高中物理新教材人教版(2019)高中物理选择性必修二教学设计

高中物理新教材人教版(2019)高中物理选择性必修二教学设计1.1磁场对通电导线的作用力〖教材分析〗安培力的方向和大小是本节的重点内容，也是这一章的重点内容之一。安培力、电流、磁感应强度三者方向的空间关系（左手定则）是本节的难点，比如：安培力的方向一定与电流、磁感应强度方向垂直，但电流方向与磁感应强度的方向可以成任意角度；当电流方向与磁感应强度的方向垂直时，安培力最大。正确应用左手定则也是本章的难点之一。〖教学目标与核心素养〗物理观念∶通过磁场对电流作用力的实验，体会安培力，生成安培力概念。科学思维∶通过安培力方向及大小的学习，体会物理模型在探索自然规律中的作用。科学探究：掌握研究安培力的方法，能在具体问题中判断安培力方向。科学态度与责任∶通过磁电式电流表的原理分析，体会科学技术对社会发展的促进作用。〖教学重难点〗教学重点：安培力的大小计算和方向判定。教学难点：用左手定则判定安培力的方向。〖教学准备〗多媒体课件、导线、蹄形磁铁、导体棒、铁架台、电源等。〖教学过程〗（展示动态图片：回顾奥斯特的实验过程）奥斯特发现通电导线能使磁针发生偏转，不仅开启了研究电与磁联系的序幕，还使人们认识了这种神奇的"力"。现在，这种力还能应用到新能源交通工具上，让电动车行驶在街头;应用到发射台上，射出数倍音速的炮弹……未来的某一天，可能还会应用到发射塔上，发射航天器，在这一章里，就让我们一起去探究这种神奇的作用力吧!一、新课引入（展示动态图片：导体棒在磁场中受力）在右图中，当导体棒中有电流流过时，导体棒就会因受力而发生运动。这个力的方向该如何判断?它的大小除了与磁感应强度有关外，还与哪些因素有关?二、新课教学在必修课中，我们已经知道了磁场对通电导线有作用力，并从这个现象入手定义了物理量——磁感应强度B，。安培在研究磁场与电流的相互作用方面作出了杰出的贡献，为了纪念他，人们把通电导线在磁场中受的力称为安培力，把电流的单位定为安培。安培力：通电导线在磁场中所受的作用力。问题1：安培力的大小和方向是怎么样的呢？（一）安培力的方向首先来学习安培力的方向。课本的演示实验：安培力的方向与什么因素有关（阅读），分别用动图展示①改变磁场方向，②改变电流方向后导线受力方向是否改变。通过①与原图对比说明安培力与什么有关？F安方向与磁感应强度B有关。通过②与原图对比说明安培力与什么有关？F安方向与电流方向有关。那它们有什么规律呢？平面图很难观察到具体的关系，换成立体图就更加清晰。通过用立方体的方式简单描述F、B、I的关系，比较之后，你能用简洁的方法表达F、B、I方向的关系？注意观察我们看到力的方向与电流方向是垂直的，而磁感线的方向从N到s，力也与它垂直。即安培力的方向与导线、磁感应强度方向都垂直。也就是说，安培力的方向总是垂直于导线和磁感应强度方向所在的平面。问题2：如何更加精确的判断安培力的方向呢?安培经过研究总结出了，左手定则。①伸出左手，使大拇指与其余四指垂直，并且都跟手掌在同一平面；怎么样放到磁场中呢？②使磁感线垂直穿过手掌，四指指向电流方向；③大拇指所指的方向就是直线电流所受安培力的方向。这就是判断安培力方向的左手定则。那么有的同学就疑惑了，以前学习过右手定则，很容易混乱。我教大家一个小方法，力的这一撇，向则左边的，所以用左手定则，记住拉。课堂练习：例1:磁场中有一条通电导线，其方向与磁场方向垂直。图甲、乙、丙分别标明了电流、磁感线和安培力三个量中的两个，试画出第三个量的方向。