教學(xué)設(shè)計-電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況

教學(xué)設(shè)計--電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況教學(xué)設(shè)計--電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況/NUMPAGES15教學(xué)設(shè)計--電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況教學(xué)設(shè)計--電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況石家莊外國語教育集團“四自主·四環(huán)節(jié)”課堂教學(xué)設(shè)計日期班級十一年級授課教師學(xué)科物理課時1課型新授課課題電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況教學(xué)目標(biāo)1．了解感生電場，知道感生電動勢產(chǎn)生的原因。會判斷感生電動勢的方向。了解動生電動勢的產(chǎn)生以及與洛倫茲力的關(guān)系。會判斷動生電動勢的方向，并會計算它的大小。

了解電磁感應(yīng)規(guī)律的一般應(yīng)用，會聯(lián)系科技實例進(jìn)行分析。

2.通過探究感生電動勢和動生電動勢產(chǎn)生的原因，培養(yǎng)學(xué)生對知識的理解和邏輯推理能力。3.從電磁感應(yīng)現(xiàn)象中我們找到產(chǎn)生感生電動勢和動生電動勢的個性與共性問題，培養(yǎng)學(xué)生對不同事物進(jìn)行分析，找出共性與個性的辯證唯物主義思想教學(xué)重點感生電動勢與動生電動勢的概念教學(xué)難點感生電動勢和動生電動勢產(chǎn)生的原因。項目及要求項目：通過梳理已經(jīng)學(xué)過的電磁感應(yīng)知識，使用邏輯推理的方法，探究感生電動勢和動生電動勢產(chǎn)生的機理。

要求：1.理解兩類電動勢產(chǎn)生的機理；

2．學(xué)會判斷兩類電動勢的方向；

3．知道產(chǎn)生兩類電動勢的“非靜電力”的來源。項目設(shè)置意圖通過完成此項目可使學(xué)生對學(xué)過的電磁感應(yīng)的知識做一個整合，在整合過程中理解電動勢的產(chǎn)生機理，使得學(xué)生對自然規(guī)律的認(rèn)知更深一步，同時可提升學(xué)生的邏輯推理能力。教學(xué)過程（項目實施——交流展示——評價激勵）教師活動學(xué)生活動項目準(zhǔn)備：1.復(fù)習(xí)下列概念和規(guī)律（1）感應(yīng)電動勢（2）法拉第電磁感應(yīng)定律（3）導(dǎo)體切割磁感線時的感應(yīng)電動勢（4）反電動勢2.自主預(yù)習(xí)本節(jié)內(nèi)容指導(dǎo)調(diào)控：一．感生電場1.如課本圖4.5-1知，變化的磁場能在閉合導(dǎo)線環(huán)中產(chǎn)生感應(yīng)電流，對應(yīng)的就有感應(yīng)電動勢，就有電源，誰是電源？充當(dāng)非靜電力的是什么力?2.什么是感生電場？這個理論是誰提出的？3.感生電場與靜電場是一回事嗎？如不是一回事，有何區(qū)別？其作用是什么？4.如何判斷感生電場的方向？為什么？5.什么是感生電動勢？如何計算？二．動生電場導(dǎo)體切割磁感線時會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，該電動勢形成的原因是什么呢？導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢與哪些因素有關(guān)？他是如何將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的？閱讀教材“電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的洛倫茲力”，回答以下問題：6．自由電荷會隨著導(dǎo)體棒運動,并因此受到洛倫茲力。導(dǎo)體中自由電荷的合運動在空間大致沿什么方向？為了方便，可以認(rèn)為導(dǎo)體中的自由電荷是正電荷7．導(dǎo)體棒一直運動下去，自由電荷是否也會沿著導(dǎo)體棒一直運動下去?為什么?

