4.5电磁感应现象的两类情况
班级： 姓名： 编制：郭勇 审定：高二物理组 2011/12/18
【学习目标】
（1）了解感生电动势和动生电动势的概念及不同。
（2）了解感生电动势和动生电动势产生的原因。
（3）能用动生电动势和感生电动势的公式进行分析和计算。
课前预习：
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 。
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。
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 ）
【课内探究】
一、理论探究感生电动势的产生
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：一种是磁场不变，导体运动引起的磁通量的变化而产生的感应电动势，这种电动势称作动生电动势，另外一种是导体不动，由于磁场变化引起磁通量的变化而产生的电动势称作感生电动势。
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，静电场的电场线是由正电荷发出，到负电荷终止，电场线不闭合，而感应电场是一种涡旋电场，电场线是封闭的，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。
感应电场是产生感应电流或感应电动势的原因，感应电场的方向也可以由楞次定律来判断。感应电流的方向与感应电场的方向相同。
2、感生电动势
（1）产生：磁场变化时会在空间激发电场，闭合导体中的自由电子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：__________________________________________________________
（3）感生电场方向判断：______________________________
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.
例1、如图,100匝线圈两端A,B与一个电压表相连.线圈内有指向纸内方向磁场,线圈中的磁通量在按图乙所示规律变化．
(1) 电压表的读数应该等于多少？
(2) 请在线圈位置上标出感生电场的方向．
(3) Ａ、Ｂ两端，哪端应该与电压表标＋号的接线柱连接？
【跟踪训练】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（ ）
A、沿顺时针方向运动
B、沿逆时针方向运动
C、在原位置附近往复运动
D、仍然保持静止状态
二、理论探究动生电动势的产生
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？他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：导体切割磁感线运动产生动生电动势
（2）大小：E=BLv（B的方向与v的方向垂直）
（3）动生电动势大小的推导：
ab棒处于匀强磁场中，磁感应强度为B，垂直纸面向里，棒沿光滑导轨以速度v匀速向右滑动，已知导轨宽度为L，经过时间t由M运动导N，如图所示，
由法拉第电磁感应定律可得：
E=
故动生电动势大小为E=BLv。
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。
实际应用
例题2：光滑导轨上架一个直导体棒MN，设MN向右匀速 运动的速度为V，MN长为L,不计其他电阻求：
（1）导体MN做匀速运动时受到的安培力大小和方向？
（2）导体MN受到的外力的大小和方向？
（3）MN向右运动S位移，外力克服安培力做功的表达式是什么？ （4）在此过程中感应电流做功是多少？
【跟踪训练】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，因而在电路中有电流通过，下列说法中正确的是（ ）
A．因导体运动而产生的感应电动势称为动生电动势
B．动生电动势的产生与洛仑兹力有关
C．动生电动势的产生与电场力有关
D．动生电动势和感生电动势产生的原因是一样的
【课堂练习】
1、光滑金属导轨L=0.4 m,电阻不计,均匀变化的磁场穿过整个导轨平面,如图甲.磁场的磁感应强度随时间变化的情况如图乙.金属棒ab的电阻为1Ω,自t=0时刻开始从导轨最左端以v=1 m/s的速度向右匀速运动,则
A.1 s末回路中电动势为0.8 V B.1 s末ab棒所受磁场力为0.64 N
C.1 s末回路中电动势为1.6 V D.1 s末ab棒所受磁场力为1.28 N
