高二物理(人教版)-感生現(xiàn)象分析教案

1、教 案教學(xué)基本信息課題感生現(xiàn)象分析學(xué)科物理學(xué)段：高中年級高二年級教材書名：物理選修3-2 出版社：人民版與教科版通用 出版日期：2006年12月教學(xué)設(shè)計參與人員姓名單位聯(lián)系方式設(shè)計者高新華171中學(xué)實(shí)施者高新華171中學(xué)指導(dǎo)者張思宇東城教育研修中心課件制作者其他參與者教學(xué)目標(biāo)及教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)教學(xué)目標(biāo)物理觀念：在深入分析感生現(xiàn)象的過程中，理解電場、磁場的物質(zhì)性；理解感生電場對電荷的作用力使其做定向移動，從而形成感應(yīng)電流；理解電磁感應(yīng)過程中，通過磁場變化，形成 感生電場，從而將其他形式的能，轉(zhuǎn)化為電能?？茖W(xué)思維：在感生現(xiàn)象分析過程中，能夠運(yùn)用楞次定律判斷感應(yīng)電流方向、感生電場方向，能夠運(yùn)用法拉第電

2、磁感應(yīng)定律計算感應(yīng)電動勢、感應(yīng)電流大??；建構(gòu)起“感生電場對電荷作用”的經(jīng)典模型，進(jìn)而應(yīng)用模型理解感應(yīng)電動勢。實(shí)驗(yàn)探究：從感生現(xiàn)象中產(chǎn)生感應(yīng)電流的原因出發(fā)，逐步探究，感應(yīng)電動勢的形成原因，從而認(rèn)識到感應(yīng)電場的真實(shí)存在，再利用經(jīng)典實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證，形成完成的思維探究過程。科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：認(rèn)識到感生電場的存在和特點(diǎn)之后，有意識的利用它為人類服務(wù)，這就是科學(xué)到技術(shù)的過渡，也體現(xiàn)科學(xué)的一種價值；在此過程中樹立起“學(xué)習(xí)科學(xué)、服務(wù)社會”的責(zé)任。教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：能夠運(yùn)用楞次定律判斷感應(yīng)電流方向、感生電場方向，能夠運(yùn)用法拉第電磁感應(yīng)定律計算感應(yīng)電動勢、感應(yīng)電流大??；從場的角度理解電磁感應(yīng)問題，能夠定性分析電

3、子感應(yīng)加速器原理教學(xué)難點(diǎn)：從感生現(xiàn)象產(chǎn)生感應(yīng)電流出發(fā)，逐步認(rèn)識感應(yīng)電動勢、感應(yīng)電場，并且能夠定性分析電子感應(yīng)加速器的原理 教學(xué)過程(表格描述)教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)活動設(shè)置意圖前知回顧回顧經(jīng)典的感生現(xiàn)象電鍵閉合或斷開瞬間、滑動滑動變阻器過程中，線圈A中電流產(chǎn)生的磁場發(fā)生變化線圈B的磁通量變化，進(jìn)而在線圈B中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢在線圈B與電流表連接成的電路中，形成感應(yīng)電流方向楞次定律 大小法拉第電磁感應(yīng)定律回顧電磁感應(yīng)現(xiàn)象的基本知識，和基本分析方法例題分析例題分析深因探究【例1】在空間存在著豎直向上的各處均勻的磁場，將一個不變形的單匝金屬圓線圈放入磁場中，規(guī)定線圈中感應(yīng)電流方向如圖甲所示的方向?yàn)檎?。?dāng)磁場的

