2024-2025學(xué)年高中物理第一章電磁感應(yīng)第04節(jié)法拉弟電磁感應(yīng)定律教案粵教版選修3-2

PAGE1-法拉第電磁感應(yīng)定律教學(xué)目標(biāo)：（一）學(xué)問(wèn)與技能1．知道什么叫感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。2．知道磁通量的改變率是表示磁通量改變快慢的物理量，并能區(qū)分Φ、ΔΦ、。3．理解法拉第電磁感應(yīng)定律內(nèi)容、數(shù)學(xué)表達(dá)式。4．知道E=BLvsinθ如何推得。5．會(huì)用和E=BLvsinθ解決問(wèn)題。（二）過(guò)程與方法通過(guò)推導(dǎo)到線(xiàn)切割磁感線(xiàn)時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)公式E=BLv，駕馭運(yùn)用理論學(xué)問(wèn)探究問(wèn)題的方法。（三）情感、看法與價(jià)值觀1．從不同物理現(xiàn)象中抽象出特性與共性問(wèn)題，培育學(xué)生對(duì)不同事物進(jìn)行分析，找出共性與特性的辯證唯物主義思想。2．了解法拉第探究科學(xué)的方法，學(xué)習(xí)他的執(zhí)著的科學(xué)探究精神。教具打算：多媒體電腦、投影儀、投影片。教學(xué)過(guò)程：復(fù)習(xí)提問(wèn)（課堂導(dǎo)入）：（一）引入新課在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是什么？在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，磁通量發(fā)生改變的方式有哪些狀況？恒定電流中學(xué)過(guò)，電路中存在持續(xù)電流的條件是什么？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(gè)電路中就確定有電動(dòng)勢(shì)。在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)叫感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。下面我們就來(lái)探討感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小確定因素。出示本堂課教學(xué)目標(biāo)：1．知道什么叫感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。2．知道磁通量的改變率是表示磁通量改變快慢的物理量，并能區(qū)分Φ、ΔΦ、。3．理解法拉第電磁感應(yīng)定律內(nèi)容、數(shù)學(xué)表達(dá)式。4．知道E=BLvsinθ如何推得。5．會(huì)用和E=BLvsinθ解決問(wèn)題。學(xué)生活動(dòng)內(nèi)容老師活動(dòng)內(nèi)容試驗(yàn)甲中，將條形磁鐵快插入（或拔出）比慢插入或（拔出）時(shí)，大，I感大，E感大。試驗(yàn)乙中，導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)越快，越大，I感越大，E感越大。試驗(yàn)丙中，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)或閉合，比開(kāi)關(guān)閉合時(shí)移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片時(shí)大，I感大，E感大。從上面的三個(gè)試驗(yàn)我們可以發(fā)覺(jué)，越大，E感越大，即感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小完全由磁通量的改變率確定。精確的試驗(yàn)表明：電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，跟穿過(guò)這一電路磁通量的改變率成正比，即E∝。這就是法拉第電磁感應(yīng)定律。（師生共同活動(dòng)，推導(dǎo)法拉第電磁感應(yīng)定律的表達(dá)式）設(shè)t1時(shí)刻穿過(guò)回路的磁通量為Φ1，t2時(shí)刻穿過(guò)回路的磁通量為Φ2，在時(shí)間Δt=t2－t1內(nèi)磁通量的改變量為ΔΦ=Φ2－Φ1，磁通量的改變率為，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E，則E=n在國(guó)際單位制中，電動(dòng)勢(shì)單位是伏（V），磁通量單位是韋伯（Wb），時(shí)間單位是秒（s），可以證明式中比例系數(shù)k=1，（同學(xué)們可以課下自己證明），則上式可寫(xiě)成E=設(shè)閉合電路是一個(gè)n匝線(xiàn)圈，且穿過(guò)每匝線(xiàn)圈的磁通量改變率都相同，這時(shí)相當(dāng)于n個(gè)單匝線(xiàn)圈串聯(lián)而成，因此感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)變?yōu)镋=n、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在圖a與圖b中，若電路是斷開(kāi)的，有無(wú)電流？有無(wú)電動(dòng)勢(shì)？電路斷開(kāi)，確定無(wú)電流，但有電動(dòng)勢(shì)。電動(dòng)勢(shì)大，電流確定大嗎？電流的大小由電動(dòng)勢(shì)和電阻共同確定。圖b中，哪部分相當(dāng)于a中的電源？螺線(xiàn)管相當(dāng)于電源。圖b中，哪部分相當(dāng)于a中電源內(nèi)阻？線(xiàn)圈自身的電阻。