第四节法拉第电磁感应定律

1 第四节 法拉第电磁感应定律教案第四节 法拉第电磁感应定律教案 肥城一中肥城一中 于茂刚于茂刚 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 知道感应电动势 及决定感应电动势大小的因素 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 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的内容 数学表达式 理解法拉第电磁感应定律的内容 数学表达式 4 知道 知道 E BLvsin 如何推得 如何推得 5 会用 会用解决问题 解决问题 t nE 2 过程与方法过程与方法 1 通过学生实验 培养学生的动手能力和探究能力 通过学生实验 培养学生的动手能力和探究能力 2 通过推导闭合电路 部分导线切割磁感线时的感应电动势公式 通过推导闭合电路 部分导线切割磁感线时的感应电动势公式 E BLv 掌握运用 掌握运用 理论知识探究问题的方法 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 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 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 引导学生忽略次要矛盾 把握主要矛盾 通过比较感应电流 感应电动势的特点 引导学生忽略次要矛盾 把握主要矛盾 教学重点教学重点 法拉第电磁感应定律 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 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 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 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 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 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 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 答 电路闭合 且这个电路中一定有电源 3 3 在发生电磁感应现象的情况下 用什么方法可以判定感应电流的方向 在发生电磁感应现象的情况下 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 答 由楞次定律或右手定则判断感应电流的方向 二 引入新课二 引入新课 1 问题 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 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 据闭合电路欧姆定律就可以确定感应电流大小了 据闭合电路欧姆定律就可以确定感应电流大小了 2 问题 问题 2 如图所示 在螺线管中插入一个条形磁铁 问 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 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该电路中是否都有电流 为什么为什么 答 有 因为磁通量有变化答 有 因为磁通量有变化 有感应电流 有感应电流 是谁充当电源是谁充当电源 2 答 由恒定电流中学习可知 对比可知左图中的虚线框内线圈部分相当于电源 答 由恒定电流中学习可知 对比可知左图中的虚线框内线圈部分相当于电源 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 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 但仍有电动势 答 电路断开 肯定无电流 但仍有电动势 3 产生感应电动势的条件是什么 产生感应电动势的条件是什么 答 回路 不一定是闭合电路 中的磁通量发生变化 答 回路 不一定是闭合电路 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 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 只要穿过回路的磁通量发生变化 电路中答 在电磁感应现象中 不论电路是否闭合 只要穿过回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比感应电就有感应电动势 但产生感应电流还需要电路闭合 因此研究感应电动势比感应电 流更有意义 流更有意义 情感目标 情感目标 本节课我们就来一起探究感应电动势本节课我们就来一起探究感应电动势 三 进行新课三 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 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 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 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 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 表针的最大摆幅 3 探究问题 探究问题 问题问题 1 在实验中 电流表指针偏转原因是什么 在实验中 电流表指针偏转原因是什么 问题问题 2 电流表指针偏转程度跟感应电动势的大小有什么关系 电流表指针偏转程度跟感应电动势的大小有什么关系 问题问题 3 在实验中 快速和慢速效果有什么相同和不同 在实验中 快速和慢速效果有什么相同和不同 4 探究过程 探究过程 安排学生实验 安排学生实验 能力培养 能力培养 教师引导学生分析实验 教师引导学生分析实验 课件展示 回答以上问题 课件展示 回答以上问题 学生甲 穿过电路的学生甲 穿过电路的 变化变化产生产生 E感 感 产生产生 I感 感 学生乙 由全电路欧姆定律知学生乙 由全电路欧姆定律知 I 当电路中的总电阻一定时 当电路中的总电阻一定时 E感 感越大 越大 I 越大 指越大 指 rR E 针偏转越大 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 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 关关 把把定义为磁通量的变化率 定义为磁通量的变化率 t 上面的实验 我们可用磁通量的变化率来解释 上面的实验 我们可用磁通量的变化率来解释 R a b v L S N G v a b a b R E r a b G E r 3 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 