高二物理 （人教大綱版）第二冊 第十六章 電磁感應(yīng) 二、法拉第電磁感應(yīng)定律──感應(yīng)電動勢的大小(第一課時)

1、第二節(jié) 法拉第電磁感應(yīng)定律感應(yīng)電動勢的大小本節(jié)教材分析本節(jié)教材講述了感應(yīng)電動勢的概念，計(jì)算感應(yīng)電動勢大小的兩個公式：和E=BLvsin.在講述這節(jié)教材時，要注意概念、定律的建立過程，使學(xué)生知其所以然.引入感應(yīng)電動勢的概念時，教材利用了比較的方法.利用前面學(xué)過的電動勢、閉合電路歐姆定律等知識來分析產(chǎn)生感應(yīng)電流的電路，得出既然閉合電路里有感應(yīng)電流，那么這個電路中必然有感應(yīng)電動勢.在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，產(chǎn)生的電動勢叫感應(yīng)電動勢.教學(xué)實(shí)踐表明，這樣引入學(xué)生較易接受.比較概念之間的內(nèi)在聯(lián)系，是一種使學(xué)生深刻理解概念本質(zhì)的好方法.由感應(yīng)電流過渡到感應(yīng)電動勢，對學(xué)生來說是從具體到抽象，從現(xiàn)象到本質(zhì)的認(rèn)識過程.為

2、了讓學(xué)生認(rèn)識感應(yīng)電流與感應(yīng)電動勢的區(qū)別，教師可以通過演示實(shí)驗(yàn)來說明：感應(yīng)電動勢的有無，決定于穿過回路的磁通量的變化，與回路的通斷沒有關(guān)系；而電路中感應(yīng)電流的存在，只是在閉合電路中有感應(yīng)電動勢存在的必然結(jié)果.感應(yīng)電動勢的大小，教材首先通過演示實(shí)驗(yàn)，分析得出感應(yīng)電動勢的大小跟穿過閉合電路的磁通量改變的快慢有關(guān)，而磁通量變化的快慢物理上用磁通量的變化率來描述，在這里要注意引導(dǎo)學(xué)生區(qū)分磁通量、磁通量的變化量與磁通量的變化率.接著課本給出了法拉第電磁感應(yīng)定律的內(nèi)容和數(shù)學(xué)表達(dá)式.導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的計(jì)算公式是一個重要的公式.課本從法拉第電磁感應(yīng)定律進(jìn)行分析推導(dǎo)，得出公式E=BLvsin,應(yīng)使學(xué)

3、生認(rèn)識它是法拉第電磁感應(yīng)定律的一種特殊情形，當(dāng)導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢時，使用它比較方便.對式中的角，應(yīng)讓學(xué)生明白它的確切含義，避免在運(yùn)用時不做具體分析而亂套公式. 教學(xué)目標(biāo)一、知識目標(biāo)1.知道什么叫感應(yīng)電動勢.2.知道磁通量的變化率是表示磁通量變化快慢的物理量,并能區(qū)別、.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=BLvsin如何推得.5.會用和E=BLvsin解決問題.二、能力目標(biāo)1.培養(yǎng)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)觀察、分析、總結(jié)能力.2.通過對比的教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生建立知識網(wǎng)絡(luò)，知識類比能力.三、德育目標(biāo)從不同物理現(xiàn)象中抽象出個性與共性問題，培養(yǎng)學(xué)生對不同事物進(jìn)行分析，找出共性與個性的

4、辯證唯物主義思想.教學(xué)重點(diǎn)法拉第電磁感應(yīng)定律.教學(xué)難點(diǎn)平均電動勢與瞬時電動勢區(qū)別.教學(xué)方法演示法、歸納法、類比法.教學(xué)用具CAI課件、多媒體電腦、投影儀、投影片.課時安排1課時教學(xué)過程一、引入新課師在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，產(chǎn)生感應(yīng)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(yīng)現(xiàn)象中，磁通量發(fā)生變化的方式有哪些情況？生1由磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化引起的，即=BS.生2由回路面積的變化引起的，即=BS.生3由磁感應(yīng)強(qiáng)度和面積同時變化引起的，即=B2S2B1S1生4概括為=21說明該問題學(xué)生通常只能回答出一兩種情況，需要教師啟發(fā)、引導(dǎo)，才能歸納出磁通量變化的各種情形.在指導(dǎo)學(xué)生回答此問題時，重在培養(yǎng)學(xué)