在这里普及一下打叉打点的知识，打点表示垂直纸面向外，好比如弓箭从纸面出来，我们看到的只有箭头的一个点，打叉表示垂直纸面向里，好比如弓箭进入纸面我们看到的只有箭尾的打叉图样。解题提示：那让磁感线垂直穿过手心就是这样，再把四个手指方向调整到跟电流方向一致就成了这样。这时拇指的方向就是安培力的方向了。问题3：刚才导线和磁感线垂直，那要是不垂直又该咋判断呢？例2：画出通电导体棒ab所受的安培力的方向。解题提示：那咱就可以将磁场按平行和垂直分解。让跟导线垂直穿过手心就行了。那安培力的方向是垂直纸面向里啦。（二）安培力的大小研究一个力除了方向还有大小。前面咱研究磁感应强度的大小的时候，引入了电流源IL，也就是一段通有电流I长度为L的导线。利用它垂直于磁场时所受安培力F，定义了磁感应强度。那么F就应该等F=BIL这也就是安培力的计算公式。但是这个的前提是导线必须与磁场垂直。我们还知道导线平行于磁场时，安培力为0。即①当磁感应强度B的方向与导线方向垂直时F=ILB②当磁感应强度B的方向与导线方向平行时F=0。问题4：如果通电导线与磁场方向既不平行也不垂直时，导线与磁场夹角θ时，安培力又该是多大呢？我们知道磁感应强度B是矢量，所以可以将B正交分解。沿电流B//=Bcosθ,垂直电流方向B⊥=Bsinθ,安培力由B⊥产生，所以大小就是F=BILsinθ（F依然垂直与BI组成的平面）其中θ=0时，也就是二者平行，sinθ=0,，即F=0。其中θ=90度时，也就是二者垂直，sinθ=1，即F=BIL。正是刚才的两种特殊情况。注意1：B必须是在匀强磁场。如果是非匀强磁场那就必须将导线分割为无数个小电流元。求出每一个小电流元所受的安培力，最后再让他们进行矢量叠加。注意2：L是有效长度。刚才用的都是直导线，L就是它本身的总长度，如果不是直导线，比如这个图，还能用总长度计算吗？显然不行，这时就要用到有效长度这个概念，在这个图中，红色的线段是对称的，所以安培力也是大小相等方向相反互相抵消。青色色的线段也是。那只剩这几段，他们就相当于从这儿到这儿的一段线段。这个就是他的有效长度L。它受到的安培力就是F=BIL。既然这样那如果我在这添一根导线，把线路变成闭合的，那这一段的电流方向就要向上，所受的安培力就跟左边这部分大小相等方向相反互相抵消了。也就是说①闭合回路有效长度就是0，受到的总安培力就是0。对于更复杂的导线就可以利用这个结论来解决，比如这个图如果闭合的话有效长度就是0。所以去掉这段后，剩余部分的有效长度就是这一段这么长，但是电流方向跟这个相反是从原来的起点到原来的终点。也就是说②不闭合的导线有效长度就是一条从起点到终点的线段。电流方向也是从起点到终点。那么遇到这种更加这样更复杂的弧线，也只需要连接这两点就可以了，电流方向是从起点指向终点。课堂练习例3：长度为20cm的通电直导线放在匀强磁场中，电流的强度为1A，受到磁场作用力的大小为2N，则磁感应强度B为（）A、B＝10TB、B≥10TC、B≤10TD、不能确定解题提示：（θ不确定）故选B。（三）磁电式电流表（播放动图线圈的转动和电流表的指针偏转）磁电式仪表最基本的组成部分是磁铁和放在磁铁两极之间的线圈。图是线圈在磁场中受力情况的图示。当电流通过线圈时，导线受到安培力的作用。由左手定则可以判定，线圈左右两边所受的安培力的方向相反，于是安装在轴上的线圈就要转动。问题：为什么断电后指针会回复原来的位置呢？因为装有螺旋弹簧，弹簧会回复原状。安培力总与磁感应强度的方向垂直。为了使电流表表盘的刻度均匀，两磁极间装有极靴，极靴中间又有一个铁质圆柱。