高中物理选修3-2第四章《电磁感应》.ppt

教材分析与教学建议青岛十七中 高中物理选修3 2第四章 电磁感应 第一章电磁感应划时代的发现2探究电磁感应的产生条件法拉第电磁感应定律楞次定律感生电动势和动生电动势互感和自感涡流 2007考试说明1电磁感应现象 2磁通量 3法拉第电磁感应定律 4楞次定律 自感涡流 说明二 新考试说明中删掉了 日光灯 增加了 涡流 去掉了 导体切割磁感线时感应电动势的计算 只限于L垂直于B v的情况 说明一 新教材增加了 划时代的发现 和 感生电动势和动生电动势 的内容 一 教学的思考 1教学的难点2教学的重点3考试的热点 互感自感涡流 感生电动势和动生电动势 法拉第电磁感应定律 二 知识结构 电磁感应的产生条件 楞次定律 右手定则 三 学习方法 1 类比的学习方法 与相类比 2 电磁感应的 路 的问题与闭合电路类比 找出对应的电源和外电路 画出等效电路图 运用直流电路的规律解题 与动生电动势有关的动力学问题 实际上的多了一个感应电流所受的安培力的力学问题 综合运用右手定则和左手定则判断出安培力的方向是一个难点 应特别引起重视 感应电流所受的安培力总是阻碍物体间的相对运动 重视从能量守恒的观点处理电磁感应问题 特别对于动生电动势电磁感应问题 计算电磁感应产生的电能一般有三种方法 运用电功或电热的计算公式 系统克服安培力做的功 减少的其它形式的能 四 教学的时间安排 第一单元 电磁感应的产生条件 划时代的发现探究电磁感应的产生条件 课时第二单元 法拉第电磁感应定律 法拉第电磁感应定律及简单运用 课时第三单元 楞次定律 楞次定律及应用 3课时第四教学环节 电磁感应实例 自感互感涡流 3课时本章复习与检测 4课时 总时间3周 五 教学设计思路及教学建议 1 划时代的发现2 探究电磁感应的条件3 法拉第电磁感应定律4 楞次定律5 感生电动势和动生电动势6 互感和自感7 涡流 一 知识与技能1 知道与电流磁效应和电磁感应现象的发现相关的物理史 2 知道电磁感应 感应电流的定义 二 过程与方法领悟科学探究中提出问题 观察实验 分析论证 归纳总结等要素在研究物理问题时的重要性 三 情感 态度与价值观1 领会科学家对自然现象 自然规律的某些猜想在科学发现中的重要性 2 以科学家不怕失败 勇敢面对挫折的坚强意志激励自己 教学重点 难点知道与电流磁效应和电磁感应现象的发现相关的物理学史 领悟科学探究的方法和艰难历程 培养不怕失败 勇敢面对挫折的坚强意志 4 1划时代的发现 1 奥斯特梦圆 电生磁 18世纪中叶 科学家仍认为电和磁是互不相关的 摩擦生热现象和蒸汽机的出现实现了热运动和机械运动相互转化 1803年 奥斯特指出 运动 热 空气 光 电 磁等 不再是零散的罗列 我们将把整个宇宙纳在一个体系中 年 奥斯特发现电流的磁效应 揭示了电现象和磁现象存在联系 奥斯特发现的电流磁效应 使整个科学界受到了极大的震动 它证实电现象与磁现象是有联系的 法拉第赞扬道 它突然打开了科学中一个黑暗领域的大门 使其充满光明 2 法拉第心系 磁生电 闪光的思想 漫长而艰苦的探究过程 归纳概括了五种由磁生电的方法 法拉第发现的电磁感应使人们对电和磁内在联系的认识更加完善 宣告了电磁学作为一门统一学科的诞生 为电磁学的发展作出了重大贡献 同时也推动了电气化时代的到来 启示 1 抹去科学学家头上的光环 正确认识失败 2 科学是人做的 科学是为人的 3 正确的指导思想 自然现象的相互联系 加上艰苦探究过程才可取得成功 4 如果自己有这样的机会 也会成为一个发现者 一 知识与技能1 知道产生感应电流的条件 2 会使用线圈以及常见磁铁完成简单的实验 二 过程与方法 学会通过提出问题 实验观察 记录结果 分析论证得出结论的科学探究方法 三 情感 态度与价值观 渗透物理学方法的教育 通过实验观察和实验探究 理解感应电流的产生条件 举例说明电磁感应在生活和生产中的应用 教学重点 通过实验观察和实验探究 理解感应电流的产件 教学难点 感应电流的产生条件 4 2探究电磁感应产生条件 复习磁通量 1 定义 