5、生的想象能力和概括能力，不宜過多糾纏細(xì)節(jié)，以免沖淡教學(xué)重點(diǎn).師恒定電流中學(xué)過，電路中存在持續(xù)電流的條件是什么？生電路閉合、有電源.師在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，既然閉合電路中有感應(yīng)電流，這個電路中就一定有電動勢.二、新課教學(xué)1.感應(yīng)電動勢師在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，產(chǎn)生的電動勢叫感應(yīng)電動勢.CAI課件展示出下面兩個電路師在圖a與圖b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，但有電動勢.師電動勢大，電流一定大嗎？生電流的大小由電動勢和電阻共同決定.師圖b中，哪部分相當(dāng)于a中的電源？生螺線管相當(dāng)于電源.師圖b中，哪部分相當(dāng)于a中電源內(nèi)阻？生線圈自身的電阻.師在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，不論電路是否閉合

6、，只要穿過電路的磁通量發(fā)生變化，電路中就有感應(yīng)電動勢.有感應(yīng)電動勢是電磁感應(yīng)現(xiàn)象的本質(zhì).2.法拉第電磁感應(yīng)定律師感應(yīng)電動勢跟什么因素有關(guān)？現(xiàn)在演示前節(jié)課中三個成功實(shí)驗(yàn)，用CAI課件展示出這三個電路圖，同時提出三個問題供學(xué)生思考： 問題1在實(shí)驗(yàn)中,電流表指針偏轉(zhuǎn)原因是什么?問題2電流表指針偏轉(zhuǎn)程度跟感應(yīng)電動勢的大小有什么關(guān)系?問題3第一個成功實(shí)驗(yàn)中,將條形磁鐵從同一高度插入線圈中,快插入和慢插入有什么相同和不同?生1穿過電路的變化產(chǎn)生E感產(chǎn)生I感.生2由全電路歐姆定律知I=,當(dāng)電路中的總電阻一定時,E感越大,I越大,指針偏轉(zhuǎn)越大.生3磁通量變化相同,但磁通量變化的快慢不同.師磁通量變化的快慢用磁

7、通量的變化率來描述，即單位時間內(nèi)磁通量的變化量，用式子表示為.從上面的三個實(shí)驗(yàn)，同學(xué)們可歸納出什么結(jié)論呢？生1實(shí)驗(yàn)甲中，將條形磁鐵快插入（或拔出）比慢插入或（拔出）時，大，I感大，E感大.生2實(shí)驗(yàn)乙中，導(dǎo)體棒運(yùn)動越快，越大，I感越大，E感越大.生3實(shí)驗(yàn)丙中，K斷開或閉合，比K閉合時移動滑動變阻器的滑片時大，I感大，E感大.師從上面的三個實(shí)驗(yàn)我們可以發(fā)現(xiàn)，越大，E感越大，即感應(yīng)電動勢的大小完全由磁通量的變化率決定.精確的實(shí)驗(yàn)表明：電路中感應(yīng)電動勢的大小，跟穿過這一電路磁通量的變化率成正比，即E.這就是法拉第電磁感應(yīng)定律.（師生共同活動，推導(dǎo)法拉第電磁感應(yīng)定律的表達(dá)式）設(shè)t1時刻穿過回路的磁通量為

