡时，DC 两端产生一个稳定的电势差如果用另外的导线把CD 两端连接起来，由于D 段的电势比C 段的电势高，自由电子在静电力的作用下将在导线框中沿顺时针流动，形成逆时针方向的电流，如图乙所示，电荷的流动使CD 两端积累的电荷不断减少，洛伦兹力又不断使自由电子从D 端运动到C 端从而在CD 两端维持一个稳定的电动势。
可见运动的导体CD 就是一个电源，D 端是电源的正极，C 端是电源的负极，自由电子受洛伦兹力的用，从D 端搬运到C 端，也可以看做是正电荷受洛伦兹力作用从C 端搬运到D 端，这里洛伦兹力就相当于电源中的非静电力，根据电动势的定义，电动势等于单位正电荷从负极通过电源内部移动到电源的正极非静电力所做的功，作用在单位电荷上的洛伦兹力为：
F=F 洛/e=Bv
于是动生电动势就是：
E =FL=BLv
上式与法拉第电磁感应定律得到的结果一致。
(三)、动生电动势和感生电动势具有相对性
动生电动势和感生电动势的划分，在某些情况下只有相对意义，如本章开始的实验中，将条形磁铁插入线圈中，如果在相对于磁铁静止的参考系观察，磁铁不动，空间各点的磁场
C
也没有发生变化，而线圈在运动，线圈中的电动势是动生的；但是，如果在相对于线圈静止的参考系内观察，则看到磁铁在运动，引起空间磁场发生变化，因而，线圈中的电动势是感生的，在这种情况下，究竟把电动势看作动生的还是感生的，决定于观察者所在的参考系，然而，并不是在任何情况下都能通过转换参考系把一种电动势归结为另一种电动势，不管是哪一种电动势，法拉第电磁感应定律、楞次定律都成立。
(四)应用——电子感应加速器
即使没有导体存在，变化的磁场以在空间激发涡旋状的感应电场，电子感应器就是应用了这个原理，电子加速器是加速电子的装置，他的主要部分如图所示，画斜线的部分为电磁铁两极，在其间隙安放一个环形真空室，电磁铁用频率为每秒数十周的强大交流电流来励磁，使两极间的磁感应强度B往返变化，从而在环形真空室内感应出很强的感应涡旋电场，用电子枪将电子注入唤醒真空室，他们在涡旋电场的作用下被加速，同时在磁场里受到洛伦兹力的作用，沿圆规道运动。
如何使电子维持在恒定半径为R的圆规道上加速，这对磁场沿径向分布有一定的要求，设电子轨道出的磁场为B，电子做圆周运动时所受的向心力为洛伦兹力，因此：
eBv=mv2/R
mv=ReB
也就是说，只要电子动量随磁感应强度成正比例增加，就可以维持电子在一定的轨道上运动。
自我检测：1.在闭合铁芯上绕有一组线圈，线圈与滑动变阻器、电池构成电路，假定线圈产生的磁感线全部集中在铁芯内.a、b、c三个闭合金属圆环，位置如图4-5-8所示.当滑动变阻器滑动触头左右滑动时，能产生感应电流的圆环是( )
A.a、b两环
B.b、c两环
C.a、c两环
D.a、b、c三个环2．如图4-5-9(a)，圆形线圈P静止在水平桌面上，其正上方悬挂一相同的线圈Q，P和Q共轴，Q中通有变化电流，电流随时间变化的规律如图(b)所示，P所受的重力为G，桌面对P的支持力为F N，则 ( )
①t1时刻F N＞G②t2时刻F N＞G③t3时刻F N＜G④t4时刻F N=G
A.①②
B.①③
C.①④
D.②③④
课堂反馈__________________________________________________________________
____________________________________________________________________________ .。