《感生電動勢和動生電動勢》的教案

2022-01-21 教案

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　　[學習目標]

　　1．知道感生電動勢和動生電動勢

　　2．理解感生電動勢和動生電動勢的產生機理

　　[自主學習]

　　1．英國物理學家麥克斯韋認為，變化的磁場會在空間激發一種電場，這種電場叫做電場；有這種電場產生的電動勢叫做，該電場的方向可以由右手定則來判定。

　　2．由于導體運動而產生的感應電動勢稱為。

　　[典型例題]

　　例1 如圖1所示，在豎直向下的磁感應強度為B的勻強磁場中，有兩根水平放置且足夠長的平行金屬導軌AB、CD，在導軌的AC端連接一阻值為R的電阻，一根質量為m的金屬棒ab，垂直導軌放置，導軌和金屬棒的電阻不計。金屬棒與導軌間的動摩擦因數為，若用恒力F沿水平向右拉導體棒運動，求金屬棒的最大速度。

　　分析：金屬棒向右運動切割磁感線，產生動生電動勢，由右手定則知，棒中有ab方向的電流；再由左手定則，安培力向左，導體棒受到的合力減小，向右做加速度逐漸減小的加速運動；當安培力與摩擦力的合力增大到大小等于拉力F時，加速度減小到零，速度達到最大，此后勻速運動，所以......

　　例2 如圖2所示，線圈內有理想的磁場邊界，當磁感應強度均勻增加時，有一帶電量為q，質量為m的粒子靜止于水平放置的平行板電容器中間，則此粒子帶，若線圈的匝數為n，線圈面積為S，平行板電容器的板間距離為d，則磁感應強度的變化率為。

　　分析：線圈所在處的磁感應強度增加，發生變化，線圈中有感生電動勢；由法拉第電磁感應定律得，，再由楞次定律線圈中感應電流沿逆時針方向，所以，板間的電場強度方向向上。帶電粒子在兩板間平衡，電場力與重力大小相等方向相反，電場力豎直向上，所以粒子帶正電。

　　[針對訓練]

　　1．通電直導線與閉合線框彼此絕緣，它們處在同一平面內，導線位置與線框對稱軸重合，為了使線框中產生如圖3所示的感應電流，可采取的措施是：

　　（A）減小直導線中的電流

　　(B)線框以直導線為軸逆時針轉動（從上往下看）

　　(C)線框向右平動 (D)線框向左平動

　　2．一導體棒長l=40cm，在磁感強度B=0.1T的勻強磁場中做切割磁感線運動，運動的速度v=5.0m／s，導體棒與磁場垂直，若速度方向與磁感線方向夾角β=30°，則導體棒中感應電動勢的大小為 V，此導體棒在做切割磁感線運動時，若速度大小不變，可能產生的最大感應電動勢為 V

　　3．一個N匝圓線圈，放在磁感強度為B的勻強磁場中,線圈平面跟磁感強度方向成30°角，磁感強度隨時間均勻變化，線圈導線規格不變，下列方法中可使線圈中感應電流增加一倍的是：

　　(A)將線圈匝數增加一倍 (B)將線圈面積增加一倍

　　(C)將線圈半徑增加一倍 (D)適當改變線圈的取向

　　4．如圖4所示，四邊完全相同的正方形線圈置于一有界勻強磁場中，磁場垂直線圈平面，磁場邊界與對應的線圈邊平行，今在線圈平面內分別以大小相等，方向與正方形各邊垂直的速度，沿四個不同的方向把線圈拉出場區，則能使a、b兩點電勢差的值最大的`是：

　　(A)向上拉 (B)向下拉

　　(C)向左拉（D）向右拉

　　5．如圖5所示，導線MN可無摩擦地沿豎直的長直導軌滑動，導線位于水平方向的勻強磁場中，回路電阻R，將MN由靜止開始釋放后的一小段時間內，MN運動的加速度可能是：

　　（A）．保持不變（B）逐漸減小（C）逐漸增大（D）無法確定

　　6．在水平面上有一固定的U形金屬框架，框架上置一金屬桿ab，如圖所示(紙面即水平面)，在垂直紙面方向有一勻強磁場，則：

　　（A）若磁場方向垂直紙面向外并增長時，桿ab將向右移動

　　（B）若磁場方向垂直紙面向外并減少時，桿ab將向左移動

　　（C）若磁場方向垂直紙面向里并增長時，桿ab將向右移動

　　（D）若磁場方向垂直紙面向里并減少時，桿ab將向右移

　　7．如圖7所示，圓形線圈開口處接有一個平行板電容器，圓形線圈垂直放在隨時間均勻變化的勻強磁場中，要使電容器所帶電量增加一倍，正確的做法是：

　　(A)使電容器兩極板間距離變為原來的一半

　　(B)使線圈半徑增加一倍

　　(C)使磁感強度的變化率增加一倍

　　(D)改變線圈平面與磁場方向的夾角

　　[能力訓練]