这样，极靴与圆柱间的磁场都沿半径方向，线圈无论转到什么位置，它的平面都跟磁感线平行，表盘的刻度就是均匀的了”。线圈中的电流方向改变时，安培力的方向随着改变，指针的偏转方向也随着改变。所以，根据指针的偏转方向，可以知道被测电流的方向。〖板书设计〗1.1通电导线在磁场中受到的力一、安培力的方向①安培力的方向总是垂直于磁感线和通电导线所在的平面掌心→磁感线进入②左手定则四指→电流方向拇指→安培力方向③平行通电直导线之间的相互作用:同向电流相互吸引，反向电流相互排斥。二、安培力的大小F=ILB①平行时：F＝0θ=0时，平行：F＝0②有夹角时：F=ILBsinθθ=90时，垂直：F＝BIL弯曲导线的有效长度L，等于连接两端点直接的长度；相应的电流沿L由始端向末端。三、磁电式电流表〖教学反思〗①学生在电流和磁场是否垂直上缺乏空间想象力，要让他们学会用手去判断，让学生通过练习中体会。②教学中，制造悬念，科学方法教育一直处于教学的主线隐含中。通过信息技术的融合，更加清晰形象的展示了通电导线在磁场受力情况，有助于学生分析问题和解决问题。③几何磁电式电流表教学，对学生进行技术教育，加强了物理与现实生活的联系。1.2磁场对运动电荷的作用力〖教材分析〗洛伦兹力是安培力的延续，也为下一节《带电粒子在匀强磁场中的运动》做好基础。本节起到承上启下的作用。用作左手定则判断负电荷的受力情况比较容易出错，这点是本节的难点容之一。〖教学目标与核心素养〗物理观念∶通过观察电子束在磁场中的偏转，体会洛伦兹力概念的生成。科学思维∶通过洛伦兹力方向及大小的学习，体会物理模型在探索自然规律中的作用。科学探究：运用阴极射线管研究洛伦兹力，能在具体问题中用左手定则判断洛伦兹力方向。科学态度与责任∶通过电视显像管工作原理分析，体会科学技术对社会发展的促进作用。〖教学重难点〗教学重点：洛伦兹力的大小计算和方向判定。教学难点：用左手定则判定洛伦兹力的方向。〖教学过程〗一、新课引入我们知道，磁场对通电导线有作用力；我们还知道，带电粒子的定向移动形成了电流。那么，磁场对运动电荷有作用力吗？如果有，力的方向和大小又是怎样的呢？展示图片：介绍阴极射线管——观察电子束运动轨迹的装置。二、新课教学（一）洛伦兹力的方向课本的演示实验：观察电子束在磁场中的偏转（阅读），分别用动图展示①没有磁场时的径迹，②有磁场（改变磁场）时的径迹。现象1：由于电子束的速度很快重力可以忽略，所以这次咱看到的轨迹是一条直线。现象2：加上一个这个方向的磁场，那么轨迹就会向下弯曲，而不再是直线。现象3：把磁场方向调换过来，那么电子束的轨迹变为向上弯曲。这些现象说明电子在运动过程中受到磁场对它的作用力，电子束受到磁场的力的作用，径迹发生了弯曲。这个现象由荷兰物理学家洛伦兹于1895年发现，为了纪念他就把这种力称为洛伦兹力。结论：运动电荷在磁场中受到的力称为洛伦兹力。问题：那么洛伦兹力和安培力之间存在怎么样的关系呢？1.洛伦兹力与安培力的关系在磁场中的通电导线会受到安培力的作用，导线必须有电流通过才有可能受到安培力，而电流是由电荷的定向移动形成的，导线中每一个定向移动的电荷都会受到洛伦兹力的作用，所以洛伦兹力的矢量和就是安培力，公式表达那就是F安=N·F洛。也可以说洛伦兹力是安培力的微观本质，而安培力是洛伦兹力的宏观表现。即通电导线在磁场中受到的安培力，实际是洛伦兹力的宏观表现。2.洛伦兹力与磁场、电子速度的关系刚才的实验中运动轨迹发生了弯曲，根据曲线运动的条件，可知并洛伦兹力的方向与电子的运动方向并不在同一条直线上，导致了电子运动方向变化。