人教新课标2电磁感应现象的两类情况教学设计 省赛获奖

电磁感应定律的应用三维教学目标1、知识与技能（1）知道感生电场；（2）知道感生电动势和动生电动势及其区别与联系。2、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。3、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。教学方法：讨论法，讲练结合法。教学手段：多媒体课件。教学活动：第5节电磁感应定律的应用（一）引入新课问题1：什么是电源？什么是电动势？答：电源是通过非静电力做功把其他形式能转化为电能的装置。如果电源移送电荷q时非静电力所做的功为W，那么W与q的比值W/q，叫做电源的电动势。用E表示，则：E=w/q在电磁感应现象中，要产生电流，必须有感应电动势。这种情况下，哪一种作用扮演了非静电力的角色呢？下面我们就来学习相关的知识。（二）进行新课1、感应电场与感生电动势教材图，穿过闭会回路的磁场增强，在回路中产生感应电流。是什么力充当非静电力使得自由电荷发生定向运动呢？英国物理学家麦克斯韦认为，磁场变化时在空间激发出一种电场，这种电场对自由电荷产生了力的作用，使自由电荷运动起来，形成了电流，或者说产生了电动势。这种由于磁场的变化而激发的电场叫感生电场。感生电场对自由电荷的作用力充当了非静电力。由感生电场产生的感应电动势，叫做感生电动势。例题：教材P222、洛伦兹力与动生电动势（1）导体中自由电荷（正电荷）具有水平方向的速度，由左手定则可判断受到沿棒向上的洛伦兹力作用，其合运动是斜向上的。（2）自由电荷不会一直运动下去。因为C、D两端聚集电荷越来越多，在CD棒间产生的电场越来越强，当电场力等于洛伦兹力时，自由电荷不再定向运动。（3）C端电势高。（4）导体棒中电流是由D指向C的。一段导体切割磁感线运动时相当于一个电源，这时非静电力与洛伦兹力有关。由于导体运动而产生的电动势叫动生电动势。问题1：如图所示，导体棒运动过程中产生感应电流，试分析电路中的能量转化情况？答：导体棒中的电流受到安培力作用，安培力的方向与运动方向相反，阻碍导体棒的运动，导体棒要克服安培力做功，将机械能转化为电能。3、实例探究磁场变强例1：如图所示，一个闭合电路静止于磁场中，由于磁场强弱的变化，而使电路中产生了感应电动势，下列说法中正确的是（AC）磁场变强A.磁场变化时，会在在空间中激发一种电场B.使电荷定向移动形成电流的力是磁场力C.使电荷定向移动形成电流的力是电场力D.以上说法都不对例2：如图所示，导体AB在做切割磁感线运动时，将产生一个电动势，因而在电路中有电流通过，下列说法中正确的是（AB）A.因导体运动而产生的感应电动势称为动生电动势B.动生电动势的产生与洛仑兹力有关C.动生电动势的产生与电场力有关D.动生电动势和感生电动势产生的原因是一样的例3：如图所示，两根相距为L的竖直平行金属导轨位于磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中，导轨电阻不计，另外两根与上述光滑导轨保持良好接触的金属杆ab、cd质量均为m，电阻均为R，若要使cd静止不动，则ab杆应向上运动，速度大小为2mgR/B2L2，作用于ab杆上的外力大小为2mg4、巩固练习1、如图所示，一个带正电的粒子在垂直于匀强磁场的平面内做圆周运动，当磁感应强度均匀增大时，此粒子的动能将（B）A.不变B.增加C.减少D.