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文檔簡介
1、第二節(jié) 法拉第電磁感應(yīng)定律感應(yīng)電動勢的大小本節(jié)教材分析本節(jié)教材講述了感應(yīng)電動勢的概念,計算感應(yīng)電動勢大小的兩個公式:和E=BLvsin.在講述這節(jié)教材時,要注意概念、定律的建立過程,使學生知其所以然.引入感應(yīng)電動勢的概念時,教材利用了比較的方法.利用前面學過的電動勢、閉合電路歐姆定律等知識來分析產(chǎn)生感應(yīng)電流的電路,得出既然閉合電路里有感應(yīng)電流,那么這個電路中必然有感應(yīng)電動勢.在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中,產(chǎn)生的電動勢叫感應(yīng)電動勢.教學實踐表明,這樣引入學生較易接受.比較概念之間的內(nèi)在聯(lián)系,是一種使學生深刻理解概念本質(zhì)的好方法.由感應(yīng)電流過渡到感應(yīng)電動勢,對學生來說是從具體到抽象,從現(xiàn)象到本質(zhì)的認識過程.為
2、了讓學生認識感應(yīng)電流與感應(yīng)電動勢的區(qū)別,教師可以通過演示實驗來說明:感應(yīng)電動勢的有無,決定于穿過回路的磁通量的變化,與回路的通斷沒有關(guān)系;而電路中感應(yīng)電流的存在,只是在閉合電路中有感應(yīng)電動勢存在的必然結(jié)果.感應(yīng)電動勢的大小,教材首先通過演示實驗,分析得出感應(yīng)電動勢的大小跟穿過閉合電路的磁通量改變的快慢有關(guān),而磁通量變化的快慢物理上用磁通量的變化率來描述,在這里要注意引導學生區(qū)分磁通量、磁通量的變化量與磁通量的變化率.接著課本給出了法拉第電磁感應(yīng)定律的內(nèi)容和數(shù)學表達式.導體切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的計算公式是一個重要的公式.課本從法拉第電磁感應(yīng)定律進行分析推導,得出公式E=BLvsin,應(yīng)使學
3、生認識它是法拉第電磁感應(yīng)定律的一種特殊情形,當導體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢時,使用它比較方便.對式中的角,應(yīng)讓學生明白它的確切含義,避免在運用時不做具體分析而亂套公式. 教學目標一、知識目標1.知道什么叫感應(yīng)電動勢.2.知道磁通量的變化率是表示磁通量變化快慢的物理量,并能區(qū)別、.3.理解法拉第電磁感應(yīng)定律內(nèi)容、數(shù)學表達式.4.知道E=BLvsin如何推得.5.會用和E=BLvsin解決問題.二、能力目標1.培養(yǎng)學生對實驗觀察、分析、總結(jié)能力.2.通過對比的教學方法,培養(yǎng)學生建立知識網(wǎng)絡(luò),知識類比能力.三、德育目標從不同物理現(xiàn)象中抽象出個性與共性問題,培養(yǎng)學生對不同事物進行分析,找出共性與個性的
4、辯證唯物主義思想.教學重點法拉第電磁感應(yīng)定律.教學難點平均電動勢與瞬時電動勢區(qū)別.教學方法演示法、歸納法、類比法.教學用具CAI課件、多媒體電腦、投影儀、投影片.課時安排1課時教學過程一、引入新課師在電磁感應(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?生1由磁感應(yīng)強度的變化引起的,即=B·S.生2由回路面積的變化引起的,即=B·S.生3由磁感應(yīng)強度和面積同時變化引起的,即=B2S2B1S1生4概括為=21說明該問題學生通常只能回答出一兩種情況,需要教師啟發(fā)、引導,才能歸納出磁通量變化的各種情形.在指導學生
5、回答此問題時,重在培養(yǎng)學生的想象能力和概括能力,不宜過多糾纏細節(jié),以免沖淡教學重點.師恒定電流中學過,電路中存在持續(xù)電流的條件是什么?生電路閉合、有電源.師在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中,既然閉合電路中有感應(yīng)電流,這個電路中就一定有電動勢.二、新課教學1.感應(yīng)電動勢師在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中,產(chǎn)生的電動勢叫感應(yīng)電動勢.CAI課件展示出下面兩個電路師在圖a與圖b中,若電路是斷開的,有無電流?有無電動勢?生電路斷開,肯定無電流,但有電動勢.師電動勢大,電流一定大嗎?生電流的大小由電動勢和電阻共同決定.師圖b中,哪部分相當于a中的電源?生螺線管相當于電源.師圖b中,哪部分相當于a中電源內(nèi)阻?生線圈自身的電阻.師在電磁感應(yīng)