8．導(dǎo)體棒的哪端電勢比較高?9．如果用導(dǎo)線把C、D兩端連到磁場外的一個用電器上，導(dǎo)體棒中電流是沿什么方向的?10．這里誰相當(dāng)于電源？哪端是電源的正極？非靜電力是什么力？

11．什么是動生電動勢？如何計算？歸納總結(jié)：感生電動勢與動生電動勢的對比感生電動勢動生電動勢產(chǎn)生原因磁場的變化導(dǎo)體做切割磁感線運動移動電荷的非靜電力感生電場對自由電荷的電場力導(dǎo)體中自由電荷所受洛倫茲力沿導(dǎo)體方向的分力回路中相當(dāng)于電源的部分處于變化磁場中的線圈部分做切割磁感線運動的導(dǎo)體方向判斷方法由楞次定律判斷通常由右手定則判斷，也可由楞次定律判斷大小計算方法由E＝neq\f(ΔΦ,Δt)計算通常由E＝Blvsinθ計算，也可由E＝neq\f(ΔΦ,Δt)計算拓展提升：要點一感生電動勢與動生電動勢的理解1.對感生電場的理解19世紀(jì)60年代，英國物理學(xué)家麥克斯韋在他的電磁理論中指出：變化的磁場能在周圍空間激發(fā)電場，這種電場叫感生電場．(1)感生電場是一種渦旋電場，電場線是閉合的．(2)感生電場的產(chǎn)生跟空間中是否存在閉合電路無關(guān)．(3)感生電場的方向根據(jù)閉合電路(或假想的閉合電路)中感應(yīng)電流的方向確定．2.對動生電動勢中電荷所受洛倫茲力的理解(1)運動導(dǎo)體中的自由電子，不僅隨導(dǎo)體以速度v運動，而且還沿導(dǎo)體以速度u做定向移動，如圖所示．因此，導(dǎo)體中的電子的合速度v合等于v和u的矢量和，所以電子受到的洛倫茲力為F合＝ev合B，F(xiàn)合與合速度v合垂直．(2)從做功角度分析，由于F合與v合垂直，它對電子不做功，更具體地說，F(xiàn)合的一個分量是F1＝evB，這個分力做功，產(chǎn)生動生電動勢．F合的另一個分量是F2＝euB，阻礙導(dǎo)體運動，做負(fù)功．可以證明兩個分力F1和F2所做功的代數(shù)和為零．結(jié)果仍然是洛倫茲力并不提供能量，而只是起傳遞能量的作用，即外力克服洛倫茲力的一個分力F2所做的功通過另一個分力F1轉(zhuǎn)化為能量．要點二電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化1.電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化方式(1)與感生電動勢有關(guān)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，磁場能轉(zhuǎn)化為電能，若電路是純電阻電路，轉(zhuǎn)化過來的電能將全部轉(zhuǎn)化為電阻的內(nèi)能．(2)與動生電動勢有關(guān)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，通過克服安培力做功，把機械能或其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能．克服安培力做多少功，就產(chǎn)生多少電能．若電路是純電阻電路，轉(zhuǎn)化過來的電能也將全部轉(zhuǎn)化為電阻的內(nèi)能．2．求解電磁感應(yīng)現(xiàn)象中能量守恒問題的一般思路(1)分析回路，分清電源和外電路．在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，切割磁感線的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化的回路將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，該導(dǎo)體或回路就相當(dāng)于電源，其余部分相當(dāng)于外電路．(2)分析清楚有哪些力做功，明確有哪些形式的能量發(fā)生了轉(zhuǎn)化．如：①有摩擦力做功，必有內(nèi)能產(chǎn)生；②有重力做功，重力勢能必然發(fā)生變化；③克服安培力做功，必然有其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，并且克服安培力做多少功，就產(chǎn)生多少電能；④如果是安培力做正功，就是電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能．(3)列有關(guān)能量的關(guān)系式．自主完成1．電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的感生電場(1)感生電場：英國物理學(xué)家麥克斯韋認(rèn)為，磁場變化時會在空間激發(fā)一種_____，如果此空間存在閉合電路，導(dǎo)體中的自由電荷會在這種電場的作用下定向移動形成電流，這種電場稱為_______電場．(2)感生電場的方向：遵守_____定律．2．電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的洛倫茲力(1)導(dǎo)體垂直于磁場運動，導(dǎo)體內(nèi)部自由電荷隨導(dǎo)體運動，自由電荷受洛倫茲力嗎？_____．(2)洛倫茲力對該自由電荷做功嗎？_______．(3)在洛倫茲力作用下，導(dǎo)體兩端能出現(xiàn)電勢差嗎？______．(4)穩(wěn)定后導(dǎo)體兩端的電勢差跟哪些因素有關(guān)？___________________________．小組合作探究一：感生電場