以上情况都可能2、穿过一个电阻为lΩ的单匝闭合线圈的磁通量始终是每秒钟均匀地减少2Wb，则（BD）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、在匀强磁场中，ab、cd两根导体棒沿两根导轨分别以速度v1、v2滑动，如图所示，下列情况中，能使电容器获得最多电荷量且左边极板带正电的是（C）＝v2，方向都向右＝v2，方向都向左>v2，v1向右，v2向左>v2，v1向左，v2向右4、如图所示，面积为的100匝线圈处在匀强磁场中，磁场方问垂直于线圈平面，已知磁感应强度随时间变化的规律为B=（2+）T，定值电阻R1=6Ω，线圈电阻R2=4Ω，求：（1）磁通量变化率，回路的感应电动势；（4V）（2）a、b两点间电压Uab（）5、如图所示，在物理实验中，常用“冲击式电流计”来测定通过某闭合电路的电荷量．探测器线圈和冲击电流计串联后，又能测定磁场的磁感应强度．已知线圈匝数为n，面积为S，线圈与冲击电流计组成的回路电阻为R，把线圈放在被测匀强磁场中，开始时线圈与磁场方向垂直，现将线圈翻转180°，冲击式电流计测出通过线圈的电荷量为q，由此可知，被测磁场的磁磁感应强度B=qR/2nS课后练习（1）在竖直向下的匀强磁场中，一根水平放置的金属棒沿水平方向抛出，初速度方向和棒垂直，则棒两端产生的感应电动势将（）A.随时间增大B.随时间减小C.不随时间变化D.难以确定第1题第2题第3题（2）如图所示，在正方形线圈的内部有一条形磁铁，磁铁和线圈在同一纸面内，两者有共同中心轴线O1O2。关于线圈中产生感应电流的下列说法正确的是（）A.当磁铁向纸面外平移时，线圈中不产生感应电流B.当磁铁向上平移时，线圈中不产生感应电流C.磁铁向下平移时，线圈中产生感应电流D.当磁铁N极向纸外、S极向纸内绕O1O2轴转动时，线圈中产生感应电流（3）如图，在磁感强度为B的身强磁场中，有半径为r的光滑半圆形导体框架，OC为一能绕O在框架上滑动的导体棒，OC之间连一个电阻R，导体框架与导体电阻均不计，使OC能以角速度ω匀速转动，外力的功率是（）ω2r4/Rω2r4/2Rω2r4/4Rω2r4/8R（4）一个200匝、面积为20cm2在圆形线圈，放在匀强磁场中，磁场的方向与线圈平面成300角，磁感应强度在内由增加到。在此过程中，穿过线圈的磁通量变化量是多大？磁通量的平均变化率是多大？线圈中感应电动势的大小为少？（5）如图所示，已知磁感应强度为B的匀强磁场的宽度为S，矩形导线框ad边的长度为L，整个线框的电阻为R，线框以垂直磁场方向的速度V匀速通过磁场，设ab>S，求线框通过磁场的全过程中，线框发出的热量。LLadcb××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××Sv第5题第6题（6）如图所示，正方形线框ABCD的总电阻R为Ω，质量m为，边长为，两虚线之间是垂直于线框平面向里的匀强磁场，磁场上限（上面一条虚线）正好过AC和BD的中点，磁感应强度从2T开始以5T／s的变化率均匀增大，当磁感应强度为多大时，悬线的拉力为零？（AB边水平）（7）如图所示，上下不等宽的平行金属导轨的EF和GH两部分导轨间的距离为2L，IJ和MN两部分导轨间的距离为L，导轨竖直放置，整个装置处于水平向里的匀强磁场中，金属杆ab和cd的质量均为m，都可在导轨上无摩擦地滑动，且与导轨接触良好，现对金属杆ab施加一个竖直向上的作用力F，使其匀速向上运动，此时cd处于静止状态，则F的大小为（） 甲乙甲乙第7题第8题（8）现代汽车在制动时，有一种ABS系统，它能阻止制动时车轮抱死变为纯滑动。这种滑动不但制动效果不好，而且易使车辆失去控制。为此需要一种测定车轮是否还在转动的装置。