人教版選修11法拉第電磁感應(yīng)定律 第1課時(shí) 教案.doc

1.2法拉第電磁感應(yīng)定律教學(xué)目標(biāo)：1.理解感應(yīng)電動(dòng)勢的概念，明確感應(yīng)電動(dòng)勢的作用2.理解感應(yīng)電動(dòng)勢的大小與磁通量變化率的關(guān)系，掌握法拉第電磁感應(yīng)定律及應(yīng)用3.通過法拉第電磁感應(yīng)定律的建立,進(jìn)一步揭示電與磁的關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生空間思維能力和通過觀察、實(shí)驗(yàn)尋找物理規(guī)律的能力教學(xué)重點(diǎn)：法拉第電磁感應(yīng)定律的建立和應(yīng)用教學(xué)難點(diǎn)：1.磁通量的變化與變化率的區(qū)別，及與感應(yīng)電動(dòng)勢的關(guān)系2.決定磁通量大小的因素，及其變化特點(diǎn)教學(xué)關(guān)鍵：做好演示實(shí)驗(yàn)，觀察并分析好實(shí)驗(yàn)教具演示用電流計(jì)、線圈（螺線管）、磁鐵、導(dǎo)線等教學(xué)方法：應(yīng)用分析、類比和遷移等思維方法，在實(shí)驗(yàn)中讓學(xué)生理解法拉第電磁感應(yīng)定律的實(shí)質(zhì)，得出定律的表達(dá)公式，進(jìn)而掌握其應(yīng)用進(jìn)行新課：一、回顧舊知識（方法：按知識系統(tǒng)性向?qū)W生提問）師：在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是什么？生：閉合電路中磁通量發(fā)生變化師：在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，磁通量發(fā)生變化的方式有哪些情況？舉例說明生：可以是bs或bs,或(b+b)(s+s)-bs.也可以是b的大小，s的大小不變，b和s的方向變化概括為2-1（以上兩問，多數(shù)學(xué)生能正確回答，但第2問，學(xué)生通常只能回答出一兩種情況，需要教師啟發(fā)誘導(dǎo)和作圖，才能歸納出磁通量變化的各種情形在指導(dǎo)學(xué)生回答此問時(shí)，重在培養(yǎng)學(xué)生想象和概括能力，不宜過多糾纏于知識細(xì)節(jié)，以免沖淡教學(xué)重點(diǎn)）二、引入新課由前節(jié)可知，感應(yīng)電流的方向與原磁場的方向以及磁通量的變化有關(guān)那么，感應(yīng)電流的大小又與什么有關(guān)系呢？我們知道：電流的大小與電動(dòng)勢有關(guān)系，讓我們首先來研究感應(yīng)電動(dòng)勢的產(chǎn)生三、進(jìn)行新課感應(yīng)電動(dòng)勢概念：在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中所產(chǎn)生的電動(dòng)勢，在中學(xué)里統(tǒng)稱感應(yīng)電動(dòng)勢感應(yīng)電動(dòng)勢的方向：感應(yīng)電動(dòng)勢的方向與感應(yīng)電流的方向一致，由楞次定律或右手定則決定：在外電路中，從正極負(fù)極在內(nèi)電路中，從負(fù)極正極師：在圖的（）、（）兩圖中，若電路是斷開的，有無電流？有無電動(dòng)勢？生：電路斷開，肯定無電流，但可能有電動(dòng)勢師：電動(dòng)勢大，電流強(qiáng)度是否一定大？生：電流的大小由電動(dòng)勢和阻值共同決定，遵從i=/r（教學(xué)方法：復(fù)習(xí)，類比）師：閉合電路中要產(chǎn)生持續(xù)電流的條件是什么？生：必有電源電動(dòng)勢師：在電磁感應(yīng)中，有感應(yīng)電流，說明有感應(yīng)電勢存在現(xiàn)在我們來類比圖中（）、（）兩圖（）圖中，哪部分相當(dāng)于（）圖中的電源？生：ab兩點(diǎn)右部的線圈.師:（）圖中，哪部分電阻相當(dāng)于（）圖中內(nèi)阻？生：線圈自身的電阻師：比較兩圖中的電流方向，判斷（）圖中電源的正負(fù)，以及ab兩端電勢的高低.生：a點(diǎn)電勢較高，見圖中箭頭方向法拉第電磁感應(yīng)定律實(shí)驗(yàn)一裝置如圖（方法：教師演示，學(xué)生觀察并回答）師：將磁鐵迅速插入與慢慢插入螺線管時(shí)，觀察電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)角度有何不同？