面积为S 垂直匀强磁场B放置 则B与S乘积 叫做穿过这个面的磁通量 用 表示 2 公式 B S 注 要求B与面积要垂直 3 说明 1 磁通量就是表示穿过这个面的磁感线条数 2 磁通量与线圈的匝数无关 B S sin 不垂直时 3 磁通量是一个标量 但有正负 遵从代数运算法则 4 引起磁通量变化的因素 由 B S sin 1 B发生变化 2 S发生变化 3 B与S的夹角发生变化 B S sin 电磁感应的产生条件 1 利用磁场产生电流的现象叫电磁感应 产生的电流叫感应电流 2 实验观察运动的磁铁变化的电流 电键闭合 断开的瞬间 变阻器滑片移动 观察 讨论 归纳3 结论 无论用什么方法 只要使闭合电路的磁通量发生变化 闭合电流中就会有感应电流产生4 产生感应电流的条件 1 电路闭合 2 磁通量发生变化 建议 让学生利用实验器材探究出如何操作能产生大一些的感应电流 一 知识与技能1 知道什么叫感应电动势 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 t 3 理解法拉第电磁感应定律内容 数学表达式 4 知道E BLvsin 如何推得 5 会用和E BLvsin 解决问题 6 了解反电动势的概念 二 过程与方法通过推导到线切割磁感线时的感应电动势公式E BLv 掌握运用理论知识探究问题的方法 三 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唯物主义思想 2 了解法拉第探索科学的方法 学习他的执著的科学探究精神 教学重点 法拉第电磁感应定律 教学难点 1 区别 t 区别平均电动势与瞬时电动势 3 反电动势 4 3法拉第电磁感应定律 1 在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势 产生感应电动势的那部分导体就相当于电源 一 感应电动势 感应电动势与什么因素有关 1 内容 电路中感应电动势的大小 跟穿过这一电路的磁通量变化率 t成正比 二 法拉第电磁感应定律 若有n匝线圈 则相当于有n个电源串联 总电动势为 注意 公式中 应取绝对值 不涉及正负 感应电流的方向另行判断 问题讨论 磁通量大 磁通量变化一定大吗 磁通量变化大 磁通量的变化率一定大吗 可以类比速度 速度的变化和速度的变化率 磁通量的变化率和磁通量 磁通量的变化不同 磁通量为零 磁通量的变化率不一定为零 磁通量的变化大 磁通量的变化率也不一定大 t在 t图象上表示切线的斜率 三 导体作切割磁感线运动 理论探究 如图所示闭合线圈一部分导体ab处于匀强磁场中 磁感应强度是B ab以速度v匀速切割磁感线 求产生的感应电动势 回路在时间t内增大的面积为 S Lv t 产生的感应电动势为 穿过回路的磁通量的变化为 B S BLv t 若导体斜切磁感线 为v与B夹角 若导线运动方向与导线本身垂直 但跟磁感强度方向有夹角 说明 注意导线的长度L和速度V有效值的确定 导线运动方向和磁感线平行时 E 0 速度V为平均值 瞬时值 E就为平均值 瞬时值 4 速度V是导体棒相对于磁场的速度 例1 如图 匀强磁场的磁感应电动势为B 长为L的金属棒ab在垂直于B的平面内运动 速度v与L成 角 求金属棒ab产生的感应电动势 E BLVsin 练习 半径为R的半圆形导线在匀强磁场B中 以速度V向右匀速运动时 E E 2BRV 1 一般来说 求出的是平均感应电动势 E和某段时间或者某个过程对应 而 求出的是瞬时感应电动势 E和某个时刻或者某个位置对应 2 求出的是整个回路的感应电动势 而不是回路中某部分导体的电动势 回路中感应电动势为零时 但是回路中某段导体的感应电动势不一定为零 如右图 区别 具有更普遍的意义 是 的推论 1 公式 中的时间趋近于0时 E就为瞬时感应电动势 2 公式 中v若代表平均速度 则求出的E就为平均感应电动势 联系 1 电动机转动时产生的感应电动势削弱了电源的电流 这个电动势称为反电动势 反电动势的作用是阻碍线圈的转动 这样 要维持线圈原来的转动就必须向其提供电能 