实验表明运动的带电粒子在磁场中所受洛伦兹力的方向，与运动方向和磁感应强度的方向都垂直。和前面一样画成立体图形就是这样的。即洛伦兹力垂直于B垂直于v，也就是垂直于Bv所在的平面，但是B与v不一定垂直。问题：那么洛伦兹力的方向要怎么判断呢？3.洛伦兹力的方向思考与讨论：我们曾经用左手定则判定安培力的方向。能不能用类似的方法判定运动电荷的受力方向?刚才说了安培力是洛伦兹力的宏观表现，判断安培力的方向用左手定则。哪洛伦兹力的方向当然也可以用左手定则了。现在用这个图来检验一下看看。安培力的左手定则，是这样的四指指向电流方向，磁感线扎手心，拇指方向就是安培力方向。电流是由电荷运动形成的，我们以正电荷为例，用法跟之前完全一样。即伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心垂直进入，并使四指指向正电荷运动的方向，这时拇所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向。即掌心→磁感线进入左手定则四指→正电荷方向拇指→正电荷受力方向不过要注意一下电流方向，对于正电荷，电流方向就是它的运动方向；对于负电荷，电流方向就与它运动方向相反。回顾刚才的演示实验。磁感线由N极指向s极，让磁感线垂直穿过手心，四指要指向电流的方向，电子是负电荷所以电流方向与运动方向相反，那么拇指指向就是洛伦兹力的方向。电子束就向上弯曲，与咱们的实验结果一致。课堂练习例1：试判断下图中的带电粒子刚进入磁场时所受洛伦兹力的方向。解题提示：应用左手定则，注意负电荷，电流方向就与它运动方向相反。（二）洛伦兹力的大小上次咱说了安培力和洛伦兹力的关系。安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力是安培力的微观本质。那我们就根据这个关系来推导洛伦兹力的大小。思考与讨论：如何由安培力的表达式推导出洛伦兹力的表达式？1.设静止导线中定向运动的带电粒子的速度都是v，单位体积的粒子数为n。算出一段导线中的粒子数，这就是在时间t内通过横截面S的粒子数。如果每个粒子的电荷量记为q，由此可以算出q与电流I的关系。I=nqsv2.写出这段长为vt的导线所受的安培力F安。F安=BIL=B·nqsv·vt3.求出每个粒子所受的力，它等于洛伦兹力F洛。这时许多中间量，如n、v、s、t等都应不再出现。这样我们就得出来单个电荷在磁场中受到洛伦兹力的表达式。电荷量为q的粒子以速度v运动时，如果速度方向与磁感应强度方向垂直，那么粒子所受的洛伦兹力为：F洛=qvB式中力F、磁感应强度B、电荷量q、速度v的单位分别为牛顿（N）、特斯拉（T）、库仑（C）、米每秒（m/s）。刚才讨论过程中，导线和B方向垂直，那v也就和B垂直。这也是这个公式的使用条件。即①当v垂直B时：F洛=qvB②当v∥B时：F洛=0。问题：如果v和B不垂直，比如像这个图这样，又该怎么算呢？很简单，只需要将v这样正交分解。垂直于v的分量等于vsinθ，平行于v的分量等于vcosθ，平行于v的分量不产生洛伦兹力，只有垂直于v的分量产生洛伦兹力。把它乘上F洛=qvB，就得F洛=qvBsinθ当θ=0时sinθ=0，也就是前面说的两者平行：F洛=0。当θ=90时inθ=1，也就是前面说的两者垂直：F洛=qvB。（三）电子束的磁偏转洛伦兹力的方向与粒子的运动速度方向垂直，当粒子在磁场中运动时，因受到洛伦兹力的作用，就会发生偏转。