2、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，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E，则ab两点间的电势差为（ ）
A．E/2 B．E/3 C．2E/3 D．E
3、如图所示的四种磁场中能产生恒定的感生电场的( )
4如图4－5－32所示，一边长为L的正方形闭合导线框，下落中穿过一宽度为d(d>L)的匀强磁场区．设导线框在穿过磁场区的过程中，不计空气阻力，它的上下两边保持水平，线框平面始终与磁场方向垂直．若线框在位置Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ时，其加速度a1、a2、a3的方向均竖直向下，则( )
A．a1＝a3
C．a1【课后拓展】
有一面积为S=100cm2 的金属环，电阻为r=0.1Ω如图所示，环中磁场变化规律如图所示，且方向垂直环向里，在t1和t2时间内，环中感应电流的方向如何？通过金属环的电荷量为多少？
B
E
B
A
M
N
a
b
F’
F洛
D
C
D
C
B
B/T
t/s
0.5
2
0
1
1.0
v
图4－5－32(共32张PPT)
4.5 电磁感应现象的两类情况
单县五中
高二物理组
【教学目标】
1、知识与技能
（1）了解感生电动势和动生电动势的概念及不同。
（2）了解感生电动势和动生电动势产生的原因。
（3）能用动生电动势和感生电动势的公式进行分析和计算。
2、过程与方法
通过探究感生电动势和动生电动势产生的原因，培养学生对知识的理解和逻辑推理能力。
3、情感态度与价值观
从电磁感应现象中我们找到产生感生电动势和动生电动势的个性与共性问题，培养学生对不同事物进行分析，找出共性与个性的辩证唯物主义思想。
【教学重点】感生电动势和动生电动势。
【教学难点】感生电动势和动生电动势产生的原因。
+
+
+
-
-
-
+
+
+
+
+
+
+
+
+
△回顾电荷在外电路和内电路中的运动。
△电源电动势的作用是某种
非静电力对自由电荷的作用。
化学作用就是我们所说的非静电力
问题:感应电动势对应的非静电力是一种什么样的作用
动生电动势
感生电动势
磁场变化引起的电动势
AB相当于电源
线圈B相当于电源
一、理论探究感生电动势的产生
电流是怎样产生的？
自由电荷为什么会运动？
使电荷运动的力难道是变化
的磁场对其施加的力吗？
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
磁场变强
演示感生电场1.SWF
演示感生电场2.SWF
〔英〕麦克斯韦认为：
磁场变化时会在周围空间激发一种电场-----感生电场
闭合导体中的自由电荷在这种电场下做定向运动
产生感应电流（感生电动势）
感生电动势的非静电力是感生电场对电荷的作用力。
感生电场的方向类似感应电流方向的判定----安培定则1305.swf
(1)定义:变化的磁场在周围空间激发的电场叫感生电场(涡旋电场).
(3) 电场线:是闭合的曲线.
1、感生电场
(2)方向:就是感生电流的方向. 用楞次定律判断.
一、感生电场与感生电动势
磁场变强
2、感生电动势： 由感生电场产生的感应电动势. 感生电动势所对应的非静电力是感生电场对自由电荷的作用.
感生电场是产生
感生电动势的原因.
3、应用实例---电子感应加速器
电子感应加速器是用感生电场来加速电子的一种设备。
铁芯
电子束
环形真空
管 道
线圈
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道作为电子运行的轨道。当磁场发生变化时，就会沿管道方向产生感生电场。射入其中的电子就受到感生电场的持续作用而不断加速。
问题:电子加速应该具备什么条件 能否加速质子等其他粒子
如图,100匝线圈两端A,B与一个电压表相连.线圈内有指向纸内方向磁场,线圈中的磁通量在按图乙所示规律变化．
(1) 电压表的读数应该等于多少？
(2) 请在线圈位置上标出感生电场的方向．
(3) Ａ、Ｂ两端，哪端应该与电压表标＋号的接线柱连接？
例1
50V
A
【跟踪训练】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（ ）
A、沿顺时针方向运动
B、沿逆时针方向运动
C、在原位置附近往复运动
D、仍然保持静止状态
A
二、理论探究动生电动势的产生
思考与讨论
1、动生电动势是怎样产生的？
2、什么力充当非静电力？1404.swf
提 示
※导体中的自由电荷受到
什么力的作用？
※导体棒的哪端电势比较高？
※非静电力与洛伦兹力有关吗？
F洛
＋＋
- -
F电
-
F电
文本呈现：