反映電流大小有何不同？電動(dòng)勢大小如何？生：迅速插入時(shí)，指針偏轉(zhuǎn)大，反映電流大，感應(yīng)電動(dòng)勢大；慢慢插入時(shí)，電流小，感應(yīng)電動(dòng)勢小師：迅速插入與慢慢插入，穿過螺線管磁通量的變化是否相同？生：磁通量變化()相同.師：換用強(qiáng)磁鐵，迅速插入，觀察到指針的偏轉(zhuǎn)如何？說明什么？生：指針偏轉(zhuǎn)更大，反映電流更大，電動(dòng)勢更大師：以上現(xiàn)象說明感應(yīng)電動(dòng)勢的大小由什么因素決定？生：由磁通量變化量的大小和變化的時(shí)間t決定,即由磁通量變化的快慢決定教師小結(jié)（）磁通量變化越快，感應(yīng)電動(dòng)勢越大，在同一電路中，感應(yīng)電流越大；反之，越小（）磁通量變化快慢的意義：(1)在磁通量變化相同時(shí)，所用的時(shí)間t越少，即變化越快；反之，則變化越慢(2)在變化時(shí)間t一樣時(shí)，變化量越大，表明磁通量變化越快；反之，則變化越慢(3)磁通量變化的快慢，可用單位時(shí)間內(nèi)的磁通量的變化,即磁通量的變化率來表示可見，感應(yīng)電動(dòng)勢的大小由磁通量的變化率來決定實(shí)驗(yàn)二裝置見圖磁通量的變化率也可以用導(dǎo)體切割磁力線的快慢（速度）來反映（即速度大，單位時(shí)間掃過的面積大）圖中，導(dǎo)體與電流計(jì)形成一閉合電路迅速切割時(shí)，指針偏轉(zhuǎn)角大，反映感應(yīng)電流大，電動(dòng)勢大；導(dǎo)體慢慢切割時(shí)，指針偏角小，反映電流小，感應(yīng)電動(dòng)勢小講述由實(shí)驗(yàn)一和實(shí)驗(yàn)二得知：感應(yīng)電動(dòng)勢的大小，完全由磁通量的變化率決定精確的實(shí)驗(yàn)表明，電路中的感應(yīng)電動(dòng)勢的大小，跟穿過這個(gè)電路的磁通量的變化率在正比，即t這就是法拉第電磁感應(yīng)定律其函數(shù)表達(dá)式為：=kt在國際單位制中，=2-1，單位為韋伯；t=t2-t1，單位為秒時(shí)，k=1這時(shí)，的單位為伏特討論：(1)伏韋秒；(2)若線圈為匝連繞，則=nt（即相當(dāng)于個(gè)單匝電源相串聯(lián)）；(3)公式=t所計(jì)算的是時(shí)間t內(nèi)的平均電動(dòng)勢（若均勻變化，平均感應(yīng)電動(dòng)勢等于即時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢）那么，導(dǎo)體切割磁力線時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢如何計(jì)算呢？如圖，把矩形線框放在勻強(qiáng)磁場里，線圈平面與磁力線垂直設(shè)長度為l，且以速度v相對于磁場向右運(yùn)動(dòng)，在t時(shí)間內(nèi)，由ab移動(dòng)到ab.應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)定律公式=t和=bs=blvt，不難得出：=blv（注意：b,l,v三者是互相垂直的）假若導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)的方向與導(dǎo)線本身垂直，但與磁力線方向不垂直，如圖所示，設(shè)b與的夾角為，則vsin=v _對切割有貢獻(xiàn)vcos=v _對切割無貢獻(xiàn)這時(shí)blv=blvsin這就是導(dǎo)體切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢的計(jì)算公式公式blv=blvsin的特點(diǎn)是：(1)v為導(dǎo)體與磁場相對運(yùn)動(dòng)（即切割）速度(2)v當(dāng)為某時(shí)刻的即時(shí)速度時(shí),blv可計(jì)算出某時(shí)刻的瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢因此,必須充分認(rèn)識公式=t和blv在計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)勢的一致性，以及應(yīng)用條件上的區(qū)別從而正確靈活地選擇某一公式，解決不同情況中的物理問題下面，讓我們通過練習(xí)，來鞏固和應(yīng)用所學(xué)的定律和公式課堂練習(xí)（課前，教師應(yīng)將題目寫在小黑板或制作在投影片上，課堂上教師分析啟發(fā)，學(xué)生動(dòng)手練習(xí)）題如圖，將一條形磁鐵插入某一閉合線圈，第一次用0.02秒，第二次用0.1秒設(shè)插入的方式相同試求：(1)兩次線圈中平均感應(yīng)電動(dòng)勢之比？