教科版选修32 电磁感应中的能量转化与守恒 第1课时 教案.doc

5电磁感应中的能量转化与守恒 一、教学目标1在物理知识方面要求(1)知道转动时电动势的计算方法；(2)知道电路问题的解决方法；(3)知道能量问题的解决方法2通过本节复习，培养学生运用物理知识，分析和解决一些实际问题的能力二、重点、难点分析1重点是对法拉第电磁感应定律的进一步理解和运用；2难点是法拉第电磁感应定律的综合运用三、教具投影片(或小黑板)四、主要教学过程 (一)复习引入新课1叙述法拉第电磁感应定律的内容2写出其表达式3.说明和e=blv的区别和联系4.由推导blv由图1所示，引导学生共同推导设在t时间内，导体mn以速度v切割磁感线，移动距离为d=vt，设mn长为l，这一过程中，回路磁通量变化为=2-1=b(s+d)l-bsl=bld根据法拉第电磁感应定律，说明：上述推导需条件：磁感应强度b、导线切割速度v与长度l三者互相垂直，若上述三垂直中只有二垂直，而v与b不垂直，设夹角为，再请全体学生推导e的计算式教师指点方法：将v分解，其中与磁感线平行的速度分量没有作用，有效切割速度为vsin(图2)，因此得：e=blvsin指出上式中当=90时，e=blvsin90=blv5关于e=blvsin的意义(1)sin的意义是把公式中的b、l、v转化为两两垂直：vsin=v，是将切割磁感线的速度v分解为垂直于b和l的有效分量；bsin=b，是将磁感应强度b分解为垂直于v和l的有效分量；lsin=l，是将导体长l等价成垂直于b和v的有效长度在上述分解和转化的方法是等价的，所得结果完全相同(2)在上式中，若速度v是即时速度，则电动势e即为即时电动势；若速度v是平均速度，则电动势e即为平均电动势(二)主要教学过程设计提出作为导体转动的情况其感生电动势应如何求例1 如图5所示，长l=10cm的金属棒ab在磁感应强度b=2t的匀强磁场中以a端为轴，在垂直磁场方向的平面内以角速度=10rad/s做顺时针方向的匀速转动ab两端的电势差是_v，a、b两端_端电势高，_端电势低若ab以中点为轴转动，其它条件不变，ab两端电势差为_v组织同学审题后，学生会发现，本题中金属棒ab转动时，棒上各点速率不同因此欲求其感生电动势e，需要找出一个等效点，采用求平均的方法。这时采用表达式e=blv另外有的同学也可能提出运用表达式的方法这时，教师应按同学的思路，找在t时间内，棒ab转过的角度=t，扫过的面积s相应的磁通量变化=bs然后利用来求解方法一：(1)ab导体以a端为轴做切割磁感线运动时，导体上各点速度大小不同b端速度vb=l，a端速度为零其它各点的速度与该点到a点的距离成正比计算ab切割磁感线产生感生电动势时的速度可采用a、b两点速度的平均值，即，ab的感生电动势若在a、b两端接上外电路，由右手定则可知感生电流由b端流出，ab作为电源，b端电势高若没有构成闭合电路时，ab两端电势差就是电动势e(2)以ab中点为轴转动时，a端、b端电势都比中点电势高而且a、b与中点的电动势相等，a、b两点电势相等，电势差为零四个空依次填：0.1，b，a，0方法二：(略)归纳本题解答思路，提出将本题改造如下例2 投影片一导体圆环的电阻为4，半径为0.05m，圆环平面垂直匀强磁场，如图6所示放置磁感应强度为4t，两根电阻均为2的导线oa和ob，oa固定，a端b端均与环接触，ob以4rad/s的角速度逆时针沿圆环转动求：当ob的b端从a端滑过180时，通过导线oa中的电流是多少？