当导体棒在匀强磁场B中以速度v运动时，导体棒内部的自由电子要受到洛伦兹力作用，在洛仑兹力作用下电子沿导线向D 端定向运动，使D端和C端出现了等量异种电荷，D为负极（低电势），C为正极（高电势）则导体CD相当一个电源。
动生电动势的非静电力与洛伦兹力有关。
探讨：
-
洛伦兹力不做功，不提供能量，只是起传递能量的作用。即外力克服洛伦兹力的一个分量F2所做的功，通过另一个分量F1转化为感应电流的能量
※洛伦兹力做功吗？
※能量是怎样转化的呢？
v
ω
F洛
F2
F1
V
L
M
N
× × × ××
× × × ××
× × × ××
× × × ××
× × × ××
R
例题2：光滑导轨上架一个直导体棒MN，设MN向右匀速 运动的速度为V，MN长为L,不计其他电阻求： （1）导体MN做匀速运动时受到的安培力大小和方向？（2）导体MN受到的外力的大小和方向？ （3）MN向右运动S位移，外力克服安培力做功的表达
式是什么？ （4）在此过程中感应电流做功是多少？
结论：在纯电阻电路中，外力克服安培力做了多少功将有多少热量产生。
实际应用
L
M
N
× × × ××
× × × ××
× × × ××
× × × ××
× × × ××
R
L
M
N
× × × ××
× × × ××
× × × ××
× × × ××
× × × ××
R
水平向左
水平向右
B
【跟踪训练】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，因而在电路中有电流通过，下列说法中正确的是（ ）
A．因导体运动而产生的感应电动势称为动生电动势
B．动生电动势的产生与洛仑兹力有关
C．动生电动势的产生与电场力有关
D．动生电动势和感生电动势产生的原因是一样的
AB
动生电动势
感生电动势
特点
磁场不变，闭合电路的整体或局部在磁场中运动导致回路中磁通量变化
闭合回路的任何部分都不动，空间磁场变化导致回路中磁通量变化
原因
由于S变化引起回路中 变化
由于B变化引起回路中 变化
非静电力是洛仑兹力的分力，由洛仑兹力对运动电荷作用而产生电动势
变化磁场在它周围空间激发感生电场，非静电力是感生电场力，由感生电场力对电荷做功而产生电动势
方向
的来源
非静电力
楞次定律
楞次定律或右手定则
课堂总结
1、光滑金属导轨L=0.4 m,电阻不计,均匀的磁场穿过整个导轨平面,如图甲.磁场的磁感应强度为2T.金属棒ab的电阻为1Ω,自t=0时刻开始从导轨最左端以v=1 m/s的速度向右匀速运动,则
( )
A.1 s末回路中电动势为0.8 V
B.1 s末ab棒所受磁场力为0.64 N
C.1 s末回路中电动势为1.6 V
D.1 s末ab棒所受磁场力为1.28 N
v
甲
AB
【课堂练习】
2、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，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E，则ab两点间的电势差为（ ）
A．E/2 B．E/3 C．2E/3 D．E
C
3、如图所示的四种磁场中能产生恒定的感生电场的是( )
C
4、如图所示，一边长为L的正方形闭合导线框，下落中穿过一宽度为d(d>L)的匀强磁场区．设导线框在穿过磁场区的过程中，不计空气阻力，它的上下两边保持水平，线框平面始终与磁场方向垂直．若线框在位置Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ时，其加速度a1、a2、a3的方向均竖直向下，则( )
A．a1＝a3C．a1D
有一面积为S=100cm2 的金属环，电阻为r=0.1Ω如图所示，环中磁场变化规律如图所示，且方向垂直环向里，在t1和t2时间内，环中感应电流的方向如何？通过金属环的电荷量为多少？
【课后拓展】
谢谢大家4.5电磁感应规律的应用
【教学目标】
1、知识与技能
（1）了解感生电动势和动生电动势的概念及不同。
（2）了解感生电动势和动生电动势产生的原因。
（3）能用动生电动势和感生电动势的公式进行分析和计算。
2、过程与方法
通过探究感生电动势和动生电动势产生的原因，培养学生对知识的理解和逻辑推理能力。
3、情感态度与价值观
从电磁感应现象中我们找到产生感生电动势和动生电动势的个性与共性问题，培养学生对不同事物进行分析，找出共性与个性的辩证唯物主义思想。
【教学重点】感生电动势和动生电动势。
【教学难点】感生电动势和动生电动势产生的原因。
【教学方法】类比法、练习法
【教具准备】
多媒体课件
【教学过程】
一、复习提问：
1、法拉第电磁感应定律的内容是什么？数学表达式是什么？
答：感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比，即E=。
