第一章 电磁感应教案.doc

第一章 电磁感应 物理 （选修3-2）第一章电磁感应第一节电磁感应现象一、教学目标：1、知识与技能（1）、知道电磁之间存在联系；（2）、知道电磁感应现象；知道产生感应电流要在一定条件下进行；（3）、知道法拉第发现了电磁感应现象，知道电磁感应现象对科学技术和人类文明进步的意义。2、过程与方法（1）、探究磁生电的条件，进一步了解电和磁之间的相互联系；（2）、经历实验探究过程，学习科学探究就的基本方法，进一步了解探索自然奥妙的科学方法；3、情感、态度与价值观（1）、认识自然现象之间是相互联系的，树立普遍联系的观点；（2）、通过对科学家的介绍，培养学生严肃认真、不怕艰苦的学习态度；（3）、通过介绍电磁感应的发现的艰苦过程，使学生认识任何发明创新的基础是科学探索的成果；二、教学重点与难点：重点：电磁感应现象。难点：电磁感应现象。三、教学过程一、回顾奥斯特实验1820年，奥斯特发现电流能产生磁场。奥斯特实验表明了电能生磁，揭示了电和磁之间存在着相互联系，具有划时代的意义。磁铁能在周围导线中感应出电流吗？很多科学家探索过磁与电的关系从1820年到1831年，当时许多著名的科学家如法国的安培、菲涅耳、阿拉果和英国的沃拉斯顿、瑞士的科拉顿等，纷纷投身探索磁与电的关系研究中。1、瑞士科学家科拉顿“跑”失良机：1842年，科拉顿进行了课本图1-1-的实验：将线圈与检流计连成闭合电路，为了避免磁体对检流计的影响，他将线圈和检流计分置与不同的房间A和B。他先在房间A的线圈处插入或拔出磁棒，然后跑到房间B来观察，未发现检流计的指针偏转。2、法国的安培 “坐” 失 良 机：1822年，安培用通电线圈探求“磁” 能否生 “电”实验，但他只关注了线圈通电达到稳定状态时的情形，没有留意线圈通、断电瞬间的状态，错失了发现安 培 “坐” 失 良 机。数位科学家经过多年辛勤的努力都无功而获，那么，是不是磁场不能够生电呢？奥斯特实验极大地震动了法拉第，他认为电能生磁，反过来，磁也能生电，于是法拉第“十年磨一剑”，终于在1831年10月17日通过实验发现了“磁能生电”。二、发现电磁感应现象的背景法拉第生平简介法拉第是十九世纪电磁学领域中最伟大的实验物理学家。他出生在伦敦附近一贫穷的铁匠家庭，从小只受到一点读、写、算的初步教育，十三岁时就到伦敦一家书店当装订书的学徒，这使他有机会接触到各类书籍，他从阅读科学书籍中获得了丰富的知识。电磁感应现象的发现1831年8月29日实验。结果：法拉第虽然想到这就是他寻找了将近十年的由磁产生电流的现象，但还没有明确地领悟到这一现象的暂态性的本质特点。1831年10月17日实验。结果：实现了永久磁体产生电流的设想，完全明白了这种转化的暂态性。我们现在来重做磁生电的实验螺线管和电流计接成闭合回路，观察条形磁铁插入、拔出以及停留在螺线管中时电流计指针的偏转情况。实验现象分析磁铁插入或拔出的瞬间，穿过螺线管的磁场发生变化，电流计指针偏转，说明回路里面有电流产生。磁铁静止不动时，虽然穿过螺线管有磁场，但磁场不变化，电流计指针没有偏转，说明回路内没有产生电流。1831年11月24日，法拉第向皇家学会提交的一个报告中，把这种现象定名为“电磁感应现象”，并概括了可以产生感应电流的五种类型：变化着的电流、变化着的磁场、运动的稳恒电流、运动的磁铁、在磁场中运动的导体。【结论】：当穿过螺线管的磁场变化时，磁场产生了电流。这种由磁生电的现象，叫做电磁感应现象。由电磁感应现象产生的电流，叫做感应电流。法拉第发现电磁感应规律的意义电磁感应规律的发现，对人类社会有着划时代的贡献。由于电磁感应规律的发现，人类得到了打开电能宝库的金钥匙，使后来发明发电机、电动机、变压器，以及交变电流的利用等等成为可能，使现代社会能得到廉价的电能。今天，人类社会进入电气时代，与电磁感应的发现是分不开的。总结：板书设计：1、由磁生电的现象，叫做电磁感应现象。由电磁感应现象产生的电流，叫做感应电流。2、法拉第把可以产生电磁感应的情况概括成五类：（1）变化着的电流；（2）变化着的磁场；（3）运动的恒定电流；（4）运动的磁铁；（5）在磁场中运动的导体。3、法拉第发现电磁感应规律的意义：电磁感应规律的发现，对人类社会有着划时代的贡献。由于电磁感应规律的发现，人类得到了打开电能宝库的金钥匙，使后来发明发电机、电动机、变压器，以及交变电流的利用等等成为可能，使现代社会能得到廉价的电能。今天，人类社会进入电气时代，与电磁感应的发现是分不开的。课堂练习：P4 (1)、(2)教学后记：1. 