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1、第五节电磁感应规律的应用本讲稿第一页，共三十一页教教 学学 目目 标标（一）知识与技能（一）知识与技能 1知道感生电场。知道感生电场。2知道感生电动势和动生电动势及其区别与联系。知道感生电动势和动生电动势及其区别与联系。（二）过程与方法（二）过程与方法 通过同学们之间的讨论、研究增强对两种电动势的认知深度，同通过同学们之间的讨论、研究增强对两种电动势的认知深度，同时提高学习物理的兴趣。时提高学习物理的兴趣。（三）情感、态度与价值观（三）情感、态度与价值观 通过对相应物理学史的了解，培养热爱科学、尊重知识的良好通过对相应物理学史的了解，培养热爱科学、尊重知识的良好品德。品德。教学重点：教学重点：
2、感生电动势与动生电动势的概念。感生电动势与动生电动势的概念。教学难点：教学难点：对感生电动势与动生电动势实质的理解。对感生电动势与动生电动势实质的理解。教学方法：教学方法：讨论法，讲练结合法讨论法，讲练结合法 教学用具：教学用具：多媒体课件多媒体课件 本讲稿第二页，共三十一页+-+复习电动势相关知识复习电动势相关知识 每一个电动势都对应有一种非静电力每一个电动势都对应有一种非静电力 正是由于非静电力做功把其它形式的正是由于非静电力做功把其它形式的能转化为电能。能转化为电能。问题问题:感应电动势对应的非静电力是感应电动势对应的非静电力是一种什么样的作用一种什么样的作用?电路中电动势的作用是电路中
3、电动势的作用是 某种非静电力对某种非静电力对自由电荷的作用。自由电荷的作用。本讲稿第三页，共三十一页一、理论探究感生电动势的产生一、理论探究感生电动势的产生电流是怎样产生的？电流是怎样产生的？自由电荷为什么会运动？自由电荷为什么会运动？使电荷运动的力难道是变化使电荷运动的力难道是变化的磁场对其施加的力吗？的磁场对其施加的力吗？猜想：使电荷运动的力可能是猜想：使电荷运动的力可能是洛伦兹力、静电力、或者是其它力洛伦兹力、静电力、或者是其它力磁场变强磁场变强本讲稿第四页，共三十一页一个闭合电路静止于一个闭合电路静止于磁场中磁场中,由于磁场强由于磁场强弱的变化弱的变化,闭合电路闭合电路内产生了感应电动
4、势内产生了感应电动势.这种情况下这种情况下,哪一种作哪一种作用是非静电力用是非静电力?一、感生电场一、感生电场与与感生电动势感生电动势感生电场模拟动画演示感生电场模拟动画演示磁场变强磁场变强本讲稿第五页，共三十一页本讲稿第六页，共三十一页本讲稿第七页，共三十一页本讲稿第八页，共三十一页(1)定义定义:(3)电场线电场线:1、感生电场、感生电场(2)方向方向:一、感生电场一、感生电场与与感生电动势感生电动势磁场变强磁场变强 变化的磁场在周围空间激发的变化的磁场在周围空间激发的电场叫电场叫感生电场感生电场(涡旋电场涡旋电场).就是感生电流的方向就是感生电流的方向.用楞次定律判断用楞次定律判断.是闭
5、合的曲线是闭合的曲线.本讲稿第九页，共三十一页感生电场感生电场是产生是产生感生电动势的感生电动势的原因原因.2、感生电动势：、感生电动势：一、感生电场一、感生电场与与感生电动势感生电动势感生电动势所对应的感生电动势所对应的非静电力非静电力是是由感生电场产生的感应电动势由感生电场产生的感应电动势.感生电感生电场场对自由电荷的作用对自由电荷的作用.本讲稿第十页，共三十一页英英麦克斯韦认为：麦克斯韦认为：磁场变化时会在周围空间激发一磁场变化时会在周围空间激发一磁场变化时会在周围空间激发一磁场变化时会在周围空间激发一种电场种电场种电场种电场-感生电场感生电场感生电场感生电场闭合导体中的自由电荷在这种电
6、场闭合导体中的自由电荷在这种电场闭合导体中的自由电荷在这种电场闭合导体中的自由电荷在这种电场下做定向运动下做定向运动下做定向运动下做定向运动产生感应电流（感生电动势）产生感应电流（感生电动势）产生感应电流（感生电动势）产生感应电流（感生电动势）本讲稿第十一页，共三十一页3、应用实例、应用实例-电子感应加速器电子感应加速器电子感应加速器是电子感应加速器是用用感生电场感生电场来加速电子来加速电子的的一种设备。一种设备。铁芯铁芯电子束电子束环形真空环形真空管管 道道线圈线圈本讲稿第十二页，共三十一页 它的柱形电磁铁在两极间产生磁场。在磁场中安它的柱形电磁铁在两极间产生磁场。在磁场中安置一个环形真空管
