【物理】4.4《法拉第电磁感应定律》示范教案(新人教版选修3-2)

4 4 法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律 教学目标教学目标 1 知识与技能知识与技能 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 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 t nE 解决问题 2 过程与方法过程与方法 1 经历学生实验 培养学生的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 E BLv 掌握运用理论知识探究问题 的方法 3 情感态度与价值观情感态度与价值观 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 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 教学重点教学重点 法拉第电磁感应定律 教学难点教学难点 感应电流与感应电动势的产生条件的区别 教学方法教学方法 实验法 归纳法 类比法 教具准备教具准备 多媒体课件 多媒体电脑 投影仪 检流计 螺线管 磁铁 教学过程教学过程 一 复习提问 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 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 且这个电路中就一定有电源 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 二 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了 2 问题 2 如图所示 在螺线管中插入一个条形磁铁 问 在条形磁铁向下插入螺线管的过程中 该电路中是否都有电流 为什么 答 有 因磁通量有变化 有感应电流 是谁充当电源 答 由恒定电流中学习可知 对比可知左图中的虚线框部分相当于电源 R a b v L S N G v a b a b R E r a b G E r 上图中若电路是断开的 有无感应电流电流 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 本节课我们就来一起探究感应电动势 三 进行新课 一 一 探究影响感应电动势大小的因素 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的插入拔出螺线管 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 迅速和缓慢的插入拔出螺线管 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 rR E 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 t 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 t 大 I感大 E感大 实验结论实验结论 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 二 二 法拉第电磁感应定律 法拉第电磁感应定律 从上面的实验我们可以发现 t 越大 E感越大 即感应电动势的大小完全由磁通量 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 t 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 E k t 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 k 1 同学们可以课下自己证明 则上式可写成 E t 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 E N t 1 内容 电动势的大小与磁通量的变化率成正比 2 公式 N t 3 定律的理解 磁通量 磁通量的变化量 磁通量的变化量率的区别 t 感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比 感应电动势的方向由楞次定律来判断 感应电动势的不同表达式由磁通量的的因素决定 当 cos 则 t cos 当 cos 则 tcos 当 cos 则 cos t 4 4 特例 特例 导线切割磁感线时的感应电动势导线切割磁感线时的感应电动势 用课件展示如图所示电路 闭合电路一部分导体 ab 处于匀强磁场中 磁感应强度为 B ab 的长度为 L 以速度 v 匀速切割磁感线 求产生的感应电动势 课件展示 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 S Lv t 穿过闭合电路磁通量的变化量为 B S BLv t 据法拉第电磁感应定律 得 E t BLv 这是导线切割磁感线时的感应电动势计算更简捷公式 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 E 0 4 速度 V 为平均值 瞬时值 E 就为平均值 瞬时值 问题问题 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 v1 vsin 和平行于磁感线的分量 v2 vcos 后者不切割磁感线 不 产生感应电动势 前者切割磁感线 产生的感应电动势为 E BLv1 BLvsin 强调强调 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 公式比较 与功率的两个公式比较得出 E t 求平均电动势 E BLV v 为瞬时值时求瞬时电动势 v 为平均值时求平均电动势 课堂练习课堂练习 例题例题 1 下列说法正确的是 D A 线圈中磁通量变化越大 线圈中产生的感应电动势一定越大 B 线圈中的磁通量越大 线圈中产生的感应电动势一定越大 C 线圈处在磁场越强的位置 线圈中产生的感应电动势一定越大 D 线圈中磁通量变化得越快 线圈中产生的感应电动势越大 例题例题 2 一个匝数为 100 面积为 10cm2的线圈垂直磁场放置 在 0 5s 内穿过它的磁 场从 1T 增加到 9T 求线圈中的感应电动势 解 由电磁感应定律可得 E n t 由 联立可得 E n t 代如数值可得 例题例题 3 3 如图所示 在磁感强度为 0 1T 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 1m 的可滑动的金属丝 ab 已知金属丝质量为 0 2g 电阻 R 0 2 不计阻力 求金属丝 ab 匀速下落时的速度 4m s 问 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 2m s 问 2 上题中若 ab 框间有摩擦阻力 且 0 2 求 vm 答案 1 3m s 问 3 若不计摩擦 而将 B 方向改为竖直向上 求 vm 答案 2 67m s 问 4 若此时再加摩擦 0 2 求 vm 答案 1 6m s 问 5 如图所示在问 2 中的 BC 中间加 0 3v r 0 8 的电池 求 vm 答案 20m s 问 6 上题中若有摩擦 0 2 求 vm 问 7 B 改为竖直向上 求 vm 问 8 将电池 反接时的各种情况下 求 vm 课堂小结课堂小结 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 好在什么地方 3 让学生自己总结所学内容 允许内容的顺序不同 从而构建他们自己的知识框架 板书设计板书设计 第四节 法拉第电磁感应定律第四节 法拉第电磁感应定律 一 感应电动势 二 电磁感应定律 1 内容 2 表达式 E n t 求平均电动势 E BLV V 为瞬时值时求瞬时电动势 V 为平均值求平均电动势 3 定律的理解 磁通量 磁通量的变化量 磁通量的变化量率的区别 t 感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比 感应电动势的方向由楞次定律来判断 感应电动势的不同表达式由磁通量的