本堂课利用科学史情景进行探究教学，这种教学设计是物理课堂教学改革过程中出现的一个新课题。要把学生自然地带到历史上探究的事件中去，借鉴历史的发现过程，但课堂教学中一定要注意不要演化为历史的简单重复。正如波利亚所言：“在教一个科学的分支(或一个理论.一个概念)时, 我们应该让孩子重蹈人类思想发展中的那种最关键的步子，当然我们不应该让他们重蹈过去的无数个错误,而仅仅是重蹈关键性步子.”。 2. 在电磁感应的发现过程中，前辈科学家的思考、研究时的迷失与最后成功，给予我们多方面的教育和启迪，是过程与方法、情感、态度与价值观教育的难得素材。但一定要让学生充分了解当时的背景，存在着的时代限制，学生初中时已接触到电磁感应现象了，早就知道闭合回路的部分导体切割磁感应线会产生感应电流，否则他们容易产生错觉，觉得这样“简单”的现象科学家要经过11年研究才发现，并没有什么了不起的。法拉第生平简介法拉第（MichaelFaraday,17911867）英国著名物理学家、化学家。在化学、电化学、电磁学等领域都做出过杰出贡献。他家境贫寒，未受过系统的正规教育，但却在众多领域中作出惊人成就，堪称刻苦勤奋、探索真理、不计个人名利的典范，对于青少年富有教育意义。 （1）刻苦认真自学成才法拉第1791年9月22日生于萨里郡纽因顿的一个铁匠家庭。13岁就在一家书店当送报和装订书籍的学徒。他有强烈的求知欲，挤出一切休息时间贪婪地力图把他装订的一切书籍内容都从头读一遍。读后还临摹插图，工工整整地作读书笔记；用一些简单器皿照着书上进行实验，仔细观察和分析实验结果，把自己的阁楼变成了小实验室。在这家书店呆了八年，他废寝忘食、如饥似渴地学习。他后来回忆这段生活时说：“我就是在工作之余，从这些书里开始找到我的哲学。这些书中有两种对我特别有帮助，一是大英百科全书，我从它第一次得到电的概念；另一是马塞夫人的化学对话，它给了我这门课的科学基础。”在哥哥赞助下，1810年2月至1811年9月听他了十几次自然哲学的通俗讲演，每次听后都重新誊抄笔记，并画下仪器设备图。1812月至4月又连续听了戴维4次讲座，从此燃起了进行科学研究的愿望。他曾致信皇家学院院长求助。失败后，他写信给戴维：“不管干什么都行，只要是为科学服务”。他还把他的装帧精美的听课笔记整理成亨戴维爵士讲演录寄上。他对讲演内容还作了补充，书法娟秀，插图精美，显示出法拉第一丝不苟和对科学的热爱。经过戴维的推荐。1813年3月，24岁的法拉第担任了皇家学院助理实验员。后来戴维曾把他发现法拉第作为自己最重要的功绩而引以为荣。法拉第1813年随同戴维赴欧洲大陆作科学考察旅行，1815年回国后继续在皇家学院工作，长达50余年。1816年发表第一篇科学论文。他最初从事化学研究工作，也涉足合金钢、重玻璃的研制。在电磁学领域，倾注了大量心血，取得出色成绩。1824年被选为皇家学会会员，1825年接替戴维任皇家学院实验室主任，1833年任皇家学院化学教授。 （2）长期实验大胆探索他的工作异常勤奋，研究领域十分广泛。18181823年研制合金钢期间，首创金相分析方法。1823年从事气体液化工作，标志着人类系统进行气体液化工作的开始。采用低温加压方法，液化了氯化氢、硫化氢、二氧化硫、氢等。1824年起研制光学玻璃，这次研究导致在1845年利用自己研制出的一种重玻璃（硅酸硼铅），发现磁致旋光效应。1825年在把鲸油和鳝油制成的燃气分馏中发现苯。他最出色的工作是电磁感应的发现和场的概念的提出。1821年在读过奥斯特关于电流磁效应的论文后，为这一新的学科领域深深吸引。他刚刚迈人这个领域，就取得重大成果发现通电流的导线能绕磁铁旋转，从而跻身著名电学家的行列。因受苏格兰传统科学研究方法影响，通过奥斯特实验，他认为电与磁是一对和谐的对称现象。既然电能生磁，他坚信磁亦能生电。经过10年探索，历经多次失败后，1831年8月26日终于获得成功。这次实验因为是用伏打电池在给一组线圈通电（或断电）的瞬间，在另一组线圈获得的感生电流，他称之为“伏打电感应”。尔后，同年10月17日完成了在磁体与闭合线圈相对运动时在闭合线圈中激发电流的实验，他称之为“磁电感应”。经过大量实验后，他终于实现了“磁生电”的夙愿，宣告了电气时代的到来。作为19世纪伟大实验物理学家的法拉第。他并不满足于现象的发现，还力求探索现象后面隐藏着的本质；他既十分重视实验研究，又格外重视理论思维的作用。1832年3月12日他写给皇家学会一封信，信封上写有“现在应当收藏在皇家学会档案馆里的一些新观点”。那时的法拉第已经孕育着电磁波的存在以及光是一种电磁振动的杰出思想，尽管还带有一定的模糊性。