4、磁感應(yīng)強(qiáng)度 B隨時間t的變化規(guī)律如圖乙所示時，圖丙中能正確表示線圈中感應(yīng)電流隨時間變化的圖線是分析：第2s內(nèi)，B不變，線圈磁通量不變，沒有感應(yīng)電動勢，不產(chǎn)生感應(yīng)電流第1s內(nèi)，磁感應(yīng)強(qiáng)度變化率是最后兩秒內(nèi)的2倍，電流也是2倍在第1s內(nèi)，向上的磁場變強(qiáng)，依據(jù)楞次定律，感生磁場要阻礙原磁場變化，感生磁場方向向下 據(jù)右手螺旋定則，電流方向與題目規(guī)定正方向相同，故電流為正【例2】如圖（a），圓形線圈P靜止在水平桌面上，其正上方懸掛一相同的線圈Q，P和Q共軸。Q中通有變化的電流，電流隨時間變化的規(guī)律如圖（b）所示。P受重力為G，桌面對P的支持力為N，則（ ）At1時刻N(yùn)G Bt2時刻N(yùn)G Ct3時刻N(yùn)G

5、Dt4時刻N(yùn)=Gt2、t4兩個時刻，線圈Q中電流恒定，產(chǎn)生恒定磁場，在線圈P中不產(chǎn)生感應(yīng)電流，線圈P受到重力和支持力平衡B選項(xiàng)錯，D選項(xiàng)正確t1時刻方法一：線圈Q中電流變大，磁場變強(qiáng)，線圈P中產(chǎn)生反向電流，二者排斥方法二：線圈P磁通量變大，如果向下運(yùn)動，將可以阻礙磁通量變大，故線圈P有向下運(yùn)動趨勢，桌面支持力大于重力。A選項(xiàng)正確t3時刻，Q中電流在均勻變化過程中，P中的磁感應(yīng)強(qiáng)度變化率不是零，P中仍然會產(chǎn)生感應(yīng)電流。但是此時線圈Q中無電流，不產(chǎn)生磁場，線圈P也將不受到安培力，重力和支持力平衡 【例3】如圖甲所示，一個電阻值為R，匝數(shù)為n的圓形金屬線圈與阻值為2R的電阻R1連接成閉合回路，線圈的

6、半徑為r1，在線圈中半徑為r2的圓形區(qū)域內(nèi)存在垂直于線圈平面向里的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時間t變化的關(guān)系圖象如圖乙所示，圖象與橫、縱軸的截距分別為t0和B0。導(dǎo)線的電阻不計，求：0 至t1時間內(nèi)(1)通過電阻R1上的電流大小和方向；(2)通過電阻R1上的電荷量 q及電阻R1上產(chǎn)生的熱量。分析：線圈磁通量變小感應(yīng)電動勢，據(jù)楞次定律感應(yīng)電流順時針，等效電路電流由b流向a恒定的感應(yīng)電流，電磁感應(yīng)問題轉(zhuǎn)化為穩(wěn)恒電路問題 磁場面積是有效面積，不變磁感應(yīng)強(qiáng)度變小，變小利用電流定義、焦耳定律定量計算以上三個例題，讓大家感受到了：變化的磁場，能夠在導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，從而形成感應(yīng)電流。在電路部分我們學(xué)過，

7、電動勢是描述非靜電力做功，將其他形式能轉(zhuǎn)化為電能本領(lǐng)的物理量，那么感應(yīng)電動勢對應(yīng)的非靜電力是什么力呢？有什么特點(diǎn)呢？我們從本節(jié)課開始時的實(shí)驗(yàn)來分析。磁場變強(qiáng)感應(yīng)電動勢楞次定律感應(yīng)電流方向電場力作用下，形成感應(yīng)電流猜想：變化的磁場周圍產(chǎn)生電場？感生電場對自由電荷的作用力，是產(chǎn)生感生電動勢的非靜電力。感應(yīng)電流方向與感生電場方向一致理解均勻變化的磁場產(chǎn)生恒定的電流建立磁感應(yīng)強(qiáng)度變化率的概念，并且理解B-t圖斜率的意義，能夠和法拉第電磁感應(yīng)定律建立聯(lián)系感受排除法分析問題強(qiáng)化理解：恒定磁場，不產(chǎn)生感應(yīng)電流；均勻變化的磁場，產(chǎn)生感應(yīng)電流的兩種思路理解楞次定律引發(fā)學(xué)生對易錯點(diǎn)的認(rèn)識定量分析感生現(xiàn)象理解有效面