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 大 I感 感大 大 t E感 感大 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 的变化率越大 电动势越大 的变化率越大 电动势越大 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 从上面的实验我们可以发现 越大 越大 E感 感越大 即感应电动势的大小完全由磁通量 越大 即感应电动势的大小完全由磁通量 t 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 即化率成正比 即 E 这就是法拉第电磁感应定律 这就是法拉第电磁感应定律 t 师生共同活动 推导法拉第电磁感应定律的表达式 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 课件展示 E k t 在国际单位制中 电动势单位是伏 在国际单位制中 电动势单位是伏 V 磁通量单位是韦伯 磁通量单位是韦伯 Wb 时间单位是秒 时间单位是秒 s 可以证明式中比例系数 可以证明式中比例系数 k 1 同学们可以课下自己证明 同学们可以课下自己证明 则上式可写成 则上式可写成 E t 设闭合电路是一个设闭合电路是一个 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个单匝线圈串联而成 因此感应电动势变为 E n t 1 1 内容内容 电动势的大小与磁通量的变化率成正比电动势的大小与磁通量的变化率成正比 2 2 公式公式 n n t 3 3 定律的理解定律的理解 磁通量 磁通量的变化量 磁通量的变化量率的区别磁通量 磁通量的变化量 磁通量的变化量率的区别 t 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 感应电动势的不同表达式由磁通量的的因素决定 当当 cos cos 则则 t t cos cos 当当 cos cos 则则 tcos tcos 当当 cos cos 则则 cos cos t t 注意 注意 为为 B SB S 之间的夹角 之间的夹角 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 磁感应强度为处于匀强磁场中 磁感应强度为 B ab 的长度为的长度为 L 以速度 以速度 v 匀速切割磁感线 求产生的感应电匀速切割磁感线 求产生的感应电 4 动势 课件展示 动势 课件展示 解析 设在解析 设在 t 时间内导体棒由原来的位置运动到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 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 得据法拉第电磁感应定律 得 E BLv t 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 两两垂直两两垂直 2 导线的长度 导线的长度 L 应为有效切割长度应为有效切割长度 3 导线运动方向和磁感线平行时 导线运动方向和磁感线平行时 E 0 4 速度 速度 V 为平均值 瞬时值 为平均值 瞬时值 E 就为平均值 瞬时值 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 感应电动势可用上面的公式计 算吗 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 斜向斜向 切割磁感线 求产生的感应电动势 切割磁感线 求产生的感应电动势 解析 可以把速度解析 可以把速度 v 分解为两个分量 垂直于磁感线的分量分解为两个分量 垂直于磁感线的分量 v1 vsin 和和 平行于磁感线的分量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 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者切割磁感线 产生的感应电动势为 E BLv1 BLvsin 强调 在国际单位制中 上式中强调 在国际单位制中 上式中 B L v 的单位分别是特斯拉 的单位分别是特斯拉 T 米 米 m 米每秒 米每秒 m s 指指 v 与与 B 的夹角 的夹角 5 公式比较 公式比较 与功率的两个公式比较得出与功率的两个公式比较得出 E t 求平均电动势 求平均电动势 E BLV v 为瞬时值时求瞬时电动势 为瞬时值时求瞬时电动势 v 为平均值时求平均电动势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 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 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 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 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 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 一个匝数为 100 面积为 面积为 10cm2的线圈垂直磁场放置 在的线圈垂直磁场放置 在 0 5s 内穿过它的磁内穿过它的磁 场从场从 1T 增加到增加到 9T 求线圈中的感应电动势 求线圈中的感应电动势 解 由电磁感应定律可得解 由电磁感应定律可得 E n t 由由 联立可得联立可得 E n t 代如数值可得 代如数值可得 1 6 例题例题 3 3 如图所示 在磁感强度为如图所示 在磁感强度为 0 1T0 1T 的匀强磁场中有一个与之垂直的金属框的匀强磁场中有一个与之垂直的金属框 ABCDABCD 框电阻不计 上面接一个长框电阻不计 上面接一个长 0 1m0 1m 的可滑动的金属丝的可滑动的金属丝 abab 已知金属丝质量为 已知金属丝质量为 0 2g0 2g 电阻电阻 R R 0 2 0 2 不计阻力 求金属丝 不计阻力 求金属丝 abab 匀速下落时的速度 匀速下落时的速度 4m 4m s s 问问 1 1 将上题的框架竖直倒放 使框平面放成与水平成 将上题的框架竖直倒放 使框平面放成与水平成 30 30 角 不计阻力 角 不计阻力 B B 垂直于垂直于 框平面 求框平面 求 v v m 5 答案 答案 2m 2m s s 问问 2 2 上题中若 上题中若 abab 框间有摩擦阻力 且框间有摩擦阻力 且 0 20 2 求 求 v v m 答案 答案 1 3m 1 3m s s 问问 3 3 若不计摩擦 而将 若不计摩擦 而将 B B 方向改为竖直向上 求方向改为竖直向上 求 v v m 答案 答案 2 67m 2 67m s s 问问 4 4 若此时再加摩擦 若此时再加摩擦 0 20 2 求 求 v v m 答案 答案 1 6m 1 6m s s 课堂小结课堂小结 1