人教版选修32 法拉第电磁感应定律 第1课时 教案.doc

教学课题： 第四节 法拉第电磁感应定律教学目标1知识与技能(1)知道感应电动势及决定感应电动势大小的因素。(2)知道磁通量的变化率是表示磁通量变化快慢的物理量，并能区别、。(3)理解法拉第电磁感应定律的内容、数学表达式。(4)知道eblvsin如何推得。(5)会用en解决问题。2过程与方法(1)让学生经历实验探究的过程，提高动手能力和探究能力。(2)通过推导导线切割磁感线时的感应电动势公式eblv，掌握运用理论知识探究问题的方法。3情感态度与价值观(1)从不同物理现象中抽象出个性与共性问题，培养学生对不同事物进行分析，找出共性与个性的辩证关系。(2)通过比较感应电流、感应电动势的特点，引导学生把握主要矛盾。教学重点难点重点是法拉第电磁感应定律，难点是感应电流与感应电动势的产生条件的区别。教学方法实验法、归纳法、类比法。教学过程：复习引入：1在电磁感应现象中，产生感应电流的条件是什么？答：穿过闭合回路的磁通量发生变化，就会在回路中产生感应电流。2在恒定电流中学过，电路中存在持续电流的条件是什么？答：电路闭合，且这个电路中一定有电源。3在发生电磁感应的情况下，用什么方法可以判定感应电流的方向？答：由楞次定律或右手定则判断感应电流的方向。引入新课1问题1：既然会判定感应电流的方向，那么，怎样确定感应电流的强弱呢？答：既然有感应电流，那么就一定存在感应电动势只要能确定感应电动势的大小，根据欧姆定律就可以确定感应电流的强弱。2问题2：如图所示，在螺线管中插入一个条形磁铁，问(1)在条形磁铁向下插入螺线管的过程中，该电路中是否有电流？为什么？答：有，因磁通量有变化。(2)有感应电流，是谁充当电源？答：由恒定电流中学习对比可知，左图中的虚线框部分相当于电源。(3)上图中若电路是断开的，有无感应电流？有无感应电动势？答：电路断开，肯定无电流，但有电动势。3产生感应电动势的条件是什么？答：回路中的磁通量发生变化。4比较产生感应电动势的条件和产生感应电流的条件，你有什么发现？答：在电磁感应现象中，不论电路是否闭合，只要穿过电路的磁通量发生变化，电路中就有感应电动势，但产生感应电流还需要电路闭合，因此研究感应电动势更有意义。(情感目标)小结：一、感应电动势 1、感应电动势：在电磁感应现象中产生的电动势叫做感应电动势，产生感应电动势的那部分导体相当于电源2、在电磁感应现象中，不论电路是否闭合，只要穿过电路的磁通量发生变化，电路中就有感应电动势，有感应电动势是电磁感应现象的本质。本节课我们就来一起探究感应电动势。进行新课二、探究影响感应电动势大小的因素(1)探究目的：感应电动势大小跟什么因素有关？(学生猜测)(2)探究要求：将条形磁铁迅速和缓慢地插入、拔出螺线管，记录表针的最大摆幅。迅速和缓慢移动导体棒，记录表针的最大摆幅。迅速和缓慢移动滑动变阻器滑片，迅速和缓慢地插入、拔出螺线管，分别记录表针的最大摆幅。(3)探究问题：问题1：在实验中，电流表指针偏转原因是什么？问题2：电流表指针偏转程度跟感应电动势的大小有什么关系？问题3：在实验中，快速和慢速效果有什么相同和不同？(4)探究过程安排学生实验。(能力培养)教师引导学生分析实验，(课件展示)回答以上问题学生甲：穿过电路的变化产生e感产生i感。学生乙：由全电路欧姆定律知i，当电路中的总电阻一定时，e感越大，i越大，指针偏转越大。学生丙：磁通量变化相同，但磁通量变化的快慢不同。可见，感应电动势的大小跟磁通量变化和所用时间都有关，即与磁通量的变化率有关。把定义为磁通量的变化率。上面的实验，我们可用磁通量的变化率来解释：学生甲：实验中，将条形磁铁快插入(或拔出)比慢插入或(拔出)时，大，i感大，e感大。实验结论：电动势的大小与磁通量的变化快慢有关，磁通量的变化越快电动势越大，磁通量的变化越慢电动势越小。三、法拉第电磁感应定律从上面的实验我们可以发现，越大，e感越大，即感应电动势的大小由磁通量的变化率决定。精确的实验表明：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路磁通量的变化率成正比，即e。这就是法拉第电磁感应定律。