8、積培養(yǎng)畫等效電路分析問題的習(xí)慣分析感應(yīng)電動勢的產(chǎn)生，是由于感生電場作用于自由電荷，使之定向移動，對其做功，從而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證著名物理學(xué)家費(fèi)曼曾設(shè)計過一個實(shí)驗(yàn)，在一塊絕緣板上，中部安一個線圈，并接有電源，板的四周有許多帶負(fù)電的小球，將整個裝置支撐起來。線圈繞線方向、電源的正負(fù)極情況，如圖所示。忽略各處的摩擦，當(dāng)電源接通的瞬間，俯視圓盤，它將會逆時針轉(zhuǎn)動，請你解釋這個實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。電源接通瞬間，線圈中逆時針方向的電流變大，產(chǎn)生磁場，方向“”，而且在增強(qiáng)。依據(jù)楞次定律，在線圈附近將產(chǎn)生順時針方向的感應(yīng)電場，帶負(fù)電的小球?qū)⑹艿礁袘?yīng)電場的電場力，其方向與感應(yīng)電場方向相反。故圓盤將逆時針運(yùn)動起來。由這

9、個實(shí)驗(yàn)，我們可以推而廣之，微觀世界的電子就像宏觀世界的小球，也一定會受到感生電場的力的作用，而定向移動。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證猜想建立宏微結(jié)合的思考方式精進(jìn)一步人們利用感應(yīng)電場制作成了電子感應(yīng)加速器。我們通過對它的分析來加深理解。電子感應(yīng)加速器是利用感生電場使電子加速的設(shè)備。它的基本原理如右圖所示，圖的上部分為側(cè)視圖，上、下為電磁鐵的兩個磁極，磁極之間有一個環(huán)形真空室，電子在真空室中做圓周運(yùn)動。圖的下部分為真空室的俯視圖，電子從電子槍右端逸出，當(dāng)電磁鐵線圈電流的大小與方向變化滿足相應(yīng)的要求時，電子在真空室中沿虛線圓軌跡運(yùn)動，不斷地被加速。電子從電子槍的右側(cè)逸出，必然做逆時針方向的加速運(yùn)動，加速度的動力就是感

10、生電場電場力。因?yàn)殡娮訋ж?fù)電，受到的電場力方向與電場方向相反，感生電場必然是順時針的。從俯視圖來看，據(jù)楞次定律，如果原磁場是垂直紙面向里的，則它應(yīng)該是變小的；如果原磁場是垂直紙面向外的，則它應(yīng)該是變大的。洛倫茲力要指向圓心，帶負(fù)電的電子要逆時針方向運(yùn)動，依據(jù)判斷洛倫茲力方向的左手定則，就可以確定，磁場方向必須垂直紙面向外。產(chǎn)生這個磁場的勵磁電流的方向，與圖中所畫一致。感生電場應(yīng)用證明感生電場真實(shí)存在學(xué)會分析，產(chǎn)生符合要求的感生電場，需要怎樣的磁場豐富“電磁場”的認(rèn)識課后釋疑至此，我們還只是簡單、定性的分析了原磁場的方向及變化特點(diǎn)，但是分析的并不是很透徹，還有很多細(xì)節(jié)需要同學(xué)們深入思考。這里給大家提出了三個疑問，請同學(xué)們課下探討，做出定量分析，這樣才能對電子感應(yīng)加速器的原理透徹的理解。疑問一：電子在加速過程中，可能是均勻地加速，那么勵磁電流應(yīng)該如何變化呢？疑問二：電子被控制在圓形軌道上加速，洛倫茲力充當(dāng)向心力，它的大小是一成不變的嗎？疑問三：電子加速過程中，圓周運(yùn)動半徑不變，那么磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)該如何變化？引導(dǎo)學(xué)生定量研究電子磁感應(yīng)加速器課堂小結(jié)本節(jié)課我們通過回顧電磁感應(yīng)現(xiàn)象，逐步深入分析，已經(jīng)能夠熟練地運(yùn)用楞次定律判斷感應(yīng)電流的方向；運(yùn)用法拉第電磁感