2.變化的磁場會在周圍空間激發(fā)一種電場，這種電場叫做感應(yīng)電場。這是19世紀(jì)60年代，英國物理學(xué)家麥克斯韋在他的電磁場理論中提出的，3.靜止的電荷激發(fā)的電場叫靜電場，靜電場的電場線是由正電荷發(fā)出，到負(fù)電荷終止，電場線不閉合，而感應(yīng)電場是一種渦旋電場，電場線是封閉的。如圖所示，如果空間存在閉合導(dǎo)體，導(dǎo)體中的自由電荷就會在電場力的作用下定向移動，而產(chǎn)生感應(yīng)電流，或者說導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。感應(yīng)電場是產(chǎn)生感應(yīng)電流或感應(yīng)電動勢的原因5.感應(yīng)電場的方向也可以由楞次定律來判斷。感應(yīng)電流的方向與感應(yīng)電場的方向相同。由感生電場產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢，變化的磁場在閉合導(dǎo)體所在的空間產(chǎn)生電場，導(dǎo)體內(nèi)自由電荷在電場力作用下產(chǎn)生感應(yīng)電流，或者說產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。其中感應(yīng)電場對電荷的作用力就相當(dāng)于電源內(nèi)部所謂的非靜電力，對電荷產(chǎn)生作用。E＝NSΔB/Δt探究二：動生電場7.導(dǎo)體在磁場中切割磁感線時，產(chǎn)生動生電動勢，它是由導(dǎo)體中的自由電子受到洛倫茲力的作用而引起的。由于導(dǎo)體中的自由電子隨導(dǎo)體一起以速度v運動，因此每個電子受到向上的洛倫茲力作用，大小為：F洛＝Bev。使導(dǎo)體上端出現(xiàn)過剩的負(fù)電荷，導(dǎo)體下端出現(xiàn)過剩的正電荷，結(jié)果使導(dǎo)體上端D的電勢低于下端C的電勢，出現(xiàn)由C指向D的靜電場，此電場對電子的靜電力F′的方向向下，與沿棒方向的洛倫茲力F方向相反，隨著導(dǎo)體兩端正負(fù)電荷的積累，電場不斷增強，當(dāng)作用在自由電子上的靜電力與電子沿棒方向受到的洛倫茲力平衡時，DC兩端產(chǎn)生一個穩(wěn)定的電勢差。

9.如果用另外的導(dǎo)線把CD兩端連接起來，由于C端的電勢比D端的電勢高，自由電子在靜電力的作用下將在導(dǎo)線框中沿順時針流動，形成逆時針方向的電流，如圖乙所示，電荷的流動使CD兩端積累的電荷不斷減少，洛倫茲力又不斷使自由電子從C端運動到D端從而在CD兩端維持一個穩(wěn)定的電動勢11.（1）（由法拉第電磁感應(yīng)定律推導(dǎo)）ab棒處于勻強磁場中，磁感應(yīng)強度為B，垂直紙面向里，棒沿光滑導(dǎo)軌以速度v勻速向右滑動，已知導(dǎo)軌寬度為L，經(jīng)過時間t由M運動到N，如圖所示，

由法拉第電磁感應(yīng)定律可得：E＝ΔΦ/Δt＝BS/t＝B·L·vt/t＝BLv

故動生電動勢大小為E＝BLv。

（2）（由動生電動勢與洛倫茲力的關(guān)系推導(dǎo)）運動的導(dǎo)體CD就是一個電源，C端是電源的正極，D端是電源的負(fù)極，自由電子受洛倫茲力的作用，從C端搬運到D端，也可以看作是正電荷受洛倫茲力作用從D端搬運到C端，這里洛倫茲力的一個分力就相當(dāng)于電源中的非靜電力，根據(jù)電動勢的定義，電動勢等于單位正電荷從負(fù)極通過電源內(nèi)部移動到電源的正極非靜電力所做的功，作用在單位電荷上的洛倫茲力為：F＝F洛/e＝Bv