(师生共同活动，推导法拉第电磁感应定律的表达式)(课件展示)ek在国际单位制中，电动势单位是伏(v)，磁通量单位是韦伯(wb)，时间单位是秒(s)，可以证明式中比例系数k1，(同学们可以课下自己证明)，则上式可写成e设闭合电路是一个n匝线圈，且穿过每匝线圈的磁通量变化率都相同，这时相当于n个单匝线圈串联而成，因此感应电动势变为en1、内容：闭合电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。 2公式：注意：公式中取绝对值，不涉及正负，感应电流的方向另行判断。 n为线圈的匝数思考与讨论： 如何区分磁通量、磁通量的变化量、磁通量的变化率三个物理量？这三个物理量的关系与我们前面学习的哪个物理量类似？试着用类比的方法来区分这三个物理量。师生活动：讨论与交流：学生分组讨论上述问题，总结结论分组汇报。结论：磁通量是状态量，反映的是某一时刻穿过回路的磁感线的条数多少 ；是穿过回路磁通量的变化，是过程量，反映的是某一段时间穿过回路磁通量的变化的大小；是穿过回路磁通量的变化率，其数值与及所用时间t都有关系，是-t图象上某点切线的斜率。磁通量的变化率和磁通量、磁通量的变化无直接关系：磁通量大(小、零)， 磁通量的变化率不一定大(小、零)；磁通量的变化大(小)，磁通量的变化率不一定大(小)。 课堂训练1用均匀导线做成的正方形线框每边长为0.2 m，正方形的一半放在和纸面垂直，方向向里的匀强磁场中，如图甲所示，当磁场以每秒10 t的变化率增强时，线框中点a、b两点的电势差是()auab0.1 v buab0.1 v cuab0.2 v duab0.2 v讨论与交流：线框中哪一部分导体相当于电源？怎样画出等效电路图？a、b两点电势差是电路中的什么电压？分析和解答：题中正方形线框的左半部分磁通量变化而产生感应电动势，从而在线框中产生感应电流，把左半部分线框看成电源，其电动势为e，内电阻为r/2，画出等效电路如图乙所示，则a、b两点间的电势差即为电源的路端电压，设l是边长，且依题意知b/t10 t/s由e/t得ebs/tbl2/2t100.04/20.2(v)所以uabir0.1(v)由楞次定律判断a点电势低于b点电势，故uab0.1 v，即b选项正确。总结与提高：解此类题宜画出等效电路图分析解答。2、穿过一个电阻为1的单匝闭合线圈的磁通量始终是每秒均匀减少2wb，则( bc ) a、线圈中的感应电动势一定是每秒减少2vb、线圈中的感应电动势一定是2vc、线圈中的感应电流一定是每秒减少2ad、线圈中的感应电流一定是2a3、匝数为n200的线圈回路总电阻r50，整个线圈平面均有垂直于线框平面的匀强磁场穿过，磁通量随时间变化的规律如图所示，求：线圈中的感应电流的大小。 4、如图所示，用绝缘导线绕制的闭合线圈，共100匝，线圈总电阻为r=0.5，单匝线圈的面积为30cm2。整个线圈放在垂直线圈平面的匀强磁场中，如果匀强磁场以如图所示变化，求线圈中感应电流的大小。5、有一面积为s100cm2的金属环，电阻为r0.1，环中磁场变化规律如图所示，磁场方向垂直环面向里，则在t1t2时间内通过金属环某一截面的电荷量为多少？6、单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，若线圈所围面积里磁通量随时间变化的规律如图所示（正弦图象一部分），则（bcd）a.线圈中0时刻感应电动势为0b.线圈中0时刻感应电动势最大c.线圈中d时刻感应电动势为0d.线圈中a时刻感应电动势大于b时刻感应电动势四、导线切割磁感线时的感应电动势 1、垂直切割时：把矩形线框abcd放在磁感应强度为b的匀强磁场里，线框平面跟磁感线垂直。设线框可动部分ab的长度为l，它以速度v向右运动，在t时间内，由原来的位置ab移到a1b1，这个过程中产生的感应电动势是多少？解析：设在t时间内导体棒由原来的位置运动到a1b1，这时线框面积的变化量为slvt穿过闭合电路磁通量的变化量为bsblvt据法拉第电磁感应定律，得eblv这是在导线切割磁感线时，计算感应电动势更简捷公式，需要理解(1)b，l，v两两垂直(2)导线的长度l应为有效长度(3)导线运动方向和磁感线平行时，e0(4)速度v为平均值(瞬时值)，e就为平均值(瞬时值)问题：当导体的运动方向跟磁感线方向有一个夹角，感应电动势可用上面的公式计算吗？