在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，不論電路是否閉合，只要穿過(guò)電路的磁通量發(fā)生改變，電路中就有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是電磁感應(yīng)現(xiàn)象的本質(zhì)。2、電磁感應(yīng)定律感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)跟什么因素有關(guān)？現(xiàn)在演示前節(jié)課中三個(gè)勝利試驗(yàn)，用CAI課件展示出這三個(gè)電路圖，同時(shí)提出三個(gè)問(wèn)題供學(xué)生思索：乙甲乙甲丙丙問(wèn)題1：在試驗(yàn)中，電流表指針偏轉(zhuǎn)緣由是什么?問(wèn)題2：電流表指針偏轉(zhuǎn)程度跟感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小有什么關(guān)系?問(wèn)題3：第一個(gè)勝利試驗(yàn)中，將條形磁鐵從同一高度插入線(xiàn)圈中，快插入和慢插入有什么相同和不同?穿過(guò)電路的Φ改變產(chǎn)生E感產(chǎn)生I感.由全電路歐姆定律知I=，當(dāng)電路中的總電阻確定時(shí)，E感越大，I越大，指針偏轉(zhuǎn)越大。磁通量改變相同，但磁通量改變的快慢不同。老師：磁通量改變的快慢用磁通量的改變率來(lái)描述，即單位時(shí)間內(nèi)磁通量的改變量，用公式表示為。從上面的三個(gè)試驗(yàn)，同學(xué)們可歸納出什么結(jié)論呢？問(wèn)題：當(dāng)導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)方向跟磁感線(xiàn)方向有一個(gè)夾角θ，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可用上面的公式計(jì)算嗎？如圖所示電路，閉合電路的一部分導(dǎo)體處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，導(dǎo)體棒以v斜向切割磁感線(xiàn)，求產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。解析：可以把速度v分解為兩個(gè)重量：垂直于磁感線(xiàn)的重量v1=vsinθ和平行于磁感線(xiàn)的重量v2=vcosθ。后者不切割磁感線(xiàn)，不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。前者切割磁感線(xiàn)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E=BLv1=BLvsinθ3、導(dǎo)線(xiàn)切割磁感線(xiàn)時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)導(dǎo)體切割磁感線(xiàn)時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)如何計(jì)算呢？用CAI課件展示如圖所示電路，閉合電路一部分導(dǎo)體ab處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，ab的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，以速度v勻速切割磁感線(xiàn)，求產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)？解析：設(shè)在Δt時(shí)間內(nèi)導(dǎo)體棒由原來(lái)的位置運(yùn)動(dòng)到a1b1，這時(shí)線(xiàn)框面積的改變量為ΔS=LvΔt穿過(guò)閉合電路磁通量的改變量為ΔΦ=BΔS=BLvΔt據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，得E==BLv問(wèn)題：當(dāng)導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)方向跟磁感線(xiàn)方向有一個(gè)夾角θ，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可用上面的公式計(jì)算嗎？［強(qiáng)調(diào)］在國(guó)際單位制中，上式中B、L、v的單位分別是特斯拉（T）、米（m）、米每秒（m/s），θ指v與B的夾角。探討：假如電動(dòng)機(jī)因機(jī)械阻力過(guò)大而停止轉(zhuǎn)動(dòng)，會(huì)發(fā)生什么狀況？這時(shí)應(yīng)實(shí)行什么措施？學(xué)生探討，發(fā)表見(jiàn)解。電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)就沒(méi)有了反電動(dòng)勢(shì)，線(xiàn)圈電阻一般都很小，線(xiàn)圈中電流會(huì)很大，電動(dòng)機(jī)可能會(huì)燒毀。這時(shí)，應(yīng)馬上切斷電源，進(jìn)行檢查。4、反電動(dòng)勢(shì)引導(dǎo)學(xué)生探討教材圖4.3-3中，電動(dòng)機(jī)線(xiàn)圈的轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。這個(gè)電動(dòng)勢(shì)是加強(qiáng)了電源產(chǎn)生的電流，還是減弱了電源的電流？是有利于線(xiàn)圈轉(zhuǎn)動(dòng)還是阻礙線(xiàn)圈的轉(zhuǎn)動(dòng)？學(xué)生探討后發(fā)表見(jiàn)解。