電磁感應8226磁場、電磁感應階段復習課1

1、電磁感應磁場、電磁感應階段復習課教學目標1在物理知識方面要求.(1) 通過復習掌握本單元中的電磁現(xiàn)象. 電流周圍存在磁場; 磁場對電流(運動電荷)的作用; 電磁感應.(2) 通過復習理解以上電磁規(guī)律的物理含義.2結(jié)合本單元的復習，教給學生歸納、總結(jié)知識的能力.3在復習鞏固的基礎上，進一步培養(yǎng)學生綜合運用知識的能力；提高學生高度概括、靈活運用的能力.二、重點、難點分析1重點是對基本概念（如磁通量、磁通量變化量、磁通量變化率 t）的加深理解；磁場對電流（運動電荷）的作用和對法拉第電磁感應定律的理解 和運用.2難點是法拉第電磁感應定律的綜合運用和楞次定律的運用.三、教具投影片.四、主要教學過程（一）

2、電磁現(xiàn)象基本設計思想:師生討論、歸納總結(jié)出電磁現(xiàn)象.提問：在磁場、電磁感應中，我們學習了哪些電磁現(xiàn)象?學生回憶：聯(lián)想后可能回答:1電流（運動電荷）周圍存在磁場;2磁場對電流（運動電荷）存在力的作用;3.電磁感應.根據(jù)學生回答，列成表格形式，進一步提問這些現(xiàn)象的規(guī)律以及應用等內(nèi)容.然后，逐項填入相應位置，從而整理成系統(tǒng)化知識內(nèi)容.打出投影片.(二) 應注意的幾個問題1磁通量、磁通量的變化量及磁通量的變化率.(1)磁通量=BS丄(S丄是S在垂直于B的平面上的投影)，可以用穿過面的磁感線數(shù)表示。 磁通量的變化量= 2-1.磁通量變化包括：磁感應強度B變化，面積S變化，S與B的夾角變化.(3) 磁通量

3、的變化率/ t，表示磁通量變化的快慢.注意：在閉合電路中是否產(chǎn)生感生電動勢，不是取決于有無磁通量，而是取決 于有無磁通量的變化.感生電動勢的大小不是取決于磁通量的變化量而是取決于磁 通量的變化率.£ =/ t .、/ t的物理意義不同.2.導體在磁場中運動產(chǎn)生電動勢的情況.(1)平動.在圖1A .、B.中,兩個導體產(chǎn)生感生電動勢的數(shù)學表達式相同即£=BLv.XXXX冥XXX戈XXXX氷f/! XXTJ-/141L<IL冥XXXXx冥XXXXXXXXXXsXXX0 AXXXXXX轉(zhuǎn)動.直導體繞固定軸.如圖2所示，導線OMN在與磁場方向垂直的平面內(nèi)，以角速度3在勻強磁場中

4、沿逆時針方向繞 O點勻速轉(zhuǎn)動，磁感應強度為 B,方向垂直指向紙里， MN的電動勢 多大?由于MN上各點的切割速度不等， 應當用MN上各點的平均速度也就是 MN中點的 速度進行計算.設 OM=1, ON=2,則£冋二L期陽二尙F(xiàn)）仝尹矩形線圈繞固定軸.iE11如圖3所示，邊長分別為 Li、L2的矩形線圍繞 0。軸在勻強磁場中以角速度3 勻速轉(zhuǎn)動，磁感應強度為B,方向與紙面平行向左， 求感生電動勢.如果從圖中所示位置開始計時，感生電動勢為£ =2BL2Vsifi9=BS“命t當t=0時，線圈平面與磁場平行， 磁通量最小，min=0 ,感生電動勢£最大.£ m

5、aX=BS3.jrSt=T/4,= ,線圈平面與磁場垂直，磁逋量最大.max=BL L2=BS.感生電動勢£最小.£ min = 0 .（三）解決磁場和電磁感應問題的基本思路與方法1基本思路.(1)研究磁場中的力學問題，仍按力學中的方法分析，在分析力時要考慮到磁場力.這對于研究導體受力、 運動電荷受力問題特別重要. 要記住洛侖茲力的性質(zhì):洛侖茲力永遠與 v垂直，永遠不做功.(2)研究電磁現(xiàn)象，應根據(jù)電流周圍產(chǎn)生磁場，電流在磁場中受力的規(guī)律，閉合電路中磁通量變化產(chǎn)生感生電流，對問題全面加以分析解決.在這當中，還要重視物理狀態(tài)的確定與過程的分析.這一點對于存在著幾種能量互相轉(zhuǎn)化