为解释电磁感应现象，他提出“电致紧张态”与“磁力线”等新概念，同时对当时盛行的超距作用说产生了强烈的怀疑：“一个物体可以穿过真空超距地作用于另一个物体，不要任何一种东西的中间参与，就把作用和力从一个物体传递到另一个物体，这种说法对我来说，尤其荒谬。凡是在哲学方面有思考能力的人，决不会陷人这种谬论之中”。他开始向长期盘踞在物理学阵地的超距说宣战。与此同时，他还向另一种形而上学观点流体说进行挑战。1833年，他总结了前人与自己的大量研究成果，证实当时所知摩擦电、伏打电、电磁感应电、温差电和动物电等五种不同来源的电的同一性。他力图解释电流的本质，导致他研究电流通过酸、碱、盐溶液，结果在18331834年发现电解定律，开创了电化学这一新的学科领域。他所创造的大量术语沿用至今。电解定律除本身的意义外，也是电的分立性的重要论据。1837年他发现电介质对静电过程的影响，提出了以近距“邻接”作用为基础的静电感应理论。不久以后，他又发现了抗磁性。在这些研究工作的基础上，他形成了“电和磁作用通过中间介质、从一个物体传到另一个物体的思想。”于是，介质成了“场”的场所，场这个概念正是来源于法拉第。正如爱因斯坦所说，引入场的概念，是法拉第的最富有独创性的思想，是牛顿以来最重要的发现。牛顿及其他学者的空间，被视作物体与电荷的容器；而法拉第的空间，是现象的容器，它参与了现象。所以说法拉第是电磁场学说的创始人。他的深邃的物理思想，强烈地吸引了年轻的麦克斯韦。麦克斯韦认为，法拉第的电磁场理论比当时流行的超距作用电动力学更为合理，他正是抱着用严格的数学语言来表述法拉第理论的决心闯入电磁学领域的。法拉第坚信：“物质的力借以表现出的各种形式，都有一个共同的起源”，这一思想指导着法拉第探寻光与电磁之间的联系。1822年，他曾使光沿电流方向通过电解波，试图发现偏振面的变化，没有成功。这种思想是如此强烈，执着的追求使他终于在1845年发现强磁场使偏振光的偏振面发生旋转。他的晚年，尽管健康状况恶化，仍从事广泛的研究。他曾分析研究电缆中电报信号迟滞的原因，研制照明灯与航标灯。他的成就来源于勤奋，他的主要著作日记由16041则汇编而成；电学实验研究有3362节之多。 （3）治学谨严刚正真诚法拉第一生热爱真理，热爱人民，真诚质朴，作风严谨，这样的感人事迹很多。他说：“一件事实，除非亲眼目睹，我决不能认为自己已经掌握。”“我必须使我的研究具有真正的实验性。”在1855年给化学家申拜因的信中说：“我总是首先对自己采取严厉的批判态度，然后才给别人以这样的机会。”在一次市哲学会的讲演中他指出：“自然哲学家应当是这样一些人：他愿意倾听每一种意见，却下定决心要自己作判断；他应当不被表面现象所迷惑，不对某一种假设有偏爱，不属于任何学派，在学术上不盲从大师；他应当重事不重人，真理应当是他的首要目标。如果有了这些品质，再加上勤勉，那么他确实可以有希望走进自然的圣殿。”他是这样说的，也确实是这样做的。他在艰难困苦中选择科学为目标，就决心为追求真理而百折不回，义无反顾，不计名利，刚正不阿。他热爱人民，把纷至沓来的各种荣誉、奖状、证书藏之高阁，却经常走访贫苦教友的家庭，为穷人只有纸写的墓碑而浩然兴叹。他关心科学普及事业，愿更多的青少年奔向科学的殿堂。1826年他提议开设周五科普讲座，直到1862年退休他共主持过100多次讲座，并积极参与皇家学院每年“圣诞节讲座”凡19年。根据他的讲稿汇编出版了蜡烛的故事一书，被译为多种文字出版，是科普读物的典范。他生活简朴，不尚华贵，以致有人到皇家学院实验室作实验时错把他当作守门的老头。1857年，皇家学会学术委员会一致决议聘请他担任皇家学会会长。对这一荣誉职务他再三拒绝。他说：“我是一个普通人。如果我接受皇家学会希望加在我身上的荣誉，那么我就不能保证自己的诚实和正直，连一年也保证不了。”同样的理由，他谢绝了皇家学院的院长职务。当英王室准备授予他爵士称号时，他多次婉言谢绝说：“法拉第出身平民，不想变成贵族”。他的好友J.Tyndall对此作了很好的解释：“在他的眼中看去，宫廷的华丽，和布来屯（Brighton）高原上面的雷雨比较起来，算得什么；皇家的一切器具，和落日比较起来，又算得什么？其所以说雷雨和落日，是因为这些现象在他的心里，都可以挑起一种狂喜。在他这种人的心胸中，那些世俗的荣华快乐，当然没有价值了”。“一方面可以得到十五万镑的财产，一方面是完全没有报酬的学问，要在这两者之间去选择一种。他却选定了第二种，遂穷困以终。”这就是这位铁匠的儿子、订书匠学徒的郑重选择。