组织学生审题后，学生会发现，本题是金属导线oa、ob绕o轴转动欲求感生电动势e，应该选用哪个表达式会感到困惑这时可引导学生，由于棒上各点速率不同到底选哪个点合适，可提出等效取平均的方法可仿效例2解法一当然还可以用其它方法但因有两根又如何？方法一：导线ob在磁场中绕着o点旋转，切割磁感线产生感应电动势ob导线b端在圆环上的位置变化，只改变了图7中r1与r2的阻值由闭合电路欧姆定律，oa中的电流：当ob从oa转180，有r1=r2=2，代入上式i=0.004a组织同学，归纳总结组织同学，归纳总结解答本题的思路。提出应用两表达式和e=blv求电动势时的区别和联系。然后进一步引导学生分析电路结构变化时的方法和步骤，使学生在学习这部分内容时，也对电路问题作了一定的复习与巩固工作最后提出线圈在磁场中转动时，如何求其电动势例3 如图8所示，边长为a，总电阻为r的闭合正方形单匝线框，放在磁应强度为b的匀强磁场中，磁感线与线框平面垂直当线框由图示位置转过180角过程中，流过线框导线横截面的电量是多少？学生审题后会发现，本题与前三例均不同，这情况感生电动势的求法一时难以想象出，不过这时可做些提示，具体如下：线框在磁场中转动过程中，转到不同位置时，线框中产生的感应电动势的即时值不同，因而线框中的感应电流也不同解答本题的关键是如何理解和计算转180角过程中穿过线框的磁通量的变化量可以这样理解：一个平面有正、反两面，从正面穿入的磁通量设为正值，则从另一面穿入的磁通量就是负值、线框处于如图8所示位置时，磁感线从线框一面穿入，磁通量是1=bs=ba2，转过180后磁感线从线框的另一面穿入，这时的磁通量就是2=-bs=-ba2，先后两次穿过线框磁通量的值相等，但正负不同，那么线框转180过程中磁通量的变化量为=2-1=-ba2-ba2=-2ba2取绝对值就是2ba2由此，可应用法拉第电磁感应定律求转180过程中的平均感应电动势，最后应用欧姆定律和电流强度的定义式就可以求通过线框截面的电量设线框转180所用时间为t，在这段时间内穿过线框的磁通量的变化量为=2ba2，根据法拉第电磁感应定律可得这一过程中平均感应电动势的大小为根据欧姆定律，t时间内线框中平均电流强度为在t内流过线框某横截面积的电量组织学生归纳本类问题的解答思路与方法同时提出前述例题均是磁场恒定，即磁感应强度b为恒矢量 例4 如图所示，ab、cd为静止于水平面上宽度为l且长度很长的u形金属滑轨，bc连接有电阻r，其他部分电阻不计，ef为一可在滑轨平面上滑动、质量为m的均匀金属棒，一匀强磁场b垂直滑轨平面向上金属棒由一水平细绳跨过定滑轮连接一质量为m的重物若重物从静止开始下落，设定滑轮无质量，且金属棒在运动中均保持与bc边平行，忽略所有摩擦力，则：(1)当金属棒做匀速运动时，其速度是多少？(忽略bc边对金属棒的作用力)(2)若重物从静止开始至匀速运动之后的某一时刻下落的总高度为h，求这一过程中电阻r上产生的热量解析 (1)取重物m与金属棒m为一系统，使系统运动状态改变的力只有重物受到的重力与金属棒受到的安培力，由于系统在开始一段时间里处于加速运动状态，由此产生的安培力是变化的，安培力做功属于变力做功，系统的运动情况分析：当a0时，当a0时，有mgf安0，而f安，故得v.（2）根据能量守恒：重力势能的减少等于动能和克服安培力所做的功。qmgh五、课堂小结组织学生归纳总结法拉第电磁感应定律应用的基本思路与方法 六、教学说明 由于是复习课，故设计安排了较多的内容而且，前后知识的联系有一段距离，学生可能会感到有些吃力，特别是基础较差的学生会困难更多也正因为是这样，教师可在课前作些知识准备这样可降低难度，学生会接受好些从时间上讲，由于内容量和难度关系，可安排两课时完成教师在讲述问题时，切不可就题论题