如果检测出车辆不再转动，就会自动放松制动机构，让轮子仍保持缓慢转动状态。这种检测装置称为电磁脉冲传感器，如图甲，B是一根永久磁铁，外面绕有线圈，它的左端靠近一个铁质齿轮，齿轮与转动的车轮是同步的。图乙是车轮转动时输出电流随时间变化的图象。（1）说明为什么有电流输出？（2）若车轮转速减慢了，图象会变成怎样？（画在图乙上）（9）正方形金属线框abcd，每边长=，总质量m=，回路总电阻r=Ω，用细线吊住，线的另一端跨过两个定滑轮，挂着一个质量为M=的砝码。线框上方为一磁感应强度B=的匀强磁场区，如图，线框abcd在砝码M的牵引下做加速运动，当线框上边ab进入磁场后立即做匀速运动。接着线框全部进入磁场后又做加速运动（g=10m/s2）。问：（1）线框匀速上升的速度多大？此时磁场对线框的作用力多大？（2）线框匀速上升过程中，重物M做功多少？其中有多少转变为电能？第10题第9题（10）（04北京东城区二模）如图，金属杆MN放在完全相同的导体制成的金属框abcd上，并接触良好。沿线框bc边建立x轴，以b为坐标原点。矩形框ad边长2L，ab边长为L，导体单位长度的电阻为R0，磁感应强度为B的匀强磁场与框架平面垂直。现对MN杆施加沿x轴正方向的拉力，使之从框架左端开始，以速度v向右匀速运动，不计一切摩擦，求：（1）在MN杆运动的过程中，通过杆的电流与坐标x的关系。（2）作用在MN杆上的外力的最大值与最小值之比。（11）（2022年全国高考题）如图所示，虚线框abcd内为一矩形匀强磁场区域，ab=2cd，磁场方向垂直纸面，实线框a/b/c/d/是以正方形导线框，a/b/边于ab边平行,若将导线框匀速的拉离磁场区域，以W1表示沿平行于的方向拉出过程中所做的功；W2表示沿平行于的方向拉出过程中所做的功，则（）=W2=2W1=2W2=4W1（12）(05江西模拟)水平面上有两根足够长的金属导轨平行固定放置，间距为L，一端通过导线与阻值为R的电阻连接；导轨上放一质量为m的金属杆（如图），金属杆与导轨的电阻忽略不计；均匀磁场垂直纸面向内。用与导轨平行的恒定拉力F作用在金属杆上，杆最终将做匀速运动。当改变拉力的大小时，相对应的匀速运动速度v也会变化，v与F的关系如图8所示，取重力加速度g=10m/s2，求：（1）金属杆在匀速运动之前做什么运动？（2）若m=,L=,R=；磁感应强度B为多大？（3）由V-F图线的截距可求得什么物理量？其值为多少？、B、D4.解：ΔΦ=ΔB×S×sin300=20×10-4×=8×10-4WbΔΦ/Δｔ=8×10-4/=×10-2Wb/sE=ｎΔΦ/Δｔ=×10-2×200=B2L2V/R6.电流I===1A当拉力为零时，重力与安培力平衡，所以F=BIL=mgB×1×=×10故得磁感应强度B=.8.（1）当齿轮上的齿靠近线圈时，由于磁化使永久磁体磁场增强，产生感应电流，齿轮离开时产生反方向的感应电流。（2）车轮转速减慢，电流变化频率变小，周期变大，电流值变小。如图所示。9.解：（1）当线框上边ab进入磁场，线圈中产生感应电流I，由楞次定律可知产生阻碍运动的安培力为F=BIl 由于线框匀速运动，线框受力平衡，F+mg=Mg联立求解，得I=8A由欧姆定律可得，E=IR=由公式E=Blv，可求出v=sF=BIl=（2）重物M下降做的功为W=Mgl=由能量守恒可得产生的电能为J10.解：（1）设导体杆MN的坐标为x，则杆左侧电阻R1和右侧电阻R2分别为R1=(L+2x)R0，R2=[L+2(2L－)]R0，回路总电阻R=杆运动产生的感应电动势杆中电流（2）当时，R有最大值，I有最小值，拉力F也有最小值