6、現(xiàn)象中,不論電路是否閉合,只要穿過電路的磁通量發(fā)生變化,電路中就有感應(yīng)電動勢.有感應(yīng)電動勢是電磁感應(yīng)現(xiàn)象的本質(zhì).2.法拉第電磁感應(yīng)定律師感應(yīng)電動勢跟什么因素有關(guān)?現(xiàn)在演示前節(jié)課中三個成功實驗,用CAI課件展示出這三個電路圖,同時提出三個問題供學生思考: 問題1在實驗中,電流表指針偏轉(zhuǎn)原因是什么?問題2電流表指針偏轉(zhuǎn)程度跟感應(yīng)電動勢的大小有什么關(guān)系?問題3第一個成功實驗中,將條形磁鐵從同一高度插入線圈中,快插入和慢插入有什么相同和不同?生1穿過電路的變化產(chǎn)生E感產(chǎn)生I感.生2由全電路歐姆定律知I=,當電路中的總電阻一定時,E感越大,I越大,指針偏轉(zhuǎn)越大.生3磁通量變化相同,但磁通量變化的快慢不同
7、.師磁通量變化的快慢用磁通量的變化率來描述,即單位時間內(nèi)磁通量的變化量,用式子表示為.從上面的三個實驗,同學們可歸納出什么結(jié)論呢?生1實驗甲中,將條形磁鐵快插入(或拔出)比慢插入或(拔出)時,大,I感大,E感大.生2實驗乙中,導體棒運動越快,越大,I感越大,E感越大.生3實驗丙中,K斷開或閉合,比K閉合時移動滑動變阻器的滑片時大,I感大,E感大.師從上面的三個實驗我們可以發(fā)現(xiàn),越大,E感越大,即感應(yīng)電動勢的大小完全由磁通量的變化率決定.精確的實驗表明:電路中感應(yīng)電動勢的大小,跟穿過這一電路磁通量的變化率成正比,即E.這就是法拉第電磁感應(yīng)定律.(師生共同活動,推導法拉第電磁感應(yīng)定律的表達式)設(shè)t
8、1時刻穿過回路的磁通量為1,t2時刻穿過回路的磁通量為2,在時間t=t2t1內(nèi)磁通量的變化量為=21,磁通量的變化率為,感應(yīng)電動勢為E,則E=k在國際單位制中,k=1,則上式可寫成E=設(shè)閉合電路是一個n匝線圈,且穿過每匝線圈的磁通量變化率都相同,這時相當于n個單匝線圈串聯(lián)而成,因此感應(yīng)電動勢變?yōu)镋=n師導體切割磁感線時,感應(yīng)電動勢如何計算呢?用CAI課件展示如圖所示電路,閉合電路一部分導體ab處于勻強磁場中,磁感應(yīng)強度為B,ab的長度為L,以速度v勻速切割磁感線,求產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢?解析:設(shè)在t時間內(nèi)導體棒由原來的位置運動到ab,這時線框面積的變化量為S=Lvt穿過閉合電路磁通量的變化量為=B
9、S=BLvt據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,得E=BLv生當導體的運動方向跟磁感線方向有一個夾角,感應(yīng)電動勢可用上面的公式計算嗎?師讓我們進行下面的推導.用CAI課件展示如圖所示電路,閉合電路的一部分導體處于勻強磁場中,導體棒以v斜切割磁感線,求產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢.解析:可以把速度v分解為兩個分量:垂直于磁感線的分量v1=vsin和平行于磁感線的分量v2=vcos.后者不切割磁感線,不產(chǎn)生感應(yīng)電動勢.前者切割磁感線,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為E=BLv1=BLvsin強調(diào)指v與B的夾角.投影片出示例題(2001年上海)如圖所示,固定于水平面上的金屬框cdef,處在豎直向下的勻強磁場中,金屬棒ab擱在框架上,可無摩
10、擦滑動.此時abed構(gòu)成一個邊長l的正方形,棒電阻r,其余電阻不計,開始時磁感應(yīng)強度為B.(1)若以t=0時起,磁感應(yīng)強度均勻增加,每秒增加量k,同時保持棒靜止,求棒中的感應(yīng)電流.(2)在上述情況中,棒始終保持靜止,當t=t1時需加垂直于棒水平外力多大?(3)若從t=0時起,磁感應(yīng)強度逐漸減小,當棒以恒定速度v向右勻速運動,可使棒中不產(chǎn)生I感,則磁感應(yīng)強度應(yīng)怎樣隨時間變化?(寫出B與t的關(guān)系式)解析:(1)據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為E=kl2回路中的感應(yīng)電流為I=(2)當t=t1時,B=B0+kt1金屬桿所受的安培力為F安=BIl=(B0+kt1)據(jù)平衡條件,作用于桿上的水