1867年8月25日逝世，墓碑上照他的遗愿只刻有他的名字和出生年月。后世的人们，选择了法拉作为电容的国际单位，以纪念这位物理学大师。第二节研究产生感应电流的条件一、教学目标：1、知识与技能（1）、知道产生感应电流的条件。（2）、通过实验进行比较和思考，概括出产生感应电流的条件。（3）、理解“不论用什么方法，只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就有感应电流产生”。2、过程与方法（1）、通过三个实验的探究，进一步理解电和磁之间的相互联系。（2）、通过三个实验的探究，进一步理解控制变量的实验方法。（3）、通过体验实验探究过程，进一步强化实验观察、分析、归纳即总结的方法。3、情感、态度与价值观（1）、通过经历电磁感应再发现，体会并学习科学家们研究科学的态度，在学习中也能树立持之以恒的信心。（2）、通过体验探究过程，领略到物理规律形成的一条重要途径，即设想实验规律，形成科学的思维方式和思维习惯。二、教学重点与难点：重点：产生感应电流的条件难点：产生感应电流的条件三、教学过程【复习巩固】 电磁感应现象“磁生电” (1)1831年，英国物理学家_发现了“磁生电”的现象，这种现象叫做电磁感应现象，产生的电流叫_ (2)法拉第把引起电流的原因概括为五类，它们都与_和_相联系：变化的_、变化的_、运动的_、运动的_、在磁场中运动的_ 法拉第发现了电磁感应现象，揭示了磁确实能生电。那么在什么情况下我们能通过磁场得到感应电流呢？本节我们将通过实验来探究这个规律。1、磁场的获得磁铁的磁场和电流的磁场2、电流的判定电流计指针是否偏转以及偏转方向3、控制变量的实验方法将导体棒和电流计接成闭合回路，当导体棒在磁场中做切割磁感线运动时，观察电流计指针是否偏转。现象分析当条形磁铁插入和拔出的时候，穿过螺线管的磁通量发生变化，此时电流计指针偏转，说明回路内产生了感应电流。当条形磁铁静止在螺线管中时，电流计指针没有偏转，说明回路内没有感应电流，穿过螺线管的磁通量也不变。电路结构如下图，包含两个回路，其一由大螺线管和电流计构成，小螺线管和电键、电源、滑动变阻器构成另一回路。实验演示观察开关接通和断开瞬间以及滑片P移动过程中电流计指针的变化。现象分析三个实验中产生感应电流的共同点是什么？（从个性中寻求共性）。磁通量的变化结 论实验表明：不论何种原因，只要使穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就有感应电流产生。由此可知产生感应电流的两个必要条件：1、闭合回路2、闭合电路的磁通量发生变化总结：作业：P7 (1)、(2)教学后记：第三节探究感应电流的方向一、教学目标：1、知识与技能（1）、知道电荷间相互作用是通过电场发生的。（2）、理解电场强度、匀强电场的概念，理解电场强度是矢量，掌握电场强度的定义式和单位。（3）、知道什么是电场线，理解用电场线可以形象地表示电场的方向和强弱。（4）、了解一个点电荷、两个等量点电荷、带点平行板间的电场线分布。2、过程与方法（1）、体会研究电场性质的方法，这一思想方法在以后学习磁场时也有重要应用。（2）、通过电场强度的定义，理解比值定义法。（3）、了解用电场线表示电场的方法。3、情感、态度与价值观（1）、理解电场的物质性，加深对于世界的物质性的认识。（2）、探究各种电场线的分布，认识物质世界的多样性。二、教学重点与难点：1.楞次定律内容的理解 2.运用楞次定律判断感应电流的方向 三、教学过程实验：观察条形磁铁插入和拔出时候电流计指针偏转方向的不同。说明了：穿过闭合回路的磁通量发生变化，闭合电路中就有感应电流产生；同时在不同情况下，感应电流的方向可能发生变化。本节，我们将通过实验探求感应电流的方向所应遵循的规律。感应电流的方向猜想：感应电流的方向可能与磁通量的变化有关，或者与闭合电路中引起感应电流的磁场方向及磁通量的变化有关，也可能与螺线管线圈的绕向有关。首先须通过图示方法判断电流表指针偏转和电流方向关系。螺线管绕向：从上往下看逆时针方向。采用控制变量法进行实验，分四步：1、N极向下，磁铁插入螺线管2、N极向下，磁铁拔出螺线管3、S极向下，磁铁插入螺线管4、S极向下，磁铁拔出螺线管N 极插入N 极拔出S 极插入S 极拔出示意图原磁场方向原磁场的磁通变化感应电流方向(俯视）感应电流的磁场方向楞次定律规律总结：当原磁场磁通量增大时 阻碍原磁通量增加感应电流磁场与原磁场方向相反当原磁场磁通量减小时 阻碍原磁通量减少感应电流磁场与原磁场方向相同楞次定律：感应电流具有这样的方向，即感应电流产生的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。