高中物理 第四章 电磁感应 5 电磁感应现象的两类情况学案 新人教版选修3-2-新人教版高二选修3-2物理学案VIP免费

5电磁感应现象的两类情况[目标定位]1.知道感生电动势的产生以及与感生电场的联系，会判断感生电动势的方向并计算其大小.2.知道动生电动势的产生以及与洛伦兹力的关系，会判断动生电动势的方向并计算其大小.3.进一步掌握E＝n及E＝Blv的区别和联系，会求转动切割时感应电动势的大小.4.求电磁感应中的电荷量问题.一、电磁感应现象中的感生电场1.感生电场(1)定义：麦克斯韦在他的电磁理论中指出：变化的磁场能在周围空间激发电场，这种电场叫感生电场.(2)理解：①如图1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闭合曲线，感生电场是一种涡旋电场.图1②感生电场的产生跟空间中是否存在闭合电路无关.③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.2.感生电动势：由感生电场产生的感应电动势.3.感生电动势中的非静电力：就是感生电场对自由电荷的作用.深度思考感生电场的方向与感应电流的方向有什么关系？如何判断感生电场的方向？答案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，感生电场的方向与感应电流的方向相同.感生电场的方向可以用楞次定律和右手定则判定.例1如图2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(俯视)，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.若运动过程中小球带电荷量不变，那么()图2A.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C.小球先沿逆时针方向减速运动，过一段时间后沿顺时针方向加速运动D.磁场力对小球一直不做功解析当磁场增强时，会产生顺时针方向的涡旋电场，电场力先对小球做负功使其速度减为零，后对小球做正功使其沿顺时针做加速运动，所以C正确；磁场力始终与小球运动方向垂直，因此始终对小球不做功，D正确；小球在水平面内沿半径方向受两个力作用：环的挤压力FN和磁场的洛伦兹力F，这两个力的合力充当小球做圆周运动的向心力，其中F＝qvB，磁场在增强，小球速度先减小后增大，所以洛伦兹力不一定总在增大，故B错；向心力F向＝m，其大小随速度先减小后增大，因此挤压力FN也不一定始终增大，故A错，正确答案为C、D.答案CD1感生电场是一种涡旋电场，电场线是闭合的.涡旋电场也会对电荷产生力的作用.2实际问题中我们常要用磁场的方向和强弱变化的情况，根据楞次定律或安培定则来确定感生电场的方向.二、电磁感应现象中的洛伦兹力1.成因：导体棒做切割磁感线运动时，导体棒中的自由电荷随棒一起定向运动，并因此受到洛伦兹力.2.动生电动势：由于导体运动而产生的感应电动势.3.动生电动势中的非静电力：与洛伦兹力有关.深度思考动生电动势的产生与洛伦兹力有关，洛伦兹力做功吗？答案洛伦兹力不做功.解析(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，所以它对电子不做功.例2我国处在地球的北半球，飞机在我国上空匀速地巡航，机翼保持水平，飞机高度不变，由于地磁场的作用，金属机翼上有电势差.设左侧机翼末端处的电势为φ1，右侧机翼末端处的电势为φ2，则()A.飞机从西向东飞时，φ1比φ2高B.飞机从东向西飞时，φ2比φ1高C.飞机从南向北飞时，φ1比φ2高D.飞机从北向南飞时，φ2比φ1高解析在北半球，地磁场有竖直向下的分量，飞机在水平飞行过程中，机翼切割磁感线，产生感应电动势，应用右手定则可以判断两边机翼的电势高低.伸开右手，让大拇指与其余四指在同一平面内，并且垂直，让磁感线穿过手心，即手心朝上，大拇指指向飞机的飞行方向，其余四指所指的方向就是感应电流的方向，由于不是闭合电路，电路中只存在感应电动势，仍然按照有电流来判断，整个切割磁感线的两边机翼就是电源，在电源内部，电流是从低电势处流向高电势处的.因此不管飞机向哪个方向飞行，都是左边机翼末端电势高，即A、C选项正确.答案AC例3半径为r、电...