6、的物理問題非常重要.2.典型問題分析.XXB1XX 甲E嚴艮X XX X X XXXXX 5S： XN 気 X XX X|>CXX XI X XX X XXX X kX/x X 況 I X X X XX X X X 乙圖4例1 投影片.甲、乙兩個完全相同的帶電粒子，以相同的動能在勻強磁場中 運動.甲從Bi區(qū)域運動到B2區(qū)域，且B2> Bi；乙在勻強磁場中做勻速圓周運動，且在 t時間內(nèi)，該磁場的磁感應強度從 B1增大為B2,如圖4所示.則當磁場為B2時， 甲、乙二粒子動能的變化情況A都保持不變B.甲不變，乙增大甲不變，乙減小D.甲增大，乙不變E.甲減小，乙不變X首先組織學生分析討論，

7、同學可能提出各種各樣解答，這時教師應及時歸納、 引導.由于本題所提供的兩種情境，都是B2> Bi,研究的也是同一種粒子的運動對此，可能有人根據(jù)“洛侖茲力”不做功，而斷定答案“A”正確.其實，正確答案應該是“ B”.這是因為：甲粒子從 B區(qū)域進入E2區(qū)域，唯一 變化的是，根據(jù)f=qvB，粒子受到的洛侖茲力發(fā)生了變化.由于洛侖茲力不做功, 故v大小不變，因而由R=mv/Bq,知其回轉(zhuǎn)半徑發(fā)生了變化， 其動能不會發(fā)生變化.乙粒子則不然，由于磁場從Bi變化到B,根據(jù)麥克斯韋電磁場理論，變化的磁場將產(chǎn) 生電場，結(jié)合楞次定律可知，電場力方向與粒子運動方向一致，電場力對運動電荷 做正功，因而乙粒子的動

8、能將增大.E,方向例2 如圖5,在勻強電場和勻強磁場共存的區(qū)域內(nèi)，電場的場強為豎直向下，磁場的磁感應強度為B,方向垂直紙面向里.一質(zhì)量為m的帶電質(zhì)點,沿場區(qū)內(nèi)的一豎直圓周勻速運動,則可判知該帶電質(zhì)點A-帶有電量為學的負電EB.沿圓周順時針運動C運功的角速度為學D.運動的速率為半E帶電質(zhì)點在電場力 F、重力G和洛侖茲力f作用下沿豎直圓周勻速運動，由產(chǎn)生勻速圓周運動的條件分析判知，只有電場力F與重力G相平衡;僅由洛侖茲力f提供向心力，f的方向始終與質(zhì)點速度 v的方向垂直，f的大小Bqv保持不變，才能實現(xiàn)帶電質(zhì)點沿豎直圓周做勻速圓周運動.根據(jù)這一分析:從電場力應與重力相平衡可判知，帶電質(zhì)點受到電場力

9、的方向應豎直向上，與 重力方向相反，為此質(zhì)點應帶負電.再由電場力的大小應與重力大小相竽，即qE = mg,從中可求出質(zhì)點帶有的電量q =罟從應由洛侖茲力提供向心力可判知，帶電質(zhì)點受到的洛侖茲力應沿半徑指向圓 心，為此由左手定則可知，帶電質(zhì)點沿圓周順時針運動，再由洛侖茲力公式和向心 力公式有BqRo =mRo 2,從中可求出帶電質(zhì)點運動的角速度。=學.由于不知道豎直圓周的半徑, E電質(zhì)點的運動速率.綜上可知，選項 A B C正確.故不能求出帶（方向豎直向上）和勻強磁場（方向垂直指向紙外），有甲、乙兩個帶電顆粒，甲帶正電,電量大小為qi.例3 投影片如圖6所示，在真空中同時存在著勻強電場恰好平衡靜