思考： 1、谁起阻碍作用？ 阻碍什么？ 怎么阻碍？2、“阻碍”的实质？“阻碍”的含义1 “阻碍”既不是阻碍原磁场，也不是阻碍原磁场的磁通量，而是指感应电流的磁场阻碍原磁场磁通量的增加或减少。 2“阻碍”不仅有反抗的意思，还有补偿的意思，对于磁通量的增加是反抗，对于磁通量的减少是补偿。应用楞次定律判定感应电流方向的步骤1、确定原来磁场的方向；2、确定确定穿过闭合回路的磁通量是增加还是减少；3、根据楞次定律判断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。I例题：如图所示，长直导线中的电流 I 向上，当 I 减小时，判断矩形线圈中感应电流的方向 。解：第一步，判断原磁场的方向。由安培定则，可知原磁场方向向里。第二步，判断穿过矩形线圈的磁通量的变化。长直导线中的电流 I 减小时，磁场也减弱，穿过矩形线圈的磁通量减少。第三步，根据楞次定律，矩形线圈中产生的感应电流的磁场与原磁场方向相同，垂直屏面向里。第四步，根据安培定则，矩形线圈中产生的感应电流的方向为顺时针方向。右手定则:内容：伸开右手，让大拇指跟其余四指垂直，并且跟手掌在同一个平面内，让磁感线垂直进入手心，大拇指指向导体运动方向，其余四指所指的方向就是感应电流的方向。总结：作业：P12 (1)、(2)教学后记：第四节法拉第电磁感应定律一、教学目标：1、知识与技能（1）、知道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，并能对“磁通量的变化量”、“磁通量的变化率”进行区别。（3）、理解法拉第电磁感应定律的内容和数学表达式。（4）、会用法拉第电磁感应定律计算感应电动势。（5）、会计算导线切割磁感线时感应电动势的大小。2、过程与方法（1）、通过经历完整探究，体会控制变量发的应用。（2）、通过感应电动势的另一种表述，认识演绎法的使用。（3）、经历感应电动势公式的表述，体验数学法在物理研究中的重要作用。（4）、分析推理，导出导体切割磁感线的感应电动势表达式，认识科学探究方法的多样性。3、情感、态度与价值观（1）、培养学生对实际问题的分析与推理能力。（2）、培养学生的辩证唯物主义世界观，尤其在分析问题时，注意把握主要矛盾。二、教学重点与难点：1.法拉第电磁感应定律的理解与应用2、的物理意义及区别三、教学过程【新课引入】：我们已经知道，如果要使一闭合电路有电流，电路中必须要有电源，因为电流是由电源的电动势产生的。在电磁感应现象中，既然在闭合电路中产生了感应电流，这个电路中就一定有电动势。电路断开时，但电动势依然存在。我们把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就相当于电源。而感应电流的强弱由感应电动势的大小和闭合电路的电阻决定，可以由闭合电路欧姆定律算出。那么，感应电动势的大小跟什么因素有关呢？这就是我们今天这节课将要探讨的内容。【新课教学】：第四节法拉第电磁感应定律一、影响感应电动势大小的因素我们用实验进行研究！1实验探究 (1)猜想与假设： 由于感应电流的产生与磁通量的变化有关，因此猜想感应电动势可能与_有关，同时还可能与完成磁通量变化所用_有关 (2)方案设计： 由于感应电动势可能与多个因素有关，因此应利用_法分别改变磁通量的大小和磁通量变化所用的时间 (3)实验探究： 保证磁通量变化所用时间相同，分别将一根条形磁铁和两根条形磁铁快速插入螺线管或拔出螺线管，比较灵敏电流计的指针偏转的角度 保证磁通量的变化相同，将一根条形磁铁快速或慢速插入螺线管，比较灵敏电流计的指针偏转的角度 (4)实验现象： 用两根条形磁铁快速插入螺线管或拔出螺线管，比用一根时灵敏电流计的指针偏转的角度_；将条形磁铁快速插入螺线管比慢速插入螺线管，灵敏电流计的指针偏转的角度_ (5)实验结论： 感应电动势的大小与磁通量变化的_ (磁通量的变化率)有关 二、磁通量的变化率 (1)定义：磁通量的_跟产生这个变化所用时间的比值 (2)表达式：磁通量的变化率表示为_ ，单位：_. (3)物理意义：表示磁通量变化_的物理量 思考感悟：磁通量大，磁通量的变化率就一定大吗？若磁通量的变化量大， 是不是就一定大？提示：大，不一定大；大，也不一定大.