老師總結(jié)點(diǎn)評(píng)。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)減弱了電源的電流，這個(gè)電動(dòng)勢(shì)稱(chēng)為反電動(dòng)勢(shì)。反電動(dòng)勢(shì)的作用是阻礙線(xiàn)圈的轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣，線(xiàn)圈要維持原來(lái)的轉(zhuǎn)動(dòng)就必需向電動(dòng)機(jī)供應(yīng)電能，電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能。重點(diǎn)、難點(diǎn)化解（探求新知、質(zhì)疑導(dǎo)學(xué)、課堂反饋）：系統(tǒng)歸納：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為EE=n在國(guó)際單位制中，電動(dòng)勢(shì)單位是伏（V），磁通量單位是韋伯（Wb），時(shí)間單位是秒（s），E=BLv1=BLvsinθ［強(qiáng)調(diào)］在國(guó)際單位制中，上式中B、L、v的單位分別是特斯拉（T）、米（m）、米每秒（m/s），θ指v與B的夾角。練習(xí)鞏固（課堂作業(yè)）：【例1】如圖所示，有一彎成θ角的光滑金屬導(dǎo)軌POQ，水平放置在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向與導(dǎo)軌平面垂直，有一金屬棒MN與導(dǎo)軌的OQ邊垂直放置，當(dāng)金屬棒從O點(diǎn)起先以加速度a向右勻加速運(yùn)動(dòng)t秒時(shí)，棒與導(dǎo)軌所構(gòu)成的回路中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是多少?解：由于導(dǎo)軌的夾角為θ，起先運(yùn)動(dòng)t秒時(shí)，金屬棒切割磁感線(xiàn)的有效長(zhǎng)度為：L=stanθ=at2tanθ據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式，這時(shí)金屬棒切割磁感線(xiàn)的速度為v=at由題意知B、L、v三者相互垂直，有E=BLv=Bat2tanθ·at=Ba2t3tanθ即金屬棒運(yùn)動(dòng)t秒時(shí)，棒與導(dǎo)軌所構(gòu)成的回路中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是E=Ba2t3tanθ.【例2】（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(qiáng)磁場(chǎng)中，金屬棒ab擱在框架上，可無(wú)摩擦滑動(dòng).此時(shí)abed構(gòu)成一個(gè)邊長(zhǎng)l的正方形，棒電阻r，其余電阻不計(jì)，起先時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。（1）若以t=0時(shí)起，磁感應(yīng)強(qiáng)度勻稱(chēng)增加，每秒增加量k，同時(shí)保持棒靜止，求棒中的感應(yīng)電流。（2）在上述狀況中，棒始終保持靜止，當(dāng)t=t1時(shí)需加垂直于棒水平外力多大?（3）若從t=0時(shí)起，磁感應(yīng)強(qiáng)度漸漸減小，當(dāng)棒以恒定速度v向右勻速運(yùn)動(dòng)，可使棒中不產(chǎn)生I感，則磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)怎樣隨時(shí)間改變?（寫(xiě)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(dòng)勢(shì)為E==kl2回路中的感應(yīng)電流為I=（2）當(dāng)t=t1時(shí)，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(guò)閉合回路的磁通量不變，即B0l2=Bl（l+vt）解得B=★鞏固練習(xí)1.法拉第電磁感應(yīng)定律可以這樣表述：閉合電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小（）A.跟穿過(guò)這一閉合電路的磁通量成正比B.跟穿過(guò)這一閉合電路的磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比C.跟穿過(guò)這一閉合電路的磁通量的改變率成正比D.跟穿過(guò)這一閉合電路的磁通量的改變量成正比答案：C點(diǎn)評(píng)：熟記法拉第電磁感應(yīng)定律的內(nèi)容2.將一磁鐵緩慢地或快速地插到閉合線(xiàn)圈中同樣位置處，不發(fā)生改變的物理量有（）A.磁通量的改變率B.感應(yīng)電流的大小C.消耗的機(jī)械功率D.磁通量的改變量E.流過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量答案：DE點(diǎn)評(píng)：插到同樣位置，磁通量改變量相同，但用時(shí)不同3.恒定的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一圓形閉合導(dǎo)線(xiàn)圈，線(xiàn)圈平面垂直于磁場(chǎng)方向，當(dāng)線(xiàn)圈在磁場(chǎng)中做下列哪種運(yùn)動(dòng)時(shí)，線(xiàn)圈中能產(chǎn)生感應(yīng)電流（）A.線(xiàn)圈沿自身所在平面運(yùn)動(dòng)B.沿磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)