10、止于 A點；乙也帶正電，電量大小為q2，正在過A點的豎直平面內(nèi)做半 徑為ri的勻速圓周運動運動中乙和甲發(fā)生碰撞并粘在一起，試分析它們以后的運 動.* -Jt.J4/riV4£E先給出一定時間，讓同學分析思考提出各種可能方案有同學會提出：條件 不夠，無法討論.m,乙的質(zhì)量為m.可以指出，沒有給出的條件可以假定.如假定甲的質(zhì)量為 電場強度為E,磁感應強度為B.碰撞前乙的速度為 Vi,碰撞后共同的速度為V2.提問：碰撞前甲、乙各受幾個力.它們之間有什么關(guān)系?引導回答：甲不動，它受到重力mg,電場力qiE,這兩個力平衡.乙受到三個 力，重力m2g,電場力q2E,洛侖茲力q2ViB.因為乙做勻

11、速圓周運動，它所受的重力 和電場力也必須平衡.使乙做勻速圓周運動的力是洛侖茲力.進一步提問：碰撞后，甲和乙粘在一起，它們受幾個力，這些力之間有什么關(guān) 系.引導回答：受到三個力.總重力(mi+m)g，總電場力(q i+q2)E和洛侖茲力(qi +q2)V2B.總重力與總電場力仍舊平衡,所以甲和乙仍在洛侖茲力的作用下做勻速圓周運動.甲、乙碰撞時滿足動量守恒定律.然后讓同學列出方程求解.碰撞前，乙應滿足:qivB =碰撞時，根據(jù)動量守恒.mvi = (mi + mi)V2,碰撞后，甲乙應滿足仙七亦屏二3必d由式、式、式解得Qa耳=1通過這題的分析，使學生感到在條件不夠時，可以自己先做一些假定，按物理

12、 過程的先后順序加以分析求解.適當歸納，提岀新的問題，例姒 處式E =BW與£ =N曲意義與區(qū)別.通過實例來進一步說明兩者意義上的異同.'XI X 亠r* II V 汎Ie H'X 1/圈T例4將邊長為I、總匝數(shù)為N的正方形閉合導線框，以速度v勻速地推入勻 強磁場B中，并以v繼續(xù)在磁場中勻速運動，如圖 7所示.試回答:(1)導線框在勻速進入磁場的過程中，感生電動勢為多大?(2)導線框在勻強磁場中繼續(xù)以速度v運動時，感生電動勢多大?分析與解；(1)線框進入“磁場過程中的感生電動勢，可應用兩個公式計算，結(jié) 果一樣:= NBlv.(2)但當線框在磁場中勻速運動時，根據(jù)導體做

13、切割磁感線運動而產(chǎn)生感生電動勢的規(guī)律，應有£ =Blv ; 而根11公式£ =N右，0磁通量不變，W =0-£ =0.這兩種結(jié)果究竟哪一個正確呢?判斷的依據(jù)只有一個，就是任何電動勢都應當是即任何電動勢都等于非靜力移動單位電荷所做的功.只要W非工0,就有£工0.當導線框進入磁場過程中，機械能通過洛侖茲力作用（導體做切割磁感線運動形成電勢差）而轉(zhuǎn)換為時，其內(nèi)部自由電子即受洛侖茲力作用而向?qū)w的一端移動,電荷的電勢能.這一電勢能在導線框進入磁場后，只要線框繼續(xù)運動，它就一直存在，因此，導線框在磁場中運動時的感生電動勢應為£=Blv .而升=0的意義，

14、在于繞電路一周感生電動勢的代數(shù)和為零.這是由于導線框在磁場中做切割磁感線運動時，其左右兩邊都產(chǎn)生相等的 感生電動勢.這樣，從電路中任一點出發(fā)，繞行電路一周重新返回那一點時，其感 生電動勢之和為零.A叫單脫據(jù)而斷定亍也為零.本題問的是感拄母1勢為多少，即是（為多少，因此，不能簡 q歸納本題，然后提出電磁感應過程常常伴隨其它形式能量的轉(zhuǎn)化.投影片.如圖8所示，兩金屬桿ab和cd長均為I，電阻均為R,質(zhì)量分別為 M 和m M> m.用兩根質(zhì)量和電阻均可忽略的不可伸長的柔軟導線將它們連成閉合回 路，并懸掛在水平、光滑、不導電的圓棒兩側(cè).兩金屬桿都處在水平位置.整個裝 置處在一與回路平面相垂直的勻