同时取决于和t，、的大小没有直接关系三、法拉第电磁感应定律 (1)定义：精确的实验表明：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。这就是法拉第电磁感应定律。(2)公式：如果用E表示感应电动势，则有：E = (3)单位：感应电动势伏特（V） 磁通量韦伯（Wb） 时间秒（s）闭合电路常常是一个匝数为n的线圈，而且穿过每匝线圈的磁通量总是相同的。由于这样的线圈可以看成是由n个单匝线圈串联而成的，因此，整个线圈中的感应电动势是单匝线圈的n倍，即：E = n四、感应电动势的另一种表述导体切割磁感线时的感应电动势根据电磁感应定律，可以分析直导线在匀强磁场中切割磁感线时所产生的感应电动势的大小。在时间t内，线框面积变化量S=Lvt，穿过CDMN导线框的磁通量的变化量为： = BS = BLvt E = = 即：E=BLv导体切割磁感线时的感应电动势如果导线的运动方向与导线本身是垂直的，但与磁感线方向有一个夹角，速度v可分解为两个分量：垂直于磁感线的分量v1=vsin和平行与磁感线的分量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即：E=Blvsin单位：E伏特（V） B特斯拉（T） L米（m） v米每秒（m/s）总结：作业：P18 (1)、(2)教学后记：第五节法拉第电磁感应定律的应用一、教学目标：1、知识与技能（1）、理解法拉第电机的原理。（2）、掌握法拉第电机感应电动势的计算。（3）、理解电磁感应现象中的电源及外电路。2、过程与方法（1）、通过电磁感应中的电路的认识，体会等效法的应用。（2）、通过经历法拉第电机的探究，重温建立物理模型的方法。3、情感、态度与价值观（1）、通过电磁感应的闭合电路的探究，分析物理知识的内在联系，发展对科学的好奇心和求知欲。（2）、通过实际问题的研究，引导学生理论联系实际，增强把理论用于实践的主动性和积极性。二、教学重点与难点：重点：法拉第电磁感应定律难点：法拉第电磁感应电动势的计算三、教学过程【新课引入】：1、法拉第电机法拉第最早设计的“圆盘发电机”，我们可以把圆盘看作是由无数根长度等于半径的紫铜辐条组成的，圆盘在垂直盘面的匀强磁场内匀速转动是所产生的感应电动势，与其中一条半径做切割运动所产生的感应电动势大小、方向相同。但内阻很小，因此，通过与盘心及盘边的两电刷即可向外电路供电。用楞次定律（或右手定则）判断的感应电流方向：在电源内部，感应电流方向（从低电势到高电势），从电源的负极流向正极，在外电路中，电流是从电源的正极流向负极（从高电势到低电势）。感应电动势的推导：例1：设铜盘的半径为R，角速度，匀强磁场B垂直于转盘向下。求盘上沿半径Oa方向产生的电动势。假设Oa放置一条导线，导线绕O点转动，导线上各点速度不相等，公式中的v就取导线中点的速度v = R ，由法拉第电磁感应定律E=BLv得，沿半径Oa方向的感应电动势E = BR2讨论与交流1、 在例1中，铜棒在磁场中做切割磁感线运动，能否根据E=BLv来分析和讨论问题？比较两种解法的不同之处，交流从中得到的收获。2、如图所示，导体棒ef沿着导轨面向右匀速运动。哪一部分是等效电源？哪一部分是外电路？分析闭合电路中电流的方向。例:2：把电阻为18的均匀导线弯成如图所示的金属圆环，圆环直径D=0.80m，将圆环垂直于匀强磁场方向固定，磁场的磁感应强度为B=05.0T，操场方向垂直于纸面向里。一根每米电阻为1.25的直导线PQ，沿圆环向左移3.0m/s的速度匀速滑行，速度方向与PQ垂直，滑行中直导线与圆环紧密接触（忽略接触电阻），当它通过环上直径位置时，求：（1）直导线产生的感应电动势，并指明该段直导线中电流的方向。（2）此时电路的路端电压。2、电磁感应中的能量转化在电磁感应中，产生感应电动势的那部分导体相当于一个电源，如果电路闭合，电路中会产生感应电流，而导体又处于磁场中，因此导体将受到安培力的作用。如图所示，导体ab向右运动，会产生由b流向a的感应电流，在磁场中，通电导体ab要受到向左的安培力作用。电磁感应现象中产生的电能是通过克服安培力做功转化而来的，克服安培力做了多少功，就有多少电能产生，而这些电能又通过电流做功而转化为其他形式的能。因此，电磁感应现象符合能量守恒定律。【讨论与交流】如图所示，矩形闭合金属线框abcd电阻为R，置于有界的如图所示方向的匀强磁场B中。设ad、bc边的长度为L，bc边在水平外力作用下，将整个线框以速度v匀速拉出磁场，这个过程中线框的感应电流为I，ad边受到的安培力为Fm .（1）如何计算线框的感应电动势？