7、道作为电子运行的轨道。当置一个环形真空管道作为电子运行的轨道。当磁场磁场发生变化发生变化时，就会沿管道方向时，就会沿管道方向产生感生电场产生感生电场。射入。射入其中的电子就其中的电子就受到感生电场的持续作用受到感生电场的持续作用而不断加而不断加速。速。问题问题:电子加速应该具备什么条件电子加速应该具备什么条件?能否加速质子等其他粒子能否加速质子等其他粒子?本讲稿第十三页，共三十一页本讲稿第十四页，共三十一页 如图如图,100匝线圈两端匝线圈两端A、B与一个电压表相连与一个电压表相连.线圈内有线圈内有指向纸内方向磁场指向纸内方向磁场,线圈中的磁通量在按图乙所示规律变线圈中的磁通量在按图乙所示规律
8、变化化 (1)电压表的读数应该等于多少？电压表的读数应该等于多少？(2)请在线圈位置上标出请在线圈位置上标出感生电场感生电场的方向的方向 (3)、两端，哪端应该与电压表标号的接线柱连接？、两端，哪端应该与电压表标号的接线柱连接？例与练例与练1(1)50V(1)50V(3)A(3)A端端本讲稿第十五页，共三十一页1.导体切割磁感线时也会产生感应电动势导体切割磁感线时也会产生感应电动势,该该电动势产生的机理是什么电动势产生的机理是什么?2.导体切割磁感线产生的感应电动势的大小与导体切割磁感线产生的感应电动势的大小与哪些因素有关哪些因素有关?3.它是如何将其它形式的能转化为电能的它是如何将其它形式的
9、能转化为电能的?二、洛伦兹力二、洛伦兹力与与动生电动势动生电动势本讲稿第十六页，共三十一页本讲稿第十七页，共三十一页 1、自由电荷会随着导体棒运动、自由电荷会随着导体棒运动,并因此受到洛伦兹力。并因此受到洛伦兹力。导体中自由导体中自由电荷的合运动在空间大致沿什么方电荷的合运动在空间大致沿什么方向？向？为了方便，可以认为导体中为了方便，可以认为导体中的自由电荷是正电荷。的自由电荷是正电荷。分析与解答分析与解答:1、导体中自由电荷导体中自由电荷(正电荷正电荷)具有水平方向具有水平方向的速度，由左手定则可判断受到沿棒向上的的速度，由左手定则可判断受到沿棒向上的洛伦兹力洛伦兹力作用，其作用，其合运动是
10、斜向上的合运动是斜向上的。本讲稿第十八页，共三十一页2、导体棒一直运动下去，自由、导体棒一直运动下去，自由电荷是否也会沿着导体棒一直电荷是否也会沿着导体棒一直运动下去运动下去?为什么为什么?分析与解答分析与解答:2、自由电荷不会一直运动下去自由电荷不会一直运动下去.因为因为C、D两端聚集电荷越来越多，两端聚集电荷越来越多，在在CD棒间产生的电场越来越强棒间产生的电场越来越强,当电场力等于洛伦兹力时当电场力等于洛伦兹力时,自由电自由电荷不再定向运动荷不再定向运动.DX X XX X XX X XX X XX X XCLF洛洛F电电V本讲稿第十九页，共三十一页分析与解答分析与解答:3、C端电势高。
11、端电势高。DX X XX X XX X XX X XX X XCLF洛洛F电电V从能的角度定量了解从能的角度定量了解动生电动势动生电动势分析与解答分析与解答:4、导体棒中电流是由导体棒中电流是由D指向指向C的。此时的。此时导体棒可以看作是一个电源，导体棒导体棒可以看作是一个电源，导体棒切割磁感线产生了切割磁感线产生了动生电动势动生电动势。3、导体棒的哪端电势比较高、导体棒的哪端电势比较高?4、如果用导线把、如果用导线把C、D两端连到磁场外两端连到磁场外的一个用电器上，导体棒中电流是沿什的一个用电器上，导体棒中电流是沿什么方向的么方向的?本讲稿第二十页，共三十一页本讲稿第二十一页，共三十一页1、
12、由于导体的运动、由于导体的运动(切割磁感线切割磁感线)而产生的感而产生的感应电动势叫应电动势叫动生电动势动生电动势.注意：注意：动生电动势与洛伦兹力有动生电动势与洛伦兹力有关，但关，但洛伦兹力始终不做功洛伦兹力始终不做功.2、动生电动势所对应的、动生电动势所对应的非静电力非静电力是是洛洛伦兹力伦兹力的分力的分力.二、洛伦兹力二、洛伦兹力与与动生电动势动生电动势本讲稿第二十二页，共三十一页光滑金属导轨光滑金属导轨L=0.4m,电阻不计电阻不计,均匀变化的磁场穿均匀变化的磁场穿过整个导轨平面过整个导轨平面,如图甲如图甲.磁场的磁感应强度随时间变磁场的磁感应强度随时间变化的情况如图乙化的情况如图乙.