显像管电视机中就应用了电子束磁偏转的原理。展示显像管图片：介绍显像管。显像管中有一个电子枪，工作时它能发射高速电子。撞击荧光屏，就能发光。可是，很细的一束电子打在荧光屏上只能使一个点发光，要使整个荧光屏发光，就要靠磁场来使电子束偏转了。思考与讨论从图中可以看出，没有磁场时电子束打在荧光屏正中的O点。为使电子束偏转，由安装在管颈的偏转线圈产生偏转磁场。1.要使电子束在水平方向偏离中心，打在荧光屏上的A点，偏转磁场应该沿什么方向?（垂直纸面向外，注意四指的方向）2.要使电子束打在B点，磁场应该沿什么方向?（垂直纸面向里）3.要使电子束打在荧光屏上的位置由B点逐渐向A点移动，偏转磁场应该怎样变化?实际上，在偏转区的水平方向和竖直方向都有偏转磁场，其方向、强弱都在不断变化，因此电子束打在荧光屏上的光点就像图那样不断移动（动图展示电视的光点移动过程），这在显示技术中叫作扫描。电子束从最上一行到最下一行扫描一遍叫作一场，电视机中的显像管每秒要进行50场扫描，所以我们感到整个荧光屏都在发光。课堂练习例2：在图所示的平行板器件中，电场强度E和感应强度B相互垂直。具有不同水平度的带电粒子射入后发生偏转的情况不同。这种装置能把具有某一特定速度的粒子选择出来，所以叫做速度选择器。试证明带电粒子具有速度时，才能沿着图示座线路径通过这个速度选择器。解：由电场特性知带正电粒子受到向下的电场力，大小是F电=qE。由左手定则知收到的向上的洛伦兹力，大小F洛=qVB当两者大小相等时，粒子才沿图示的直线运动，即：〖板书设计〗1.2磁场对运动电荷的作用力1.洛伦兹力∶运动电荷在磁场中受到的作用力。2.安培力是洛伦兹力的宏观表现;洛伦兹力是安培力的微观本质。3.洛伦兹力的方向既垂直于磁场，又垂直于速度，即垂直于，v和B所组成的平面。但是B与v不一定垂直。掌心→磁感线进入4.左手定则四指→正电荷方向拇指→正电荷受力方向θ=0时，平行：F＝05.：F=qvBsinθθ=90时，垂直：F＝qvB〖教学反思〗①学生通过电流与电荷的关系，很容易理解安培力与洛伦兹力之间的关系，但在判断负电荷的受力时用手不够灵活，要多加练习。②教学中，因为有安培力的知识作为基础，那么洛伦兹力的公式的推导，完全可以参照安培力的，所以不用花过多的时间在推导上，应该把时间用在如何判断洛伦兹力的方向上。1.3带电粒子在匀强磁场中的运动〖教材分析〗带电粒子在匀强磁场中的运动是高考经常考查的内容之一，教材采用了实验探究加理论分析与推导的方式进行教学。通过实验把抽象化为形象，带着得到的感性材料，再进行理论分析，让学生在这一学习过程中对理论与实践相结合的研究方法有所体会，并且在学习过程中尝到成功的喜悦。〖教学目标与核心素养〗物理观念∶察洛伦兹力作用下的圆周运动，体会洛伦兹力对运动的影响。科学思维∶通过圆周运动半径、周期公式的推导，析带电粒子在磁场中的运动轨迹，体会数学方法在物理中的重要作用。科学探究：采用洛伦兹力演示仪，通过控制变量法，研究影响电子束运动轨迹的因素。科学态度与责任∶借助数学方法解决物理问题的过程，感悟科学推理的重要意义。〖教学重难点〗教学重点：带电粒子在匀强磁场中的运动的受力分析及运动径迹。教学难点：带电粒子在匀强磁场中的运动的受力分析及运动径迹。〖教学准备〗多媒体课件、洛伦兹力演示仪等。〖教学过程〗一、新课引入在现代科学技术中，常常要研究带电粒子在磁场中的运动。如果沿着与磁场垂直的方向发射一束带电粒子，请猜想这束粒子在匀强磁场中的运动径迹，你猜想的依据是什么?