（2）如何计算F的大小？（3）在匀速向外拉金属线框的过程中，求拉力做功的功率P。（4）如何感应电流的电功率P？（5）比较拉力F的功率P和感应电流的功率P，并分析两者的关系所体现的能量关系。例题：如图所示，两条平行光滑导轨相距为L，左端被弯成半径为H的1/4圆弧，圆弧导轨所在区域无磁场。水平导轨区域存在着竖直向上的匀强磁场B，右端连接阻值为R的定值电阻，水平导轨足够长。在圆弧轨道顶端放置一根质量为m的金属棒ab，导轨和金属棒ab的电阻不计，重力加速度为g。现让金属棒由静止开始运动，整个运动过程金属棒和导轨接触紧密。求：（1）金属棒进入水平导轨时，通过金属棒的感应电流的大小和方向。（2）整个过程电阻R产生的焦耳热。三、反电动势：直流电动机，是由于载流导线在磁场中受到了安培力而产生了运动。根据电磁感应定律，线圈在磁场中转动，线圈中就会产生感应电动势感应电动势加强了电源中产生的电流，还是削弱了它？电动机转动时，线圈中也会产生感应电动势，这个感应电动势总要削弱电源电动势的作用，我们把这个电动势称为反电动势。反电动势阻碍线圈的转动如果要维持电动机原来的转动，电源就要向电动机提供能量。电能转化为其他形式能如果电动机工作中由于机械阻力过大而停止转动，这时没有了反电动势。电阻很小的线圈直接连在了电源的两端，电流会很大，时间长了很可能会把电动机烧毁。所以，如果电动机由于机械故障停转，要立即切断电源，进行检查。小结：1、电磁感应现象中产生的电动势叫做感应电动势2、电路中感应电动势的大小，跟穿过这一通路的 磁通量的变化率成正比。这就是法拉第电磁感应定律E = n3、导线切割磁感线时的感应电动势为：E=Blvsin4、反电动势是指电动机中的线圈转动时，在线圈中产生的阻碍线圈转动的电动势5、感应电动势和感应电流的比较：感应电动势感应电流定 义电磁感应现象中产生的电动势电磁感应现象中产生的电流产生条件磁通量变化与电路是否闭合无关闭合电路有感应电动势大 小与穿过电路的磁通量的变化率成正比取决于感应电动势即电路的总电阻课后练习：P23-241、如图1-5-14所示，把正方形线框abcd从磁感应强度为B的匀强磁场中拉出来，速度方向与ad边垂直向左，速度的大小为v，线圈的边长为L，每边的电阻为R，问线圈在运动过程中，ad两点间的电势差为多少？2、如图所示，把导轨竖直放置在匀强磁场中，磁场的方向垂直于导轨平面向外。有一定质量的导体AC可以贴着光滑竖直长导轨下滑。导轨接上电阻R，导轨和导体的电阻忽略不计。导体AC从静止开始下落，请分析导体的运动情况和能量转化情况。3、有一个1000匝的线圈，在0.4s内穿过它的磁通量从0.02Wb均匀增加到0.09Wb，求线圈中的感应电动势。如果线圈的电阻丝10，把它跟一个电阻为990的电热器连接在一起组成闭合电路时，10min内通过电热器产生的热量是多大？4、有一正方形框abcd，各边长L，其中ab是一段电阻为R的均匀电阻丝，其余三边均为电阻可忽略的铜线。磁场的磁感应强度为B，方向垂直纸面向外。现有一与ab段所用材料、粗细、长度都相同的电阻丝PQ置于导线框上，如图所示，以恒定速度v从ad边滑向bc边，当PQ滑过ab边的中点时，通过aP段电阻丝的电流是多大？方向如何？5、如图所示，线圈内有理想边界的磁场，当磁场均匀增加时，有一带电粒子静止于平行板（两板水平放置）电容器中间，则此粒子带什么电？若线圈的匝数为n，平行板电容器的板间距离为d，粒子的质量为m，带电量为q，线圈的面积为S，则磁感应强度的变化率为多少？6、如图所示，边长分别为L、h，电阻为R，质量为m的矩形金属线框，自上而下匀速穿过宽度为h、磁感应强度为B的匀强磁场区域，求线框中产生的热量。作业：P24 (4)教学后记：电磁感应定律应用中的电路问题的处理：在电磁感应中，切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势，该导体或线圈相当于电源，因此，电磁感应问题往往与电路问题联系在一起。解决与电路相联系的电磁感应问题的基本方法：（1）、用法拉第电磁感应定律确定感应电动势的大小，用楞次定律确定感应电动势的方向。（2）、画等效电路图。（3）、运用全电路欧姆定律、串并联电路性质、电功率等公式联立求解。第六节自感现象及其应用一、教学目标：1、知识与技能（1）、知道什么是自感现象和自感电动势。（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。（3）、知道影响自感系数的因素。