电能转化为其它形式的能 2 电动机停止转动 这时就没有了反电动势 线圈电阻一般都很小 线圈中电流会很大 电动机可能会烧毁 这时 应立即切断电源 进行检查 四 反电动势 反电动势在电路中相当于与原电源 反串 即反电动势的方向与电路电流的方向相反 专题一 法拉第电磁感应定律的简单应用 内容设置 对规律与公式的理解 对规律与公式的运用 简单的电磁感应与电路的问题 一 知识与技能1 掌握楞次定律的内容 2 培养观察实验的能力以及对实验现象分析 归纳 总结的能力 3 能够熟练应用楞次定律判断感应电流的方向4 掌握右手定则 并理解右手定则实际上为楞次定律的一种具体表现形式 二 过程与方法1 通过实践活动 观察得到的实验现象 再通过分析论证 归纳总结得出结论 2 通过应用楞次定律判断感应电流的方向 培养学生应用物理规律解决实际问题的能力 三 情感 态度与价值观 在本节课的学习中 同学们直接参与物理规律的发现过程 体验了一次自然规律发现过程中的乐趣和美的享受 并在头脑中进一步强化 实践是检验真理的唯一标准 这一辩证唯物主义观点 4 4楞次定律 教学重点1 楞次定律的探究过程及理解 2 应用楞次定律判断感应电流的方向 3 利用右手定则判断导体切割磁感线时感应电流的方向 教学难点 楞次定律的理解及实际应用 用试触的方法确定电流方向与电流计指针偏转方向的关系 结论 电流从电流计的正接线柱流入 指针向正向偏转 电流从电流计的负接线柱流入 指针向负向偏转 思考 感应电流的磁场方向与原磁场方向有什么规律 引导学生通过思考与讨论归纳出 增反减同 的规律 一 楞次定律 感应电流具有这样的方向 即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化 1 内容 2 对 阻碍 的理解 谁起阻碍作用 阻碍什么 阻碍是阻止吗 阻碍 就是感应电流的磁场总与原磁场的方向相反吗 感应电流产生的磁场 引起感应电流的磁通量的变化 增反减同 否 只是使磁通量的变化变慢 不一定 从能量守恒的角度认识楞次定律 在下面四个图中标出线圈上的N S极 N S N N N S S S 移近时 斥力 阻碍相互靠近 移去时 引力 阻碍相互远离 感应电流的效果总是阻碍导体和引起感应电流的磁体间的相对运动 原因 楞次定律表述二 思考与讨论 如图A B都是很轻的铝环 环A是闭合的 环B是断开的 用磁铁的任一极去接近A环 会产生什么现象 把磁铁从A环移开 会产生什么现象 磁极移近或远离B环 又会发生什么现象 解释所发生的现象 总结 正是因为这种 来拒去留 使得发生电磁感应的该系统需要克服安培力做功 实现了其它形式的能向电能的转变 1 楞次定律的内容 从磁通量变化的角度看 感应电流总要阻碍磁通量的变化 从导体和磁体的相对运动的角度看 感应电流总要阻碍相对运动 课堂小结 2 楞次定律中的因果关系 3 楞次定律中 阻碍 的含意 不是阻止 可理解为 增反 减同 结果 反抗 原因 3 应用楞次定律判断感应电流方向的基本步骤 1 明确穿过闭合电路原磁场的方向 2 明确穿过闭合电路的磁通量是增加还是减少 3 根据楞次定律确定感应电流的磁场方向 4 利用安培定则确定感应电流的方向 二 右手定则 注意引导学生由楞次定律过渡到右手定则 并用该定则熟练地判断导体棒切割磁感线时产生的感应电流的方向 楞次定律与右手定则比较 楞次定律的应用具有普遍性 而右手定则的应用则具有局限性 一 知识与技能1 知道感生电场 会用楞次定律判断感生电场的方向 2 知道感生电动势和动生电动势及其区别与联系 二 过程与方法 通过同学们之间的讨论 研究增强对两种电动势的认知深度 同时提高学习物理的兴趣 三 情感 态度与价值观 通过对相应物理学史的了解 培养热爱科学 尊重知识的良好品德 教学重点 感生电动势与动生电动势的概念 教学难点 对感生电动势与动生电动势实质的理解 4 5感生电动势和动生电动势 磁场变强 一个闭合电路静止于磁场中 由于磁场强弱的变化 闭合电路内产生了感应电动势 这种情况下 哪一种作用扮演了非静电力的角色 