人教版選修11法拉第電磁感應定律 第1課時 教案.doc

1.2法拉第電磁感應定律教學目標：1.理解感應電動勢的概念，明確感應電動勢的作用2.理解感應電動勢的大小與磁通量變化率的關系，掌握法拉第電磁感應定律及應用3.通過法拉第電磁感應定律的建立,進一步揭示電與磁的關系，培養(yǎng)學生空間思維能力和通過觀察、實驗尋找物理規(guī)律的能力教學重點：法拉第電磁感應定律的建立和應用教學難點：1.磁通量的變化與變化率的區(qū)別，及與感應電動勢的關系2.決定磁通量大小的因素，及其變化特點教學關鍵：做好演示實驗，觀察并分析好實驗教具演示用電流計、線圈（螺線管）、磁鐵、導線等教學方法：應用分析、類比和遷移等思維方法，在實驗中讓學生理解法拉第電磁感應定律的實質(zhì)，得出定律的表達公式，進而掌握其應用進行新課：一、回顧舊知識（方法：按知識系統(tǒng)性向?qū)W生提問）師：在電磁感應現(xiàn)象中，產(chǎn)生感應電流的條件是什么？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)學生能正確回答，但第2問，學生通常只能回答出一兩種情況，需要教師啟發(fā)誘導和作圖，才能歸納出磁通量變化的各種情形在指導學生回答此問時，重在培養(yǎng)學生想象和概括能力，不宜過多糾纏于知識細節(jié)，以免沖淡教學重點）二、引入新課由前節(jié)可知，感應電流的方向與原磁場的方向以及磁通量的變化有關那么，感應電流的大小又與什么有關系呢？我們知道：電流的大小與電動勢有關系，讓我們首先來研究感應電動勢的產(chǎn)生三、進行新課感應電動勢概念：在電磁感應現(xiàn)象中所產(chǎn)生的電動勢，在中學里統(tǒng)稱感應電動勢感應電動勢的方向：感應電動勢的方向與感應電流的方向一致，由楞次定律或右手定則決定：在外電路中，從正極負極在內(nèi)電路中，從負極正極師：在圖的（）、（）兩圖中，若電路是斷開的，有無電流？有無電動勢？生：電路斷開，肯定無電流，但可能有電動勢師：電動勢大，電流強度是否一定大？生：電流的大小由電動勢和阻值共同決定，遵從i=/r（教學方法：復習，類比）師：閉合電路中要產(chǎn)生持續(xù)電流的條件是什么？生：必有電源電動勢師：在電磁感應中，有感應電流，說明有感應電勢存在現(xiàn)在我們來類比圖中（）、（）兩圖（）圖中，哪部分相當于（）圖中的電源？生：ab兩點右部的線圈.師:（）圖中，哪部分電阻相當于（）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，以及ab兩端電勢的高低.生：a點電勢較高，見圖中箭頭方向法拉第電磁感應定律實驗一裝置如圖（方法：教師演示，學生觀察并回答）師：將磁鐵迅速插入與慢慢插入螺線管時，觀察電流計指針偏轉(zhuǎn)角度有何不同？反映電流大小有何不同？電動勢大小如何？生：迅速插入時，指針偏轉(zhuǎn)大，反映電流大，感應電動勢大；慢慢插入時，電流小，感應電動勢小師：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，電動勢更大師：以上現(xiàn)象說明感應電動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，感應電動勢越大，在同一電路中，感應電流越大；反之，越小（）磁通量變化快慢的意義：(1)在磁通量變化相同時，所用的時間t越少，即變化越快；反之，則變化越慢(2)在變化時間t一樣時，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，感應電動勢的大小由磁通量的變化率來決定實驗二裝置見圖磁通量的變化率也可以用導體切割磁力線的快慢（速度）來反映（即速度大，單位時間掃過的面積大）圖中，導體與電流計形成一閉合電路迅速切割時，指針偏轉(zhuǎn)角大，反映感應電流大，電動勢大；導體慢慢切割時，指針偏角小，反映電流小，感應電動勢小講述由實驗一和實驗二得知：感應電動勢的大小，完全由磁通量的變化率決定精確的實驗表明，電路中的感應電動勢的大小，跟穿過這個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定律其函數(shù)表達式為：=kt在國際單位制中，=2-1，單位為韋伯；t=t2-t1，單位為秒時，k=1這時，的單位為伏特討論：(1)伏韋秒；(2)若線圈為匝連繞，則=nt（即相當于個單匝電源相串聯(lián)）；(3)公式=t所計算的是時間t內(nèi)的平均電動勢（若均勻變化，平均感應電動勢等于即時感應電動勢）那么，導體切割磁力線時，感應電動勢如何計算呢？如圖，把矩形線框放在勻強磁場里，線圈平面與磁力線垂直設長度為l，且以速度v相對于磁場向右運動，在t時間內(nèi)，由ab移動到ab.應用法拉第電磁感應定律公式=t和=bs=blvt，不難得出：=blv（注意：b,l,v三者是互相垂直的）假若導線運動的方向與導線本身垂直，但與磁力線方向不垂直，如圖所示，設b與的夾角為，則vsin=v _對切割有貢獻vcos=v _對切割無貢獻這時blv=blvsin這就是導體切割磁力線運動時，感應電動勢的計算公式公式blv=blvsin的特點是：(1)v為導體與磁場相對運動（即切割）速度(2)v當為某時刻的即時速度時,blv可計算出某時刻的瞬時感應電動勢因此,必須充分認識公式=t和blv在計算感應電動勢的一致性，以及應用條件上的區(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，來鞏固和應用所學的定律和公式課堂練習（課前，教師應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)，學生動手練習）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秒設插入的方式相同試求：(1)兩次線圈中平均感應電動勢之比？