（4）、知道日光灯的基本结构和原理。2、过程与方法（1）、观察自感现象，认识实验在物理学研究中的作用。（2）、通过自感电动势大小的探究，加深对控制变量发的认识。（3）、经历日光灯工作原理的探究过程，尝试用科学探究方法研究物理问题。3、情感、态度与价值观（1）、通过自感现象与决定自感电动势大小因素的探究活动，培养学生参与科学探究活动的热情和实事求是的科学态度。（2）、了解自感现象的实际应用，体会物理学对经济、社会发展的推动作用。二、教学重点与难点：重点：日光灯的工作原理难点：断电自感现象中，灯泡突然闪亮一下学生很难理解，是教学中的难点。三、教学过程【新课引入】：自感现象是一种特殊的电磁感应现象，它在生产技术中应用较广。其规律符合楞次定律，即感应电动势阻碍磁通量的变化。只不过由于自感现象中磁通量的变化是由于电路中电流的变化引起的，所以自感电动势直接表现为阻碍原电流的变化。自感现象是日光灯等电路工作的基础。一、自感现象本质分析：由法拉第电磁感应定律知道，穿过线路的磁通量发生变化时，线路中就产生感应电动势。在自感现象中，由于流过线圈的电流发生变化，导致穿过线圈的磁通量发生变化而产生自感电动势。通电自感观察到的现象：L2立即变亮，L1逐渐变亮。原因分析：闭合开关，L2支路电流立即增大，L1支路由于由于线圈自身的磁通量增加,产生自应电动势，这个感应电动势总是阻碍磁通量的变化，即阻碍线圈中电流的变化，故通过与线圈串联的灯泡的电流不能立即增大到最大值，它的亮度只能慢慢增加。断电自感现象：灯没有随开关的断开马上熄灭，而是逐渐变暗。提示：断电前后电流流向比较原因：开关断开后，线圈电流减小，由于自感作用，其电流只能逐渐减小，该电流流过灯泡，所以灯泡逐渐变暗。结论：当导体中原来的电流增加时，自感电动势阻碍其增加；当导体中原来的电流减小时，自感电动势阻碍其减小。1、自感现象：由于线圈本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象。2、自感电动势：在自感现象中产生的感应电动势。自感电动势将在闭合电路中产生自感电流；且自感电动势总是阻碍导体中原来电流的变化（当导体中电流增大时，阻碍电流增大；当导体中电流减小时，阻碍电流减小）。3、自感电动势的大小：自感电动势的大小与电流变化的快慢即电流的变化率有关。对不同线圈，自感电动势还与自感系数有关。二、自感系数不同线圈的自感系数不同，1、物理意义：表示通电线圈自感特性的物理量。2、决定因素：由线圈的形状、单位长度的匝数及有无铁芯等因素决定，与是否接入电路中、通过线圈的电流变化快慢邓无关。3、单位：亨利（H）。常用的单位还有毫亨（mH）、微亨(H) 1 mH = 10-3H 1H = 10-3H 磁通量的变化率自感电动势 自感系数三、日光灯工作原理：自感现象是一种相当普遍的现象，只要电路中的电流发生变化，都会有程度不同的自感现象发生。我们需要利用自感时，可加大自感系数，需要减弱自感影响时，可减少自感系数。如日光灯电路：1、日光灯的构造日光灯主要是由灯管、镇流器、启动器三部分构成。启动器与灯管并联，镇流器与灯管串联。2、各部分的作用(1)灯管：灯管两端有灯丝，管内充有微量的氩和稀薄的汞蒸气，管壁上涂有荧光粉。当两灯丝间的气体导电时会发出紫外线，紫外线使涂在灯管壁上的荧光粉发出柔和的可见光。说明：有的日光灯会发出五颜六色的光，其原因是管壁所涂的荧光粉不同。（2）镇流器：镇流器是一个带铁芯的线圈，其线圈很多为闭合铁芯，自感系数很大。镇流器的作用：日光灯点燃时，利用镇流器的电流突然切断，产生很大的自感电动势，此瞬时高压和电源电压一起叠加在灯管两端（瞬间高压约500-700V），灯管内惰性氩气体和汞蒸气电离，使灯管发光。日光灯正常发光时，利用自感现象，对灯管起限流降压作用。（3）启动器：构造：如图所示说明：在动、两触片间并有一个电容器，它的作用是在动、两触片分离时避免火花而烧坏触片，没有电容器，驱动器也能工作。3、日光灯的工作原理 (1)当开关闭合时，电源电压立即通过镇流器和灯管灯丝加到启动器的两极，220V的电压立即是启动器的惰性气体电离，产生辉光放电 辉光放电的热量使U形动触片受热膨胀伸长，跟静触片接触。电流通过镇流器的线圈和灯管的灯丝构成通路灯丝很快被电流加热，发射出大量电子。这时，由于启动器两极闭合，两极间电压为零，辉光放电消失, 管内温度降低；U形动触片冷却自动收缩，两个触片断开。在两极断开的瞬间，电路电流突然切断，镇流器产生很大的_，与电源电压叠加后作用于管两端。灯丝受热时发射出来的大量电子