用课件展示如图所示电路，闭合电路的一部分导体处于匀强磁场中，导体棒以v斜向切割磁感线，求产生的感应电动势。解析：可以把速度v分解为两个分量：垂直于磁感线的分量v1vsin和平行于磁感线的分量v2vcos。后者不切割磁感线，对切割无贡献 ,不产生感应电动势。前者切割磁感线，对切割有贡献,产生的感应电动势为eblv1blvsin强调：在国际单位制中，上式中b、l、v的单位分别是特斯拉(t)、米(m)、米每秒(m/s)，指v与b的夹角。5公式比较与功率的两个公式比较得出e/t：求平均电动势eblv：v为瞬时值时求瞬时电动势，v为平均值时求平均电动势vrmnabqpr例1、如图,水平面上有两根相距0.5m的足够长的平行金属导轨mn和pq,它们的电阻不计,在m和p之间接有r=3.0的定值电阻,导体棒长ab=0.5m,其电阻为r=1.0,与导轨接触良好.整个装置处于方向竖直向下的匀强磁场中,b=0.4t.现使ab以v=10ms的速度向右做匀速运动.(1)ab中的电流多大? ab两点间的电压多大?(2)维持ab做匀速运动的外力多大?(3)ab向右运动1m的过程中, 外力做的功是多少?电路中产生的热量是多少? i=0.5a u =1.5vf=0.1nwf=0.1j q=0.1j例2、如图所示，电阻不计的裸导体ab与宽为60cm的平行金属导轨良好接触，电阻r13，r26，整个装置处在垂直导轨向里的匀强磁场中，磁感应强度b0.5t。当ab向右以v5m/s的速度匀速滑动时，求流过电阻r1、 r2的电流大小。例3、如图所示，在磁感应强度为0.1 t的匀强磁场中有一个与之垂直的金属框abcd，框电阻不计，上面接一个长0.1 m的可滑动的金属丝ab，已知金属丝质量为0.2 g，电阻r0.2 ，不计阻力，求金属丝ab匀速下落时的速度。(4 m/s)变1：将上题的框架竖直倒放，使框平面放成与水平成30角，不计阻力，b垂直于框平面，求vm?答案：(2 m/s)变2：上题中若ab框间有摩擦阻力，且0.2，求vm?答案：(1.3 m/s)变3：若不计摩擦，而将b方向改为竖直向上，求vm?答案：(2.67 m/s)变4：若此时再加摩擦0.2，求vm?答案：(1.6 m/s)例4：如图，长为l的铜杆oa以o为轴在垂直于匀强磁场的平面内以角速度匀速转动，磁场的磁感应强度为b，求杆oa两端的电势差。 五、反电动势思考与讨论问题1：如图所示,电源在电动机线圈中产生电流的方向怎样?ab边、cd边受力方向怎样?线圈的运动方向怎样?问题2：电动机线圈在磁场中转动会产生感应电动势吗?方向怎样?问题3：感应电动势是加强了电源产生的电流,还是削弱了电源的电流?是有利于线圈转动还是阻碍了线圈的转动?直流电动机的原理: 通电导线在磁场中受安培力而运动 归纳总结：反电动势的作用：(1)力学作用：由于反电动势产生电流(感应电流)，使得线圈受到与其转动方向相反的安培力，阻碍线圈转动。(2)能量作用：原电流要克服反电动势产生的安培阻力对线圈做功，这个过程使电能转化为机械能。(3)电路作用：反电动势抑制原电流，可以防止线圈中电流过大而烧毁线圈，起到了保护电路的作用。结论：反电动势的作用是阻碍线圈的转动，要使线圈维持原来的转动，电源要向电动机提供能量。这正是电能转化为其他形式能的过程。问题4：如果电动机因机械阻力过大而停止转动，会发生什么情况?这时应采取什么措施?应用：电动机停止转动， 就没有反电动势，线圈中电流会很大，电动机会烧毁，要立即切断电源，进行检查。 课堂小结1让学生概括总结本节的内容。请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔记本上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容。2认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来，比较黑板上的小结和自己的小结，看谁的更好，好在什么地