一 感生电场与感生电动势 1 变化的的磁场能在周围空间激发电场 这种电场叫感生电场2 由感生电场产生的感应电动势称为感生电动势 3 感生电动势在电路中的作用就是电源 其电路就是内电路 当它与外电路连接后就会对外电路供电 4 感生电场是产生感生电流或感生电动势的原因 感生电场对电荷的作用力提供非静电力 感生电场的方向同样可由楞次定律判断 比较感应电场和静电场 1 产生原因不同 静电场 由静电荷产生感生电场 由变化磁场产生 2 电场线的分布不同 静电场电场线起于正电荷终止于负电荷 不可能闭合 变化磁场产生的涡旋电场 其电场线没有起点 终点 是闭合的 3 电场力做功情况不同 静电场中电场力做功和路径无关 只和移动电荷初末位置的电势差有关 涡旋电场中移动电荷时 电场力做功和路径有关 因此不能引用 电势 电势能 等概念 导体切割磁感线时也会产生感生电动势 该电动势产生的机理是什么 导体切割磁感线产生的感应电动势的大小与哪些因素有关 它是如何将其它形式的能转化为电能的 二 洛伦兹力与动生电动势 一段导线在做切割磁感应线的运动时相当于电源 这时的非静电力与洛伦兹力有关 由于导体运动而产生的感应电动势称为动生电动势 小结 1 感应电场 由变化的磁场激发的电场 2 感生电动势 由感生电场产生的感应电动势称为感生电动势 感生电场对电荷的作用力提供非静电力 3 动生电动势 由于导体运动而产生的感应电动势 其非静电力与洛伦兹力有关 非静电力为洛伦兹力沿导体棒方向的分力 一 知识与技能1 知道什么是互感现象和自感现象 2 知道自感系数是表示线圈本身特征的物理量 知道它的单位及其大小的决定因素 3 知道自感现象的利与弊及对它们的利用和防止 4 能够通过电磁感应部分知识分析通电 断电自感现象的原因及磁场的能量转化问题 二 过程与方法1 通过对两个自感实验的观察和讨论 培养学生的观察能力和分析推理能力 2 通过自感现象的利弊学习 培养学生客观全面认识问题的能力 三 情感 态度与价值观 自感是电磁感应现象的特例 使学生初步形成特殊现象中有它的普遍规律 而普遍规律中包含了特殊现象的辩证唯物主义观点教学重点1 自感现象 2 自感系数 教学难点 分析自感现象 4 6互感和自感 一 互感现象 1 两个没有用导线直接相连的线圈 当一个线圈中电流变化 在另一个线圈中产生感应电动势的现象 称为互感 互感现象中产生的感应电动势 称为互感电动势 2 互感现象不仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间 且可发生于任何两个相互靠近的电路之间 3 利用互感现象 可以把能量从一个线圈传递到另一个线圈 因此 互感现象在电工技术和电子技术中有广泛的应用 演示实验1 A1 A2是规格完全一样的灯泡 闭合电键S 调节变阻器R 使A1 A2亮度相同 再调节R1 使两灯正常发光 然后断开开关S 重新闭合S 观察到什么现象 灯泡A2立刻正常发光 跟线圈L串联的灯泡A1逐渐亮起来 电路接通时 电流由零开始增加 穿过线圈L的磁通量逐渐增加 L中产生的感应电动势的方向与原来的电流方向相反 阻碍L中电流增加 即推迟了电流达到正常值的时间 现象 分析 演示实验2 接通电路 待灯泡A正常发光 然后断开电路 观察到什么现象 S断开时 A灯逐渐变暗至熄灭 现象 电路断开时 电流开始减小 穿过线圈L的磁通量逐渐减少 L中产生的感应电动势的方向与原来的电流方向相同 阻碍L中电流减小 即推迟了电流减到零的时间 分析 思考 S断开时 A灯的电流方向如何 怎样使A灯闪亮一下再熄灭 二 自感现象 1 由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象 叫自感现象 2 自感现象中产生的电动势叫自感电动势 3 自感电动势的作用 阻碍导体中原来的电流变化 注意 阻碍 不是 阻止 只是变化变慢了 即起延迟电流变化的作用 三 自感系数 1 自感电动势的大小 与电流的变化率成正比 2 自感系数L 简称自感或电感 1 决定线圈自感系数的因素 2 自感系数的单位