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？
答：导体在磁场中切割磁感线产生的电动势的大小与导体棒的有效长度、磁场强弱、导体棒的运动速度有关，表达式是E= BLvsinθ，该表达式只能适用于匀强磁场中。
二、引入新课
在电磁感应现象中，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，本节课我们就一起来学习感应电动势产生的机理。
三、进行新课
（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：一种是磁场不变，导体运动引起的磁通量的变化而产生的感应电动势，这种电动势称作动生电动势，另外一种是导体不动，由于磁场变化引起磁通量的变化而产生的电动势称作感生电动势。
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，静电场的电场线是由正电荷发出，到负电荷终止，电场线不闭合，而感应电场是一种涡旋电场，电场线是封闭的，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。
感应电场是产生感应电流或感应电动势的原因，感应电场的方向也可以由楞次定律来判断。感应电流的方向与感应电场的方向相同。
2、感生电动势
（1）产生：磁场变化时会在空间激发电场，闭合导体中的自由电子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感生电动势。
（3）感生电场方向判断：右手螺旋定则。
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AB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
分析：根据电磁感应，闭合回路中的磁通量变化时，使闭合回路中产生感应电流，该电流可用楞次定律来判断，根据麦克斯韦电磁理论，闭合回路中产生感应电流，使因为闭合回路中受到了电场力的作用，而变化的磁场产生电场，与是否存在闭合回路没有关系，故空间磁场变化产生的电场方向，仍可用楞次定律来判断，四指环绕方向即感应电场的方向，由此可知AC正确。
正确答案：AC
点评：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
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电源，其电路是内电路，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=NScosθ
（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？他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：导体切割磁感线运动产生动生电动势
（2）大小：E=BLv（B的方向与v的方向垂直）
（3）动生电动势大小的推导：
ab棒处于匀强磁场中，磁感应强度为B，垂直纸面向里，棒沿光滑导轨以速度v匀速向右滑动，已知导轨宽度为L，经过时间t由M运动导N，如图所示，
由法拉第电磁感应定律可得：
E=
故动生电动势大小为E=BLv。
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。
【课堂小结】
本节课我们学习了感生电动势和动生电动势产生的原因，感生电动势是在感应电场作用下，自由电子定向运动形成的感应电流。动生电动势是自由电子在洛伦兹力的作用些下定向运动形成感应电流，感应电场对电荷的作用力和洛伦兹力充当了电源里的非静电力。
【板书设计】
第五节：电磁感应定律的应用
一、感生电动势
（1）产生：磁场变化时会在空间激发电场，闭合导体中的自由电子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感生电动势。
（3）感生电场方向判断：右手螺旋定则。
二、动生电动势
（1）产生：导体切割磁感线运动产生动生电动势，由于导体中的自由电子受到洛伦兹力的作用而引起的
（2）大小：E=BLv（B的方向与v的方向垂直）
（3）动生电动势大小的推导
【布置作业】选修3-2课本第20页“思考与讨论”
课后作业：第20-21页1、2、3、4题
【课后反思】
让学生知道电磁感应产生的机理，激励学生探求知识的来源和根源。有利于培养学生的学习精神。
B
E
B
A
楞次定律
右手螺旋定则
楞次定律
右手螺旋定则
M
N
a
b
F’
F洛
D
C
D
C
B