　　1．有一銅塊，重量為G，密度為D，電阻率為ρ，把它拉制成截面半徑為r的長導線，再用它做成一半徑為R的圓形回路(R＞＞r)．現加一個方向垂直回路平面的勻強磁場，磁感強度B的大小變化均勻，則

　　(A)感應電流大小與導線粗細成正比

　　(B)感應電流大小與回路半徑R成正比

　　(C)感應電流大小與回路半徑R的平方成正比

　　(D)感應電流大小和R、r都無關

　　2．在圖8中，閉合矩形線框abcd，電阻為R，位于磁感應強度為B的勻強磁場中，ad邊位于磁場邊緣，線框平面與磁場垂直，ab、ad邊長分別用L1、L2表示，若把線圈沿v方向勻速拉出磁場所用時間為△t，則通過線框導線截面的電量是：

　　（A）（B）（C）（D）BL1L2

　　3．如圖9所示，矩形線框abcd的ad和bc的中點M、N之間連接一電壓表，整個裝置處于勻強磁場中，磁場的方向與線框平面垂直，當線框向右勻速平動時，以下說法正確的是（）

　　（A）穿過線框的磁通量不變化，MN間無電勢差

　　（B）MN這段導體做切割磁感線運動，MN間有電勢差

　　（C）MN間有電勢差，所以電壓表有讀數

　　（D）因為無電流通過電壓表，所以電壓表無讀數

　　4．在磁感應強度為B，方向如圖10所示的勻強磁場中，金屬桿PQ在寬為L的平行金屬導軌上以速度v向右勻速滑動，PQ中產生的感應電動勢為E1；若磁感應強度增為2B，其它條件不變，所產生的感應電動勢大小變為E2，則E1與E 2之比及通過電阻R的感應電流方向為:

　　（A）2：1，b→a （B）1：2，b→a

　　（C）2：1，a→b （D）1：2，a→b

　　5．如圖11所示，一個有彈性的金屬圓環被一根橡皮繩吊于通電直導線的下方，當通電直導線中電流Ｉ增大時，圓環的面積Ｓ和橡皮繩的長度L將

　　(A)Ｓ減小，L變長 (Ｂ)Ｓ減小，L變短

　　(C)Ｓ增大，L變長 (Ｄ)Ｓ增大，L變短

　　6．A、B兩個閉合電路，穿過A電路的磁通量由O增加到3×103Wb，穿過B電路的磁通量由5×103Wb增加到6×103Wb。則兩個電路中產生的感應電動勢EA和EB的關系是：

　　（A）EA＞EB (B)EA=EB (C) EA＜EB (D)無法確定

　　7．如圖12所示。在有明顯邊界PQ的勻強磁場外有一個與磁場垂直的正方形閉合線框。一個平行線框的力將此線框勻速地拉進磁場。設第一次速度為v，第二次速度為2 v，則兩次拉力大小之比為F1：F2=____，拉力做的功之比為W1：W2=____，拉力功率之比為P1：P2=____，流過導線橫截面的電量之比為

　　Q1：Q2=____

　　8．如圖13所示，水平桌面上固定一個無電阻的光滑導軌，導軌左端有一個R=0.08歐的電阻相連，軌距d=50厘米。金屬桿ab的質量m=0.1千克，電阻r=0.02歐，橫跨導軌。磁感應強度B=0.2特的勻強磁場垂直穿過導軌平面。現用水平力F=0.1牛拉ab向右運動，桿ab勻速前進時速度大小為________米/秒；此時電路中消耗的電功率為________瓦，突然撤消外力F后，電阻R上還能產生的熱量為____焦。

　　9．如圖14所示，M與N為兩塊正對的平行金屬板，勻強磁場垂直紙面向里，磁感應強度為B。ab是可以緊貼平板邊緣滑動的金屬棒，能以v1速度勻速向左或向右滑動。現有一個電子以v2速度自左向右飛入兩塊板中間，方向與板平行與磁場垂直。為使電子在兩板間做勻速直線運動，則

　　v1的方向應如何？v1、v2的關系如何？

　　10．如圖15所示，矩形線圈abcd共有n匝，ab邊長為L1，bc邊長為L2，置于垂直穿過它的均勻變化的勻強磁場中。平行正對放置的兩塊金屬板M和N，長為L，間距為h。今有一束帶電量為q、質量為m的離子流從兩板中央平行于板的方向以初速v0飛入板間，要使這些離子恰好能從兩板邊緣射出，求：①線圈abcd中磁感應強度的變化率如何？②兩板間的電場對每一個離子做多少功？

　　[學后反思]_______________________________________________________

　　__________________________________________________ 。

　　參考答案

　　自主學習 1.感生電場感生電動勢 2.動生電動勢

　　針對訓練 1.D 2.0.1 0.2 3.D 4.B 5.B 6.D 7.AC

　　能力訓練 1.D 2.B 3.BD 4.D 5.A 6.D 7.1:2 1:2

　　4:1 1:1 8.1m/s 0.1W 0.04J 9.

　　10.

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