二、新课教学（一）带电粒子在匀强磁场中的运动对粒子进行受力情况，受到洛伦兹力的作用且方向与带电粒子初速度的方向垂直，所以洛伦兹力只改变粒子速度的方向，不改变粒子速度的大小，洛伦兹力对粒子起到了向心力的作用。所以，沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子，即：结论：带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动。思考与讨论：垂直射入磁场的带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，圆周的半径可能与哪些因素有关?周期可能与哪些因素有关?（二）带电粒子在磁场中做圆周运动的半径和周期洛伦兹力提供了它做匀速圆周运动向心力，即F洛=F向设带电粒子质量为m，电荷量为q，运动速度为v。磁感应强度大小为B。洛伦兹力大小为qvB，向心力表达式选用，则qvB=先约分再整理一下，半径r=从这个结果可以看出，粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径与它的质量、速度成正比，与电荷量、磁感应强度成反比。那么它的周期式子怎么样的呢？这里我们先观察观察带电粒子的运动径迹。先看这样的一个实验。（全部用演示仪演示给学生看，也可以做成动图展示出来）这一个洛伦兹力演示仪，这个是它的结构图。它主要由玻璃泡和电子枪、励磁线圈等部分组成。线圈有电流通过时内部就会产生磁场，可以看作匀强磁场，方向与纸面垂直。给电子枪加上足够高的电压，电子会沿着与匀强磁场垂直的方向射了出来。适当调节磁场强弱，咱就能看到电子束轨迹弯曲成一个圆。为什么会产生这样的结果呢？不加磁场时观察电子束的径迹。观察的结果是一条直线。给励磁线圈通电，在玻璃泡中产生沿两线圏中心连线方向、由纸内指向读者的磁场，观察电子束的径迹。圆周运动。保持出射电子的速度不变，改变磁感应强度，观察电子束径迹的变化。径迹的半径减少。保持磁感应强度不变，改变出射电子的速度，观察电子東径迹的变化。径迹的半径增加。通过圆周运动的知识计算它的周期。周期T=这里的r=刚才算过了，将它代入。约分得T=从这个公式可以看出周期由磁场和粒子的荷质比决定，而与粒子的速度和轨道半径没有关系。课本例题一个质量为1.67×10-27kg电荷量为1.6×10-l9C的带电粒子，以5×105m/s的初速度沿与磁场垂直的方向射入磁感应强度为0.2T的匀强磁场。求∶粒子所受的重力和洛伦兹力的大小之比；粒子在磁场中运动的轨道半径（3）粒子做匀速圆周运动的周期。分析依据所给数据分别计算出带电粒子所受的重力和洛伦兹力，就可求出所受重力与洛伦兹力之比。带电粒子在匀强磁场中受洛伦兹力并做匀速圆周运动，由此可以求出粒子运动的轨道半径及周期。解（1）粒子所受的重力G=mg=1.67×10-27kg×9.8N=1.64×10-26N所受的洛伦兹力F=qvB=1.6×10-19×5×105×0.2N=1.6×10-14N重力与洛伦兹力之比可见，带电粒子在磁场中运动时，洛伦兹力远大于重力，重力作用的影响可以忽略。（2）带电粒子所受的洛伦兹力为F=qvB洛伦兹力提供向心力，故qvB=由此得到粒子在磁场中运动的轨道半径（3）粒子做匀速圆周运动的周期课堂练习例1：电子以1.6×106m/s的速度沿着与磁场垂直的方向射入B＝2.0×10-4T的匀强磁场中。求电子做匀速圆周运动的轨道半径和周期。