8、1，t2時刻穿過回路的磁通量為2，在時間t=t2t1內(nèi)磁通量的變化量為=21，磁通量的變化率為，感應(yīng)電動勢為E，則E=k在國際單位制中，k=1，則上式可寫成E=設(shè)閉合電路是一個n匝線圈，且穿過每匝線圈的磁通量變化率都相同，這時相當(dāng)于n個單匝線圈串聯(lián)而成，因此感應(yīng)電動勢變?yōu)镋=n師導(dǎo)體切割磁感線時，感應(yīng)電動勢如何計(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)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，ab的長度為L，以速度v勻速切割磁感線，求產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢？解析：設(shè)在t時間內(nèi)導(dǎo)體棒由原來的位置運(yùn)動到ab，這時線框面積的變化量為S=Lvt穿過閉合電路磁通量的變化量為=BS=BLvt據(jù)法拉第電磁

9、感應(yīng)定律，得E=BLv生當(dāng)導(dǎo)體的運(yùn)動方向跟磁感線方向有一個夾角，感應(yīng)電動勢可用上面的公式計(jì)算嗎？師讓我們進(jìn)行下面的推導(dǎo).用CAI課件展示如圖所示電路，閉合電路的一部分導(dǎo)體處于勻強(qiáng)磁場中，導(dǎo)體棒以v斜切割磁感線，求產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢.解析：可以把速度v分解為兩個分量：垂直于磁感線的分量v1=vsin和平行于磁感線的分量v2=vcos.后者不切割磁感線，不產(chǎn)生感應(yīng)電動勢.前者切割磁感線，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為E=BLv1=BLvsin強(qiáng)調(diào)指v與B的夾角.投影片出示例題（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)磁場中,金屬棒ab擱在框架上,可無摩擦滑動.此時abed構(gòu)成

10、一個邊長l的正方形,棒電阻r,其余電阻不計(jì),開始時磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.（1）若以t=0時起,磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻增加,每秒增加量k,同時保持棒靜止,求棒中的感應(yīng)電流.（2）在上述情況中,棒始終保持靜止,當(dāng)t=t1時需加垂直于棒水平外力多大?（3）若從t=0時起,磁感應(yīng)強(qiáng)度逐漸減小,當(dāng)棒以恒定速度v向右勻速運(yùn)動,可使棒中不產(chǎn)生I感,則磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)怎樣隨時間變化?（寫出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)電動勢為E=kl2回路中的感應(yīng)電流為I=（2）當(dāng)t=t1時，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

11、+kt1)（3）要使棒中不產(chǎn)生感應(yīng)電流，則通過閉合回路的磁通量不變，即B0l2=Bl(l+v t)解得B=三、小結(jié)通過本節(jié)課學(xué)習(xí)，主要學(xué)習(xí)了以下幾個問題：1.電磁感應(yīng)現(xiàn)象的本質(zhì)是產(chǎn)生感應(yīng)電動勢.2.感應(yīng)電動勢的大小與磁通量的變化率成正比，即E=n.3.導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為E=Blvsin,為速度方向與磁感線方向的夾角.四、作業(yè)（1）閱讀教材；（2）練習(xí)二寫在作業(yè)本上.五、板書設(shè)計(jì)六、本節(jié)優(yōu)化訓(xùn)練設(shè)計(jì)1.某單匝線圈電阻是1 ，當(dāng)穿過它的磁通量始終以2 Wb/s速率減小時，則A.線圈中感應(yīng)電動勢一定每秒降低2 VB.線圈中感應(yīng)電動勢一定是2 VC.線圈中感應(yīng)電流一定每秒減少2 AD.線

12、圈中感應(yīng)電流一定是2 A2.如圖,MN和PQ為兩平行金屬導(dǎo)軌,M、P中有一阻值為R的電阻,導(dǎo)軌處于勻強(qiáng)磁場中,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,方向垂直導(dǎo)軌所在平面向里.有一金屬圓環(huán)沿導(dǎo)軌滑動,速度為v,與導(dǎo)軌接觸良好,圓環(huán)直徑為d,與兩軌間距相等,該環(huán)與導(dǎo)軌電阻均可忽略,當(dāng)環(huán)向右做勻速運(yùn)動時A.有感應(yīng)電流流過R,大小為B.有感應(yīng)電流流過R,大小為C.有感應(yīng)電流流過R,大小為D.無感應(yīng)電流流過R3.求下列各種情況下的感應(yīng)電動勢.4.如圖甲所示，一對平行光滑軌道設(shè)置在水平面上，兩軌道間距l(xiāng)= 0.20 m,電阻R=1.0 .有一導(dǎo)體桿靜止地放在軌道上，與兩軌道垂直，桿及軌道的電阻皆可忽略不計(jì)，整個裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)