15、5d區(qū)1 3強磁場中，磁感應強度為 Ba.若金屬桿ab正好勻速向下運動，求運動的速度.首先讓同學認真看一下本題.然后讓三個同學到黑板上做此題，其余在原位做題.教師巡回檢查，啟發(fā)指導.最后，可將有代表性的方法歸納.解法（一）:設磁場方向垂直紙面向里.分別選取ab、cd為研究對象.設ab向下、ca向上勻速運動速度大小為V,它們均切割磁感線，將都產(chǎn)生感應電動勢，據(jù)電磁感應定律，應有:ab產(chǎn)生感應電動勢，£ i=BIv .cd產(chǎn)生感應電動勢，£2=BIv .據(jù)右手定則，回路中電流方向由af bf df c,電流大小據(jù)閉合電路歐姆定律應為:E 1 + £ 2 2Blv Bl

16、vI =一2農(nóng) R據(jù)左手定則，ab受安培力向上，cd受安培力向下，大小均為:ab勻速向下時平衡條件為:T+ F安 =Mg.cd勻速向上時平衡條件為:T=F安 +mg.式中T代表導線對金屬桿的拉力.由得：2F安=(M-m)g.V(M - m)gR年=2E屮，解法(二):把ab、cd柔軟導線視為一個整體作為研究對象，因為M> m所以 整體動力為(M-m)g.ab向下、cd向上運動時，穿過閉合回路的磁通量減小，據(jù)電磁感應定律產(chǎn)生感 應電流.據(jù)楞次定律知，I感的磁場要阻礙原磁場的磁通量變化，即阻礙 ab向下,cd向上運動，即F安為阻力.整體受的動力與安培力滿足平衡條件，即= 2 -歸上，則可解得

17、誡口上結(jié)果- K解法（三）：把整個回路視為一整體作研究對象.因其速度大小不變，故動能不變.ab向下、cd向上運動過程中，因 Mg>mg系統(tǒng)的重力勢能減少，將轉(zhuǎn)化為回路的電能.據(jù)能量轉(zhuǎn)化守恒定律，重力的機械功率（單位時間系統(tǒng)減少的重力勢能 ）要等于電功率（單位時間轉(zhuǎn)化回路的電能）.所以有S Mgv-mgv =二-纟胖，同樣可解得勵上值.說明：由以上三種思路解法可看出,由于這道力電磁綜合題，屬多對象問題,可取用“隔離法”研究解決，如解法（一）；也可如解法（二）、（三）那樣取用“整體法”研究解決.特別是由能量觀點出發(fā)的解法（三），明顯簡便.對于有靈活解題思 路問題，能選用簡捷思路，必然要求對所

18、學知識有全面、深刻、融會貫通的認識掌 握，并須較高的思維能力.由于本題未明確磁場方向，前面解題設為進紙面，若設為出紙面，據(jù)右手定則, 判定I感，方向?qū)⑹窍喾捶较颍米笫侄▌t判定 F安方向仍對ab、cd的運動屬阻力.故 兩種磁場方向，解題結(jié)果一樣.投影片.如圖9所示，金屬棒a從高h處以速度V0沿光滑弧形平行金屬軌道下B,在滑，進入軌道的水平部分以后，在自上而下的強磁場中運動，磁感應強度為軌道的水平部分原來靜止地放著另一根金屬棒b,已知m ： m=5 : 4,試問:(1)當a棒進入磁場后做什么運動?b棒做什么運動?(2)如果兩棒始終沒有相碰，求a和b的最大速度.在整個過程中，回路中消耗的電能是多少?由于本題涉及知識面較寬，運動過程相對來講，也較復雜.因此，應采取逐步 分析法.給學生一定的思考問題的時間，必要時做啟發(fā).引導學生分析：(1)a棒進入磁場后切割磁感線產(chǎn)生感生電動勢和感生電流.提