解:洛伦兹力提供向心力，首先列：qvB=先约分再整理一下，半径r=。代入数据得r=4.55×10-2m。周期T=，将r代入，约分得T=代入数据得T=1.76×10-6s。〖板书设计〗1.3带电粒子在匀强磁场中的运动1.匀速直线运动（v//B）。2.匀速圆周运动（v⊥B）〖教学反思〗①本节课的内容比较少，可以适当的讲解一些练习册上的练习加以巩固，要是与后面一节合起来上又会显得时间不够用讲解得不会细致。②注意半径和周期的表达式不是公式，在使用时还要列出洛伦兹力提供向心力的表达式。1.4质谱仪与回旋加速器〖教材分析〗本节内容属于洛伦兹力的应用，教材介绍了质谱仪、多级加速器和回旋加速器。值得重点介绍的是质谱仪的用途，它可以精确测定粒子的比荷，分析同位素的重要作用。回旋加速器注意它半径与周期对粒子加速的影响。〖教学目标与核心素养〗物理观念∶知道其质谱仪和回旋加速器工作原理，会解决带电粒子运动的相关问题。科学思维∶通过带电粒子在质谱仪和回旋加速器中的运动分析，体会物理模型在探索自然规律中的作用。科学探究：了解质谱仪和回旋加速器的结构，知道其工作原理，会解决带电粒子加速的相关问题。科学态度与责任∶通过质谱仪和回旋加速器在实际生活中的应用，体会科学技术对社会发展的促进作用。〖教学重难点〗教学重点：质谱仪和回旋加速器工作原理。教学难点：回旋加速器中粒子的加速周期与电场变化周期之间的关系的表达式。〖教学准备〗多媒体课件〖教学过程〗一、新课引入在科学研究和工业生产中，常需要将一束带等量电荷的粒子分开，以便知道其中所含物质的成分。利用所学的知识，你能设计一个方案，以便分开电荷量相同、质量不同的带电粒子吗?二、新课教学（一）质谱仪我们知道，电场可以对带电粒子施加作用力，磁场也可以对运动的带电粒子施加作用力，可以利用电场和磁场来控制带电粒子的运动。由可知，带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径与质量有关，如果B、v相同，m不同，则r不同，这样就可以把不同的粒子分开。19世纪末，汤姆孙的学生阿斯顿就按照这样的想法设计了质谱仪，并用质谱仪发现了氖-20和氖-22，证实了同位素的存在。后来经过多次改进，质谱仪已经成为一种十分精密的仪器，是科学研究和工业生产中的重要工具。质谱仪是用来分离同位素的、检测它们的相对原子质量和相对丰度的仪器。用它测定的原子质量的精度超过化学测量方法。（最后动图展示质谱仪分离同位素的画面）1.下质谱仪的基本结构。①粒子源：能生成离子束。②加速电场：离子束经过加速电场获得了一定的速度。③偏转磁场：进入偏转磁场做匀速圆周运动，运动半个圆周后打到照相底片的某个位置。④照相底片：粒子在底片上显示出相应的位置。（最后动图展示带电粒子在质谱仪中的运动画面）2.质谱仪的工作原理①在电场中被加速而得到的速度，可以用动能定理求解，解方程得。②在偏转磁场中，洛伦兹力提供向心力，r就等于。联立以上两式于是就有。粒子垂直进入偏转磁场做匀速圆周运动，运动半个圆周后打到照相底片的某个位置。③在偏转磁场中，偏转的距离为xx=2r解得：。由这个式子可知同位素电荷量相同，但质量有微小差别。那x就会不同，也就是说在照相底片上会打到不同的位置，从而在底片上出现一系列的分立的亮线，这就称为质谱线或谱线。一根谱线对应着一种质量的离子。④由上式可得粒子的质量和比荷，由这个式子可以知道，质谱仪可以准确的测出各种同位素的原子质量。质谱仪的原理就是这样。