11、平拉力為F=F安=(B0+kt1)(3)要使棒中不產(chǎn)生感應(yīng)電流,則通過閉合回路的磁通量不變,即B0l2=Bl(l+v t)解得B=三、小結(jié)通過本節(jié)課學習,主要學習了以下幾個問題:1.電磁感應(yīng)現(xiàn)象的本質(zhì)是產(chǎn)生感應(yīng)電動勢.2.感應(yīng)電動勢的大小與磁通量的變化率成正比,即E=n.3.導體切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為E=Blvsin,為速度方向與磁感線方向的夾角.四、作業(yè)(1)閱讀教材;(2)練習二寫在作業(yè)本上.五、板書設(shè)計六、本節(jié)優(yōu)化訓練設(shè)計1.某單匝線圈電阻是1 ,當穿過它的磁通量始終以2 Wb/s速率減小時,則A.線圈中感應(yīng)電動勢一定每秒降低2 VB.線圈中感應(yīng)電動勢一定是2 VC.線圈中感應(yīng)電流
12、一定每秒減少2 AD.線圈中感應(yīng)電流一定是2 A2.如圖,MN和PQ為兩平行金屬導軌,M、P中有一阻值為R的電阻,導軌處于勻強磁場中,磁感應(yīng)強度為B,方向垂直導軌所在平面向里.有一金屬圓環(huán)沿導軌滑動,速度為v,與導軌接觸良好,圓環(huán)直徑為d,與兩軌間距相等,該環(huán)與導軌電阻均可忽略,當環(huán)向右做勻速運動時A.有感應(yīng)電流流過R,大小為B.有感應(yīng)電流流過R,大小為C.有感應(yīng)電流流過R,大小為D.無感應(yīng)電流流過R3.求下列各種情況下的感應(yīng)電動勢.4.如圖甲所示,一對平行光滑軌道設(shè)置在水平面上,兩軌道間距l(xiāng)= 0.20 m,電阻R=1.0 .有一導體桿靜止地放在軌道上,與兩軌道垂直,桿及軌道的電阻皆可忽略不
13、計,整個裝置處于磁感應(yīng)強度B=0.50 T的勻強磁場中,磁場方向垂直軌道平面向下.現(xiàn)用一外力F沿軌道方向拉桿,使之做勻加速運動,測得力F與時間t的關(guān)系如圖乙所示,求桿的質(zhì)量m和加速度a. 甲 乙 5.如圖所示,在一均勻磁場中有一矩形導線框abcd,線框處于水平平面內(nèi),磁場與線框平面垂直,R為一電阻,ef為垂直于ab的一根導體桿,它可在ab、cd上無摩擦地滑動.桿ef及線框中導線的電阻都可不計.開始時,給ef一個向右的初速度,則A.ef將減速向右運動,但不是勻減速B.ef將勻減速向右運動,最后停止C.ef將勻速向右運動D.ef將往返運動6.兩根平行的金屬導軌,固定在同一水平面上,磁感應(yīng)強度B=
14、0.50 T的勻強磁場與導軌所在平面垂直,導軌的電阻很小,可忽略不計.導軌間的距離l= 0.20 m.兩根質(zhì)量均為m=0.10 kg的平行金屬桿甲、乙可在導軌上無摩擦地滑動,滑動過程中與導軌保持垂直,每根金屬桿的電阻為R=0.50 .在t=0時刻,兩桿都處于靜止狀態(tài).現(xiàn)有一與導軌平行、大小為0.20 N的恒力F作用于金屬桿甲上,使金屬桿在導軌上滑動.經(jīng)過t= 5.0 s,金屬桿甲的加速度為a=1.37 m/s2,問此時兩金屬桿的速度各是多少?參考答案:1.BD2.B3.Blv4.解析:導體棒在軌道上做勻加速直線運動,用v表示其速度,用t表示時間,則有v=at導體桿切割磁感線,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為
15、E=Blv在桿、軌道和電阻組成的閉合電路中,有感應(yīng)電流產(chǎn)生,據(jù)閉合電路歐姆定律,有I=桿受到的安培力為F安=BIL據(jù)牛頓第二定律,有FF安=ma由以上各式解得F=ma+在圖線上取兩點,代入式,可解得a=10 m/s2 m=0.1 kg5.解析:給ef一個向右的初速度,ef在勻強磁場中做切割磁感線運動,產(chǎn)生感應(yīng)電流.據(jù)右手定則ef中感應(yīng)電流的方向是由f到e.當ef中有感應(yīng)電流時,ef在勻強磁場中要受到安培力作用,據(jù)左手定則可知,ef所受安培力的方向向左,與ef運動的方向相反,故ef桿做減速運動.由于ef桿的速度不斷減小,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢不斷減小,回路中的感應(yīng)電流不斷減小,ef桿所受的安培力不斷減小.據(jù)牛頓第二定律可知,ef桿的加速度不斷減小,故ef桿做加速度減小的減速運動,直到停止.綜上所述應(yīng)選擇A.答案:A6.解析:設(shè)任一時刻t,兩金屬桿甲、乙之間的距離為x,速度分別為v1和v2,經(jīng)過很短的時間t,桿甲移動
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