(1/2=t1.t2/=t2/t1=5/1)(2)兩次通過線圈中電流之比？(i1/i2=1/r*r/2=1/2=5/1)(3)兩次通過線圈的電量之比？(q1/q2=i1t1/i2t2=1/1)(4)兩次在中產(chǎn)生熱量之比？(q1/q2=i12rt1/i22rt2)=5/1題如圖，有一均勻磁場，b=2.0*10-3特斯拉，在垂直磁場的平面內(nèi)，有一金屬棒，ao繞平行于磁場的o軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)已知棒長l=0.10米，轉(zhuǎn)速n=50轉(zhuǎn)秒，求： (1)o,a哪一點(diǎn)電勢高?(o點(diǎn)電勢高.)(2)棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為多大?棒轉(zhuǎn)過一周后，所用時(shí)間t=1/n秒，oa掃過的面積s=l2，切割的磁通量=bs,故=/t=bs/(1/n)=nbl2=3.14*103（伏）此題也可以選用blv進(jìn)行計(jì)算因?yàn)?，從oa，各點(diǎn)的線速度是均勻變化的，故可取棒中點(diǎn)的速度代表棒的平均速度由blv中=bl2/2，仍可得到上面的結(jié)果學(xué)生在練習(xí)中，可讓他們用不同的公式計(jì)算，再加以對比，以了解在某些特定的條件下，平均感應(yīng)電動(dòng)勢與瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢是一致的故兩種公式可以通用題如圖，矩形線圈由50匝組成，邊長l1=0.4米，邊長l2=0.2米，在b=0.1特斯拉的勻強(qiáng)磁場中，以兩短邊中點(diǎn)的連線為軸轉(zhuǎn)動(dòng)，=50弧度秒求：(1)線圈從圖(a)的位置起，轉(zhuǎn)過1800的平均感應(yīng)電動(dòng)勢為多大？試定性地畫出這一過程中瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢隨時(shí)刻t變化的示意圖；(2)線圈從圖(b)的位置起，轉(zhuǎn)過1800的平均感應(yīng)電動(dòng)勢為多大？試定性地畫出這一過程中瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢隨時(shí)刻t變化的示意圖解(1) =n/t n(2-1)/12.7(伏特)；瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢如圖9.(2) =n/t n(2-1)/=50*(0-0)/(/50)0(伏特)瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢如圖（學(xué)生在解答第一問時(shí)，很可能會(huì)忽視磁通量的正負(fù)，把平均感應(yīng)電動(dòng)勢計(jì)算為零需要提醒學(xué)生注意這一點(diǎn)學(xué)生常會(huì)發(fā)生疑問：為什么第一種情況下0，而第二種情況下呢？這是因?yàn)樵诘谝环N情況下，從0這段時(shí)間，感應(yīng)電動(dòng)勢只是大小發(fā)生變化，而方向沒有發(fā)生變化，故平均感應(yīng)電動(dòng)勢不為零而第二種情況下，從0這段時(shí)間，感應(yīng)電動(dòng)勢的大小和方向均發(fā)生了變化，故平均感應(yīng)電動(dòng)勢為零這兩種不同的特點(diǎn)，也可以從瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢的示意圖中發(fā)現(xiàn)畫瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢隨t變化的示意圖，應(yīng)當(dāng)是正弦或余弦圖線但在此題不必如此嚴(yán)格要求，只要能畫出電動(dòng)勢大小和方向變化的趨勢即可詳細(xì)分析和定量的計(jì)算，放在“交流電”中去研究）四、課外作業(yè)1.