法拉第电磁感应定律--教案.doc
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1、法拉第电磁感应定律新课标要求(一)知识与技能1知道什么叫感应电动势。2知道磁通量的变化率是表示磁通量变化快慢的物理量,并能区别、。3理解法拉第电磁感应定律内容、数学表达式。4知道E=BLvsin如何推得。5会用和E=BLvsin解决问题。(二)过程与方法通过推导到线切割磁感线时的感应电动势公式E=BLv,掌握运用理论知识探究问题的方法。(三)情感、态度与价值观1从不同物理现象中抽象出个性与共性问题,培养学生对不同事物进行分析,找出共性与个性的辩证唯物主义思想。2了解法拉第探索科学的方法,学习他的执著的科学探究精神。教学重点法拉第电磁感应定律。教学难点平均电动势与瞬时电动势区别。教学方法演示法、
2、归纳法、类比法教学用具:CAI课件、多媒体电脑、投影仪、投影片。教学过程(一)引入新课教师:在电磁感应现象中,产生感应电流的条件是什么?学生:穿过闭合电路的磁通量发生变化。教师:在电磁感应现象中,磁通量发生变化的方式有哪些情况?学生甲:由磁感应强度的变化引起的,即=BS。学生乙:由回路面积的变化引起的,即=BS。学生丙:由磁感应强度和面积同时变化引起的,即=B2S2B1S1学生丁:概括为=21点评:该问题学生通常只能回答出一两种情况,需要教师启发、引导,才能归纳出磁通量变化的各种情形。在指导学生回答此问题时,重在培养学生的想象能力和概括能力,不宜过多纠缠细节,以免冲淡教学重点。教师:恒定电流中
3、学过,电路中存在持续电流的条件是什么?学生:电路闭合、有电源。教师:在电磁感应现象中,既然闭合电路中有感应电流,这个电路中就一定有电动势。在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势。下面我们就来探讨感应电动势的大小决定因素。(二)进行新课1、感应电动势教师:CAI课件展示出下面两个电路教师:在图a与图b中,若电路是断开的,有无电流?有无电动势?学生:电路断开,肯定无电流,但有电动势。教师:电动势大,电流一定大吗?学生:电流的大小由电动势和电阻共同决定。教师:图b中,哪部分相当于a中的电源?学生:螺线管相当于电源。教师:图b中,哪部分相当于a中电源内阻?学生:线圈自身的电阻。教师:在电磁感应现象中
4、,不论电路是否闭合,只要穿过电路的磁通量发生变化,电路中就有感应电动势.有感应电动势是电磁感应现象的本质。2、电磁感应定律教师:感应电动势跟什么因素有关?现在演示前节课中三个成功实验,用CAI课件展示出这三个电路图,同时提出三个问题供学生思考: 乙甲 丙问题1:在实验中,电流表指针偏转原因是什么?问题2:电流表指针偏转程度跟感应电动势的大小有什么关系?问题3:第一个成功实验中,将条形磁铁从同一高度插入线圈中,快插入和慢插入有什么相同和不同?学生甲:穿过电路的变化产生E感产生I感.学生乙:由全电路欧姆定律知I=,当电路中的总电阻一定时,E感越大,I越大,指针偏转越大。学生丙:磁通量变化相同,但磁
5、通量变化的快慢不同。教师:磁通量变化的快慢用磁通量的变化率来描述,即单位时间内磁通量的变化量,用公式表示为。从上面的三个实验,同学们可归纳出什么结论呢?学生甲:实验甲中,将条形磁铁快插入(或拔出)比慢插入或(拔出)时,大,I感大,E感大。学生乙:实验乙中,导体棒运动越快,越大,I感越大,E感越大。学生丙:实验丙中,开关断开或闭合,比开关闭合时移动滑动变阻器的滑片时大,I感大,E感大。教师:从上面的三个实验我们可以发现,越大,E感越大,即感应电动势的大小完全由磁通量的变化率决定。精确的实验表明:电路中感应电动势的大小,跟穿过这一电路磁通量的变化率成正比,即E。这就是法拉第电磁感应定律。(师生共同
6、活动,推导法拉第电磁感应定律的表达式)设t1时刻穿过回路的磁通量为1,t2时刻穿过回路的磁通量为2,在时间t=t2t1内磁通量的变化量为=21,磁通量的变化率为,感应电动势为E,则E=k在国际单位制中,电动势单位是伏(V),磁通量单位是韦伯(Wb),时间单位是秒(s),可以证明式中比例系数k=1,(同学们可以课下自己证明),则上式可写成E=设闭合电路是一个n匝线圈,且穿过每匝线圈的磁通量变化率都相同,这时相当于n个单匝线圈串联而成,因此感应电动势变为E=n3、导线切割磁感线时的感应电动势教师:导体切割磁感线时,感应电动势如何计算呢?用CAI课件展示如图所示电路,闭合电路一部分导体ab处于匀强磁
7、场中,磁感应强度为B,ab的长度为L,以速度v匀速切割磁感线,求产生的感应电动势? 解析:设在t时间内导体棒由原来的位置运动到a1b1,这时线框面积的变化量为S=Lvt穿过闭合电路磁通量的变化量为=BS=BLvt据法拉第电磁感应定律,得E=BLv问题:当导体的运动方向跟磁感线方向有一个夹角,感应电动势可用上面的公式计算吗?教师:让我们进行下面的推导。用CAI课件展示如图所示电路,闭合电路的一部分导体处于匀强磁场中,导体棒以v斜向切割磁感线,求产生的感应电动势。解析:可以把速度v分解为两个分量:垂直于磁感线的分量v1=vsin和平行于磁感线的分量v2=vcos。后者不切割磁感线,不产生感应电动势