于是動生電動勢就是：E＝FL＝BLv

上式與法拉第電磁感應(yīng)定律得到的結(jié)果一致交流展示對感生電場的理解：

1、感生電場是一種渦旋電場，電場線是閉合的。

2、感生電場的產(chǎn)生跟空間中是否存在閉合電路無關(guān)。

3、感生電場的方向根據(jù)閉合電路中感應(yīng)電流的方向確定。

二．對動生電動勢中電荷所受洛倫茲力的理解

運動導(dǎo)體中的自由電荷不僅隨導(dǎo)體運動，而且還沿導(dǎo)體定向運動，如圖所示，所以自由電荷所受的洛倫茲力就與合速度垂直。

鞏固練習(xí)1．某空間出現(xiàn)了如圖所示的一組閉合的電場線，這可能是()A．沿AB方向的磁場迅速減弱B．沿AB方向的磁場迅速增強C．沿BA方向的磁場迅速增強D．沿BA方向的磁場迅速減弱2．水平放置的金屬框架cdef處于如圖所示的勻強磁場中，金屬棒ab處于粗糙的框架上且接觸良好，從某時刻開始，磁感應(yīng)強度均勻增大，金屬棒ab始終保持靜止，則()A．a(chǎn)b中電流增大，ab棒所受摩擦力增大B．a(chǎn)b中電流不變，ab棒所受摩擦力不變C．a(chǎn)b中電流不變，ab棒所受摩擦力增大D．a(chǎn)b中電流增大，ab棒所受摩擦力不變3．如圖所示，金屬桿ab以恒定的速率v在光滑平行導(dǎo)軌上向右滑行，設(shè)整個電路中總電阻為R(恒定不變)，整個裝置置于垂直紙面向里的勻強磁場中，下列敘述中正確的是()A．a(chǎn)b桿中的電流與速率v成正比B．磁場作用于ab桿的安培力與速率v成正比C．電阻R上產(chǎn)生的電熱功率與速率v的平方成正比D．外力對ab桿做功的功率與速率v的平方成正比4．如圖所示，線圈內(nèi)有理想邊界的磁場，當(dāng)磁場均勻增加時，有一帶電粒子靜止于平行板(兩板水平放置)電容器中間．若線圈的匝數(shù)為n，面積為S，平行板電容器的板間距離為d，粒子的質(zhì)量為m，帶電荷量為q，則磁感應(yīng)強度的變化率為________．5．A、B兩閉合線圈由同樣導(dǎo)線繞成且均為10匝，半徑rA＝2rB，B內(nèi)有如圖所示的勻強磁場．若磁場均勻地減小，則A、B環(huán)中感應(yīng)電動勢之比EA∶EB＝________；產(chǎn)生的感應(yīng)電流之比IA∶IB＝________.若磁場充滿這兩個圓環(huán)，則EA∶EB＝________；IA∶IB＝________.6．如圖所示，一直導(dǎo)體棒質(zhì)量為m、長為l、電阻為r，其兩端放在位于水平面內(nèi)間距也為l的光滑平行導(dǎo)軌上，并與之密接；棒左側(cè)兩導(dǎo)軌之間連接一可控制的負(fù)載電阻(圖中未畫出)；導(dǎo)軌置于勻強磁場中，磁場的磁感應(yīng)強度大小為B，方向垂直于導(dǎo)軌所在平面．開始時，給導(dǎo)體棒一個平行于導(dǎo)軌的初速度v0.在棒的運動速度由v0減小至v1的過程中，通過控制負(fù)載電阻的阻值使棒中的電流I保持恒定．導(dǎo)體棒一直在磁場中運動．若不計導(dǎo)軌電阻，求此過程中導(dǎo)體棒上感應(yīng)電動勢的平均值和負(fù)載電阻上消耗的平均功率．作業(yè)布置課后“問題與練習(xí)”1～4題項目紙的練習(xí)題板書設(shè)計課題電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況項目：通過梳理已經(jīng)學(xué)過的電磁感應(yīng)知識，使用邏輯推理的方法，探究感生電動勢和動生電動勢產(chǎn)生的機理。1．感應(yīng)電場

定義：變化的磁場會在周圍空間激發(fā)的電場

作用：產(chǎn)生感應(yīng)電流或感應(yīng)電動勢

方向：由楞次定律來判斷，與感應(yīng)電流的方向相同。

2．感生電動勢

(1)定義：由感生電場產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢（由磁場的強弱變化引起）。。

感生電動勢在電路中的作用就是充當(dāng)電源，其電路