(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軸逆時針轉(zhuǎn)動已知棒長l=0.10米，轉(zhuǎn)速n=50轉(zhuǎn)秒，求： (1)o,a哪一點電勢高?(o點電勢高.)(2)棒產(chǎn)生的感應電動勢為多大?棒轉(zhuǎn)過一周后，所用時間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進行計算因為，從oa，各點的線速度是均勻變化的，故可取棒中點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)果學生在練習中，可讓他們用不同的公式計算，再加以對比，以了解在某些特定的條件下，平均感應電動勢與瞬時感應電動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特斯拉的勻強磁場中，以兩短邊中點的連線為軸轉(zhuǎn)動，=50弧度秒求：(1)線圈從圖(a)的位置起，轉(zhuǎn)過1800的平均感應電動勢為多大？試定性地畫出這一過程中瞬時感應電動勢隨時刻t變化的示意圖；(2)線圈從圖(b)的位置起，轉(zhuǎn)過1800的平均感應電動勢為多大？試定性地畫出這一過程中瞬時感應電動勢隨時刻t變化的示意圖解(1) =n/t n(2-1)/12.7(伏特)；瞬時感應電動勢如圖9.(2) =n/t n(2-1)/=50*(0-0)/(/50)0(伏特)瞬時感應電動勢如圖（學生在解答第一問時，很可能會忽視磁通量的正負，把平均感應電動勢計算為零需要提醒學生注意這一點學生常會發(fā)生疑問：為什么第一種情況下0，而第二種情況下呢？這是因為在第一種情況下，從0這段時間，感應電動勢只是大小發(fā)生變化，而方向沒有發(fā)生變化，故平均感應電動勢不為零而第二種情況下，從0這段時間，感應電動勢的大小和方向均發(fā)生了變化，故平均感應電動勢為零這兩種不同的特點，也可以從瞬時感應電動勢的示意圖中發(fā)現(xiàn)畫瞬時感應電動勢隨t變化的示意圖，應當是正弦或余弦圖線但在此題不必如此嚴格要求，只要能畫出電動勢大小和方向變化的趨勢即可詳細分析和定量的計算，放在“交流電”中去研究）四、課外作業(yè)1.粗細均勻的電阻絲圍成的正方形線框置于有界勻強磁場中，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于電源，外電路由三個相同電阻串聯(lián)形成，a、c、d中a、b兩點間電勢差為外電路中一個電阻兩端的電壓為：ue，b圖中a、b兩點間電勢差為路端電壓為：ue，所以a、b兩點間電勢差絕對值最大的是b圖，故a、c、d錯誤，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(指拉直時兩端的電阻)，磁感應強度為b的勻強磁場垂直穿過環(huán)平面，與環(huán)的最高點用鉸鏈連接長度為2a、電阻為的導體棒ab，ab由水平位置緊貼環(huán)面擺下，當擺到豎直位置時，b點的線速度為v，則這時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，導體棒ab切割磁感線的瞬時感應電動勢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的時刻起由靜止開始沿x軸正方向做勻加速運動，則線框中的感應電流i(取逆時針方向的電流為正)隨時間t的變化圖線正確的是()圖6答案d解析因為導體棒做勻加速直線運動，所以感應電動勢為eblvblat，因此感應電流大小與時間成正比，方向為順時針.4.如圖所示，一個閉合線圈固定在垂直紙面的勻強磁場中，設磁場方向向里為磁感應強度b的正方向，線圈中的箭頭為電流i的正方向，線圈及線圈中感應電流i隨時間變化的圖線如圖乙所示，則磁感應強度b隨時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磁場中，如圖所示.當磁場以10t/s的變化率增強時，線框中a、b兩點間的電勢差是()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)生感應電動勢，從而在線框中有感應電流產(chǎn)生，把左半部分線框看成電源，其電動勢為e，內(nèi)阻為，畫出等效電路如圖所示，則a、b兩點間的電勢差即為電源的路端電壓，設l是邊長，且依題意知10t/s.由e得e10v0.2v，所以uir0.1v，由于a點電勢低于b點電勢，故uab0.1v，故b選項正確.6.如圖所示，用粗細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強度為b的勻強磁場區(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