13、度B=0.50 T的勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直軌道平面向下.現(xiàn)用一外力F沿軌道方向拉桿，使之做勻加速運(yùn)動，測得力F與時間t的關(guān)系如圖乙所示，求桿的質(zhì)量m和加速度a. 甲 乙 5.如圖所示，在一均勻磁場中有一矩形導(dǎo)線框abcd，線框處于水平平面內(nèi)，磁場與線框平面垂直，R為一電阻，ef為垂直于ab的一根導(dǎo)體桿，它可在ab、cd上無摩擦地滑動.桿ef及線框中導(dǎo)線的電阻都可不計(jì).開始時，給ef一個向右的初速度，則A.ef將減速向右運(yùn)動，但不是勻減速B.ef將勻減速向右運(yùn)動，最后停止C.ef將勻速向右運(yùn)動D.ef將往返運(yùn)動6.兩根平行的金屬導(dǎo)軌，固定在同一水平面上，磁感應(yīng)強(qiáng)度B= 0.50 T的勻強(qiáng)磁場與

14、導(dǎo)軌所在平面垂直，導(dǎo)軌的電阻很小，可忽略不計(jì).導(dǎo)軌間的距離l= 0.20 m.兩根質(zhì)量均為m=0.10 kg的平行金屬桿甲、乙可在導(dǎo)軌上無摩擦地滑動，滑動過程中與導(dǎo)軌保持垂直，每根金屬桿的電阻為R=0.50 .在t=0時刻，兩桿都處于靜止?fàn)顟B(tài).現(xiàn)有一與導(dǎo)軌平行、大小為0.20 N的恒力F作用于金屬桿甲上，使金屬桿在導(dǎo)軌上滑動.經(jīng)過t= 5.0 s，金屬桿甲的加速度為a=1.37 m/s2，問此時兩金屬桿的速度各是多少？參考答案：1.BD2.B3.Blv4.解析：導(dǎo)體棒在軌道上做勻加速直線運(yùn)動，用v表示其速度，用t表示時間，則有v=at導(dǎo)體桿切割磁感線，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為E=Blv在桿、軌道和電

15、阻組成的閉合電路中，有感應(yīng)電流產(chǎn)生，據(jù)閉合電路歐姆定律，有I=桿受到的安培力為F安=BIL據(jù)牛頓第二定律，有FF安=ma由以上各式解得F=ma+在圖線上取兩點(diǎn)，代入式，可解得a=10 m/s2 m=0.1 kg5.解析：給ef一個向右的初速度，ef在勻強(qiáng)磁場中做切割磁感線運(yùn)動，產(chǎn)生感應(yīng)電流.據(jù)右手定則ef中感應(yīng)電流的方向是由f到e.當(dāng)ef中有感應(yīng)電流時，ef在勻強(qiáng)磁場中要受到安培力作用，據(jù)左手定則可知，ef所受安培力的方向向左，與ef運(yùn)動的方向相反，故ef桿做減速運(yùn)動.由于ef桿的速度不斷減小，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢不斷減小，回路中的感應(yīng)電流不斷減小，ef桿所受的安培力不斷減小.據(jù)牛頓第二定律可知，ef桿的加速度不斷減小，故ef桿做加速度減小的減速運(yùn)動，直到停止.綜上所述應(yīng)選擇A.答案：A6.解析：設(shè)任一時刻t，兩金屬桿甲、乙之間的距離為x，速度分別為v1和v2，經(jīng)過很短的時間t，桿甲移動距