2、电磁感应现象中的洛伦兹力(动生电动势)

教师：(投影)思考与讨论。

教师：引导学生分组讨论，选出代表发表见解。

学生：思考、讨论，发表见解。

学生甲：1．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。

学生乙：2．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。

学生丙：3．C端电势高。

学生丁：4．导体棒中电流是由D指向C的。

教师：一段导体切割磁感线运动时相当于一个电源，这时非静电力与洛伦兹力有关。由于导体运动而产生的电动势叫动生电动势。

教师：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。

学生：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。

1、电磁感应现象中的感生电场(感生电动势)

教师：投影教材图4.5-1，穿过闭会回路的磁场增强，在回路中产生感应电流。是什么力充当非静电力使得自由电荷发生定向运动呢？英国物理学家麦克斯韦认为，磁场变化时在空间激发出一种电场，这种电场对自由电荷产生了力的作用，使自由电荷运动起来，形成了电流，或者说产生了电动势。这种由于磁场的变化而激发的电场叫感生电场。感生电场对自由电荷的作用力充当了非静电力。由感生电场产生的感应电动势，叫做感生电动势。

教师：感生电场的方向应如何判断？

提示：大家回想一下，感应电流的方向如何判断？电流的方向与电荷移动的方向有何关系？

学生：感应电流的方向用楞次定律判定。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，感生电场的方向也可以用楞次定律判定。

教师：若导体中的自由电荷是负电荷，能否用楞次定律判定？

学生：能。因为负电荷的运动可以等效为正电荷在反方向上的运动。

教师：下面通过例题看一下这方面的应用。

(投影)

教师：被加速的电子带什么电？

学生：负电

教师：电子逆时针运动，等效电流方向如何？

学生：顺时针。

教师：加速电场的方向如何？

学生：顺时针。

教师：使电子加速的电场是什么电场？

学生：感生电场。

教师：电磁铁的磁场怎样变化才能产生顺时针方向的感生电场？为什么？

学生：增强。因为感应电流的磁场方向与电磁铁的磁场方向相反。感应电流的磁场阻碍磁通量的变化。感生电场是磁场变强引起的。因此，电磁铁的电流变大才能使电子加速。

教师：如果电流的方向与图示方向相反，请自己判断一下，为使电子加速，电流又应怎样变化？

学生：按照上面的判断步骤独立分析。学生代表发言。

教师：倾听学生的发言，进行点评。

教师：我们在恒定电流以章中学过电源和电动势。大家回顾一下，什么是电源？什么是电动势？

学生甲：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。

学生乙：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：

教师：同学们回答得很好。

教师：电源有好多种，比如干电池、手摇发电机等。请分别说出这些电源中的非静电力作用和能量转化情况。

学生：干电池中的非静电力是化学作用，把化学能转化为电能；手摇发电机的非静电力是电磁作用，把机械能转化为电能。

教师：不同的电源，非静电力可能不同，但从能量转化的角度看，他们所起的作用是相同的，都是把其他形式能转化为电能。从这个角度看，电源的电动势所描述的物理意义是什么？请举例说明。

学生：电动势描述了电源把其他形式能转化为电能的本领，即表征非静电力对自由电荷做功的本领。不如，干电池的电动势是1.5V，表示把1C正电荷从电源负极搬到正极，非静电力做功1.5 J，而蓄电池电动势是2.0V，表示把1C正电荷从电源负极搬到正极，非静电力做功2.0 J，我们说蓄电池把化学能转化为电能的本领比干电池大。

教师：同学们说得很好。

教师：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？下面我们就来学习相关的知识。

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

★教学用具：

计算机，投影仪。

★教学过程

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。

2．知道感生电动势和动生电动势及其区别与联系。

1．知道感生电场。

4.5　 电磁感应规律的应用

★新课标要求

4．(2001年上海)如图所示，半径为a的圆形区域内有均匀磁场，磁感应强度为B=0.2 T，磁场方向垂直纸面向里.半径为b的金属圆环与磁场同心地放置，磁场与环面垂直，其中a=0.4 m，b=0.6 m.金属环上分别接有灯L₁、L₂，两灯的电阻均为R₀=2 Ω，一金属棒MN与金属环接触良好，棒与环的电阻均忽略不计.

(1)若棒以v₀=5 m/s的速率在环上向右匀速滑动，求棒滑过圆环直径OO′的瞬时(如图所示)，MN中的电动势和流过灯L₁的电流；

(2)撤去中间的金属棒MN，将右面的半圆环OL₂O′以OO′为轴向上翻转90°，若此时磁场随时间均匀变化，其变化率为= T/s，求L₁的功率.

分析：本题中先后以两种形式(切割、磁通量变化)产生感应电动势，然后综合恒定电路知识求解

解答：(1)棒滑过圆环直径的瞬时产生的感应电动势：

E₁=B·2av=0.2×2×0.4×5 V=0.8 V

通过L₁的电流可由欧姆定律求出：I₁=.

(2)撤去MN，由于磁场均匀变化，回路中将产生感应电动势E₂，大小可由法拉第电磁感应定律求出：E==S=0.5×π×0.4²× V=0.32 V

灯泡L₁的功率P₁== W=1.28×10^－2 W.

点拨：本题综合考查了法拉第电磁感应定律，闭合电路的欧姆定律，串、并联电路的特点及电功率的计算等知识点.题目不太难，但关键的地方仍要引起足够重视.比如求瞬时电动势和平均电动势要选用不同形式的公式，导体切割磁感线时的长度及磁场变化部分的面积的取值问题等不要弄错.

3．(2003年江苏)如图所示，两根平行金属导轨固定在水平桌面上，每根导轨每米的电阻为r₀=0.10 Ω/m，导轨的端点P、Q用电阻可忽略的导线相连，两导轨间的距离l=0.20 m，有随时间变化的匀强磁场垂直于桌面.已知磁感应强度B与时间t的关系：B=kt，比例系数k=0.020 T/s.一电阻不计的金属杆可在导轨上无摩擦地滑动，在滑动过程中保持与导轨垂直.在t=0时刻，金属杆紧靠在P、Q端上，在外力作用下，杆以恒定的加速度从静止开始向导轨的另一端滑动.求在t=6.0 s时金属杆所受的安培力.

分析：根据匀变速直线运动的规律，可表示出棒的位移和速度；根据法拉第电磁感应定律，可表示出感应电动势的大小；根据全电路欧姆定律和电阻定律，可表示出电流的大小，代入安培定律公式可求出安培力的大小.

解答：以a表示金属杆运动的加速度，在t时刻，金属杆与初始位置的距离为L=at²，此时杆的速度为v=at，杆与导轨构成回路的面积为S=Ll，回路中的感应电动势为E=S+Blv而B=kt，==k

回路的总电阻R=2Lr₀；回路中的感应电流I=

作用于杆的安培力F=BIl=t　 代入数据为F=1.44×10^－3 N.

点拨：本题的关键在于感应电动势是由于导体运动切割磁感线和磁感应强度随时间变化两种因素产生，总电动势应为这两种情况产生的电动势之和.