4第四节电磁感应现象的两类情况.doc

第四节 感生电动势和动生电动势 教学目标： （一）知识与技能 1．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。 （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，同时提高学习物理的兴趣。 （三）情感、态度与价值观 学生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。 教学重点：感生电动势与动生电动势的概念。 教学难点：对感生电动势与动生电动势实质的理解。 教学方法：讨论法，讲练结合法 教学手段：多媒体课件 教学活动： 引入： 什么是电源？什么是电动势？ 电源是通过非静电力做功把其他形式能转化为电能的装置。如果电源移送电荷q时非静电力所做的功为W，那么W与q的比值，叫做电源的电动势。用E表示电动势，则： 在电磁感应现象中，要产生电流，必须有感应电动势。这种情况下，哪一种作用扮演了非静电力的角色呢？下面我们就来研究这个问题。 新课教学： 一、感生电场与感生电动势 提出问题：如图所示，一个闭合回路静止于磁场中，由于穿过闭合回路的磁场增强，闭合回路内产生了感应电动势。这种情况下，哪一种作用扮演了非静电力的角色？ 分析：19世纪60年代，英国物理学家麦克斯韦认为，变化的磁场在周围的空间会激发电场，这种电场与静电场不同，它不是由电荷产生的。这种由于磁场的变化而激发的电场叫感生电场。这种电场对自由电荷有力的作用，使自由电荷运动起来，形成了电流，或者说产生了电动势。可见，所谓的非静电力实质上是感生电场对自由电荷的作用力。由感生电场产生的感应电动势，叫做感生电动势。 1.感生电场：由磁场的变化而激发的电场（涡旋电场，不同于静电场，它的电场线是闭合的曲线）称为感生电场。 2.感生电动势：由感生电场产生的感应电动势，称为感生电动势。 3.感生电动势的方向：感生电动势的方向就是感应电流的方向，可根据楞次定律和右手螺旋定则来判断，感生电动势中的非静电力是感生电场对自由电荷的作用力。 问题探究：现代科学研究中常用到高速电子，电子感应加速器就是利用感生电场使电子加速的设备。它的基本原理如图所示，上、下为电磁铁的两个磁极，磁极之间有一个环形真空室，电子在真空室中做圆周运动。电磁铁线圈电流的大小、方向可以变化，产生感生电场使电子加速。上图为俯视图，如果从上向下看，电子沿逆时针方向运动。 当电磁铁线圈的电流方向与图示方向一致时，电流的大小应该怎样变化才能使电子加速？ 分析与解答： 电子带负电，它在电场中受力的方向与电场方向相反。本题中电子沿逆时针方向运动，所以为使电子加速，产生的电场必须沿顺时针方向。 在图中，磁场方向由下向上。根据楞次定律，为使真空室中产生顺时针方向的感生电场，磁场应该由弱变强。也就是，为使电子加速，电磁铁中的电流应该由小变大。 情景设置：如图，导体棒CD在均匀的磁场中运动。 思考一：自由电荷会随着导体棒运动，并因此受到洛伦兹力。导体棒中的自由电荷相对于纸面的运动大致沿什么方向？为了方便，可以认为导体棒中的电荷是正电荷。 思考二：导体棒一直运动下去，自由电荷是否总会沿着导体棒运动？为什么？ 思考三：导体棒哪端的电势比较高？ 思考四：如果用导线把C、D两端连到磁场外的一个用电器上，导体棒中的电流是沿什么方向的？ 说明：以上讨论不必考虑自由电荷的杂乱无章的热运动。 分析与讨论： 思考一：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。 思考二：自由电荷不会一直运动下去。因为C、D两端聚集电荷越来越多，在CD棒间产生的电场越来越强，当电场力等于洛伦兹力时，自由电荷不再定向运动。 思考三：C端电势高。 思考四：导体棒中电流是由D指向C的。 通过上面的分析可以看到：一段导体在做切割磁感线运动时相当于一个电源，这时的非静电力与洛伦兹力有关。 二、动生电动势 1.什么是动生电动势：由于导体运动而产生的电动势叫动生电动势。 2.动生电动势中的非静电力：自由电荷随导体棒运动而受到洛伦兹力作用，非静电力与洛伦兹力有关。 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。 动生电动势中的功能关系： 分析：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。 闭合电路中，导体棒做切割磁感线运动时，克服安培力做功，其他形式的能转化为电能。 【例题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） A．磁场变化时，会在在空间中激发一种电场 B．使电荷定向移动形成电流的力是磁场力 C．使电荷定向移动形成电流的力是电场力 D．以上说法都不对 【例题2】如图所示，导体AB在做切割磁感线运动时，将产生一个电动势，因而在电