8、。前者切割磁感线,产生的感应电动势为E=BLv1=BLvsin强调在国际单位制中,上式中B、L、v的单位分别是特斯拉(T)、米(m)、米每秒(m/s),指v与B的夹角。4、反电动势教师:引导学生讨论教材图4.3-3中,电动机线圈的转动会产生感应电动势。这个电动势是加强了电源产生的电流,还是削弱了电源的电流?是有利于线圈转动还是阻碍线圈的转动?学生:讨论后发表见解。教师:总结点评。电动机转动时产生的感应电动势削弱了电源的电流,这个电动势称为反电动势。反电动势的作用是阻碍线圈的转动。这样,线圈要维持原来的转动就必须向电动机提供电能,电能转化为其它形式的能。讨论:如果电动机因机械阻力过大而停止转动,
9、会发生什么情况?这时应采取什么措施?学生:讨论,发表见解。电动机停止转动,这时就没有了反电动势,线圈电阻一般都很小,线圈中电流会很大,电动机可能会烧毁。这时,应立即切断电源,进行检查。(三)课堂总结、点评教师活动:让学生概括总结本节的内容。请一个同学到黑板上总结,其他同学在笔记本上总结,然后请同学评价黑板上的小结内容。学生活动:认真总结概括本节内容,并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结,看谁的更好,好在什么地方。点评:总结课堂内容,培养学生概括总结能力。教师要放开,让学生自己总结所学内容,允许内容的顺序不同,从而构建他们自己的知识框架。(四)实例探究电磁感应定律的综合应用【
10、例1】如图所示,有一弯成角的光滑金属导轨POQ,水平放置在磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场方向与导轨平面垂直,有一金属棒MN与导轨的OQ边垂直放置,当金属棒从O点开始以加速度a向右匀加速运动t秒时,棒与导轨所构成的回路中的感应电动势是多少? 解:由于导轨的夹角为,开始运动t秒时,金属棒切割磁感线的有效长度为:L=stan=at2tan据运动学公式,这时金属棒切割磁感线的速度为v=at由题意知B、L、v三者互相垂直,有E=BLv=Bat2tanat=Ba2t3tan即金属棒运动t秒时,棒与导轨所构成的回路中的感应电动势是E=Ba2t3tan.点评:在这道题目中感应电动势是在不断变化的,求解的是运
11、动t秒时感应电动势的瞬时值,因而不能用法拉第电磁感应定律。【例2】(2001年上海)如图所示,固定于水平面上的金属框cdef,处在竖直向下的匀强磁场中,金属棒ab搁在框架上,可无摩擦滑动.此时abed构成一个边长l的正方形,棒电阻r,其余电阻不计,开始时磁感应强度为B。(1)若以t=0时起,磁感应强度均匀增加,每秒增加量k,同时保持棒静止,求棒中的感应电流。(2)在上述情况中,棒始终保持静止,当t=t1时需加垂直于棒水平外力多大?(3)若从t=0时起,磁感应强度逐渐减小,当棒以恒定速度v向右匀速运动,可使棒中不产生I感,则磁感应强度应怎样随时间变化?(写出B与t的关系式)解析:(1)据法拉第电
12、磁感应定律,回路中产生的感应电动势为E=kl2回路中的感应电流为I=(2)当t=t1时,B=B0+kt1金属杆所受的安培力为F安=BIl=(B0+kt1)据平衡条件,作用于杆上的水平拉力为F=F安=(B0+kt1)(3)要使棒中不产生感应电流,则通过闭合回路的磁通量不变,即B0l2=Bl(l+v t)解得B=巩固练习1.法拉第电磁感应定律可以这样表述:闭合电路中感应电动势的大小 ( )A.跟穿过这一闭合电路的磁通量成正比B.跟穿过这一闭合电路的磁感应强度成正比C.跟穿过这一闭合电路的磁通量的变化率成正比D.跟穿过这一闭合电路的磁通量的变化量成正比答案:C点评:熟记法拉第电磁感应定律的内容2.将
13、一磁铁缓慢地或迅速地插到闭合线圈中同样位置处,不发生变化的物理量有 ( )A.磁通量的变化率B.感应电流的大小C.消耗的机械功率D.磁通量的变化量E.流过导体横截面的电荷量解析:插到闭合线圈中同样位置,磁通量的变化量相同,磁通量的变化率不同,由I感=可知,I感不同,消耗的机械功率也不同,流过导体的横截面的电荷量q=It=t=t=,因、R不变,所以q与磁铁插入线圈的快慢无关.答案:DE点评:插到同样位置,磁通量变化量相同,但用时不同3.恒定的匀强磁场中有一圆形闭合导线圈,线圈平面垂直于磁场方向,当线圈在磁场中做下列哪种运动时,线圈中能产生感应电流 ( )A.线圈沿自身所在平面运动B.沿磁场方向运
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