13、金属棒金属棒ab的电阻为的电阻为1,自自t=0时刻开时刻开始从导轨最左端以始从导轨最左端以v=1m/s的速度向右匀速运动的速度向右匀速运动,则则()A.1s末回路中电动势为末回路中电动势为0.8VB.1s末末ab棒所受磁场力为棒所受磁场力为0.64N C.1s末回路中电动势为末回路中电动势为1.6VD.1s末末ab棒所受磁场力为棒所受磁场力为1.28NvB/Tt/s0.52011.0甲甲乙乙CD例与练例与练2本讲稿第二十三页，共三十一页动生电动势动生电动势感生电动势感生电动势特特点点磁场不变磁场不变，闭合电路的整体或，闭合电路的整体或局部在磁场中局部在磁场中运动运动导致回路中导致回路中磁通量变
14、化磁通量变化闭合回路的任何部分都不动，闭合回路的任何部分都不动，空间空间磁场变化磁场变化导致回路中导致回路中磁通量变化磁通量变化原原因因由于由于S变化变化引起引起回路中回路中 变化变化由于由于B变化变化引起引起回路中回路中 变化变化非静电力是洛仑兹力非静电力是洛仑兹力的分力的分力，由洛仑兹力对运动电荷作用由洛仑兹力对运动电荷作用而产生电动势而产生电动势变化磁场在它周围空间激发感变化磁场在它周围空间激发感生电场，生电场，非静电力是感生电场非静电力是感生电场力力，由感生电场力对电荷做功而，由感生电场力对电荷做功而产生电动势产生电动势方方向向的的来来源源非非静静电电力力楞次定律楞次定律楞次定律或右手
15、定则楞次定律或右手定则本讲稿第二十四页，共三十一页 如图，两个相连的金属圆环，粗金属圆环的电阻为细金如图，两个相连的金属圆环，粗金属圆环的电阻为细金属圆环电阻的一半。磁场垂直穿过粗金属环所在的区域，属圆环电阻的一半。磁场垂直穿过粗金属环所在的区域，当磁感应随时间均匀变化时，在粗环里产生的感应电动当磁感应随时间均匀变化时，在粗环里产生的感应电动势为势为E，则，则ab两点间的电势差为（两点间的电势差为（）AE/2 BE/3 C2E/3 DE 例与练例与练3C本讲稿第二十五页，共三十一页 如图，内壁光滑的塑料管弯成的圆环平放在水平桌面如图，内壁光滑的塑料管弯成的圆环平放在水平桌面上，环内有一带负电小
16、球，整个装置处于竖直向下的上，环内有一带负电小球，整个装置处于竖直向下的磁场中，当磁场突然增大时，小球将（磁场中，当磁场突然增大时，小球将（）A、沿顺时针方向运动、沿顺时针方向运动 B、沿逆时针方向运动、沿逆时针方向运动 C、在原位置附近往复运动、在原位置附近往复运动 D、仍然保持静止状态、仍然保持静止状态例与练例与练4A本讲稿第二十六页，共三十一页 有一面积为有一面积为S=100cmS=100cm2 2的金属环，电阻的金属环，电阻R=0.1R=0.1，环中，环中磁场变化规律如下图所示，磁场方向垂直环面向里，磁场变化规律如下图所示，磁场方向垂直环面向里，在在t t1 1到到t t2 2时间内，
17、通过金属环的电荷量是多少？时间内，通过金属环的电荷量是多少？例与练例与练5本讲稿第二十七页，共三十一页如图所示，竖直向上的匀强磁场，磁感应强度如图所示，竖直向上的匀强磁场，磁感应强度B0=0.5T，并且以，并且以B/t=0.1T/S在变化在变化.水平轨道电阻不计，水平轨道电阻不计，且不计摩擦阻力，宽且不计摩擦阻力，宽0.5m的导轨上放一电阻的导轨上放一电阻R0=0.1的导体棒，并用水平线通过定滑轮吊着质量为的导体棒，并用水平线通过定滑轮吊着质量为M=0.2kg的重物，轨道左端连接的电阻的重物，轨道左端连接的电阻R=0.4，图中，图中的的L=0.8m，求至少经过多长时间才能吊起重物。，求至少经过多长时间才能吊起重物。例与练例与练6分析：分析：本讲稿第二十八页，共三十一页小结感应电场感应电场:由变化的磁场激发的电场由变化的磁场激发的电场.感生电动势感生电动势:由感生电场产生的感应电动由感生电场产生的感应电动势称为感生电动势势称为感生电动势.动生电动势动生电动势:由于导体运动而产生的由于导体运动而产生的感应电动势感应电动势.感感生生电电动动势势和和动动生生电电动动势势本讲稿第三十页，共三十一页本讲稿第三十一页，共三十一页