粗細(xì)均勻的電阻絲圍成的正方形線框置于有界勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直于線框平面，其邊界與正方形線框的邊平行.現(xiàn)使線框以同樣大小的速度沿四個(gè)不同方向平移出磁場，如下圖所示，則在移出過程中線框的一邊a、b兩點(diǎn)間電勢差絕對值最大的是()答案b解析磁場中切割磁感線的邊相當(dāng)于電源，外電路由三個(gè)相同電阻串聯(lián)形成，a、c、d中a、b兩點(diǎn)間電勢差為外電路中一個(gè)電阻兩端的電壓為：ue，b圖中a、b兩點(diǎn)間電勢差為路端電壓為：ue，所以a、b兩點(diǎn)間電勢差絕對值最大的是b圖，故a、c、d錯(cuò)誤，b正確.2.如圖所示，豎直平面內(nèi)有一金屬圓環(huán)，半徑為a，總電阻為r(指拉直時(shí)兩端的電阻)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為b的勻強(qiáng)磁場垂直穿過環(huán)平面，與環(huán)的最高點(diǎn)用鉸鏈連接長度為2a、電阻為的導(dǎo)體棒ab，ab由水平位置緊貼環(huán)面擺下，當(dāng)擺到豎直位置時(shí)，b點(diǎn)的線速度為v，則這時(shí)ab兩端的電壓大小為()a.b.c.d.bav答案a解析擺到豎直位置時(shí)，導(dǎo)體棒ab切割磁感線的瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢eb2avbav.由閉合電路歐姆定律有uabbav，故選a.3.如圖所示，在x0的區(qū)域內(nèi)存在勻強(qiáng)磁場，磁場的方向垂直于xoy平面(紙面)向里，具有一定電阻的矩形線框abcd位于xoy平面內(nèi)，線框的ab邊與y軸重合，令線框從t0的時(shí)刻起由靜止開始沿x軸正方向做勻加速運(yùn)動(dòng)，則線框中的感應(yīng)電流i(取逆時(shí)針方向的電流為正)隨時(shí)間t的變化圖線正確的是()圖6答案d解析因?yàn)閷?dǎo)體棒做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，所以感應(yīng)電動(dòng)勢為eblvblat，因此感應(yīng)電流大小與時(shí)間成正比，方向?yàn)轫槙r(shí)針.4.如圖所示，一個(gè)閉合線圈固定在垂直紙面的勻強(qiáng)磁場中，設(shè)磁場方向向里為磁感應(yīng)強(qiáng)度b的正方向，線圈中的箭頭為電流i的正方向，線圈及線圈中感應(yīng)電流i隨時(shí)間變化的圖線如圖乙所示，則磁感應(yīng)強(qiáng)度b隨時(shí)間變化的圖線可能是()圖7答案cd5.用均勻?qū)Ь€做成的正方形線框邊長為0.2m，正方形的一半放在垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場中，如圖所示.當(dāng)磁場以10t/s的變化率增強(qiáng)時(shí)，線框中a、b兩點(diǎn)間的電勢差是()a.uab0.1vb.uab0.1vc.uab0.2vd.uab0.2v答案b解析題中正方形線框的左半部分磁通量變化而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，從而在線框中有感應(yīng)電流產(chǎn)生，把左半部分線框看成電源，其電動(dòng)勢為e，內(nèi)阻為，畫出等效電路如圖所示，則a、b兩點(diǎn)間的電勢差即為電源的路端電壓，設(shè)l是邊長，且依題意知10t/s.由e得e10v0.2v，所以uir0.1v，由于a點(diǎn)電勢低于b點(diǎn)電勢，故uab0.1v，故b選項(xiàng)正確.6.如圖所示，用粗細(xì)相同的銅絲做成邊長分別為l和2l的兩只閉合線框a和b，以相同的速度從磁感應(yīng)強(qiáng)度為b的勻強(qiáng)磁場區(qū)域中勻速地拉到磁場外，不考慮線框的重力，若閉合線框的電流分別為ia、ib，則iaib