课堂练习例1：同一种带电粒子以不同的速度垂直磁场便捷、垂直磁感线射入匀强磁场中，其运动轨迹如图所示，则可知：带电粒子进入磁场的速度值有几个？这些速度的大小关系为？三束粒子从O点出发分贝到达1、2、3点所用时间的大小关系是？解题提示：（1）同一种带电粒子进入同一磁场，速度不同使轨道半径不同，所以带电粒子进入磁场的速度值有三个。（2）r1<r2<r3，由，得v1<v2<v3。（3）周期T1=T2=T3，轨道均为半圆，所用时间为半个周期，故时间关系为t1=t2=t3。（二）回旋加速器要认识原子核内部的情况，必须把核"打开"进行"观察"。然而，原子核被强大的核力约束，只有用极高能量的粒子作为"炮弹"去轰击，才能把它"打开"。产生这些高能"炮弹"的"工厂"就是各种各样的粒子加速器。1.多级直线加速器可以利用静电力对带电粒子做功，从而增加粒子的动能，qU=ΔEk，加速电压越高，粒子获得的动能就越高。然而产生过高的电压在技术上是很困难的。解决上述困难的一个途径是采用多次（多级）加速的方法，困难是加速装置要很长。解决上述困难的途径是把加速电场“卷起来”，利用磁场改变带电粒子的运动轨迹，让粒子如此往复"转圈圈"式地被加速。于是，人们依据这个思路设计出了用磁场控制轨道、用电场进行加速的回旋加速器。2.回旋加速器（1）回旋加速器基本构造在真空容器中存在匀强磁场，里面有两个D形金属盒，这是高频电源里面有粒子源，最后这个粒子引出装置。两个D形盒隔开相对放置上面加高频交变电压，在这个间隙处就会产生高频交变电场。由于金属盒的屏蔽作用，金属盒内部的电场为零。（2）回旋加速器工作原理①粒子源：A0处的粒子源某一时刻发出一个带正电的粒子，它以一定的初速度v0进入下方D形盒。②在下方匀强磁场中：做匀速圆周运动，半个周期后到达缝隙边缘A1处。③在电场中：如果这时候间隙处正好是是向上的电场，那粒子就会被加速，速率由v0变为v1。接着从处进入上方D形盒。④在上方匀强磁场中继续做匀速圆周运动。我们知道粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径，由于粒子的速度增加了，所以半径也相应增加，所以会到达这个处。如果这时电场方向正好变成向下，粒子将再次加速速率变成v2。如果能一直这样下去，粒子就会不断的加速。（最后动图展示带电粒子在回旋加速器中的运动画面）困难：那么怎么控制电场的变化呢？必须得保证粒子从上面出来时电场方向向下，从下面出来时电场向上。那么粒子，每一次都会被加速。我们以前就知道磁场中圆周运动的周期对一定的带电粒子和一定的磁场来说，这个周期是不变的，尽管粒子的速率和半径一次比一次大，运动周期却始终不变。所以粒子每次在D形盒中完成半个周期所需的时间都是一样的。办法：如果在两盒间加一个交变电场，使它也以同样的周期往复变化，那就可以保证粒子每经过电场时，都正好赶上适合的电场方向而被加速。即：只要让电场的频率跟粒子的圆周运动的频率相同就可以了。这个频率就是周期的倒数即粒子的速率越大，圆周运动的半径越大。当粒子做圆周运动的半径与D形盒半径R相同时，即r=R，粒子将会从粒子引出口飞出D形盒，结束加速的过程。附加知识：r=R时，即可以得出最大速度以及相应的最大动能可见粒子能获得的最大动能取决于D形盒半径R和磁感应强度B，与加速电压的大小无关。那加速电压在这里充当什么角色？加速电压越大，每次速度的增量Δv越大，圆周运动的半径变化Δr也越大。粒子在D形盒中绕的圈数少，加速的次数少，粒子的加速时间短。反之，则加速的次数多，加速的时间长。回旋加速器缺点这个过程看似可以一直进行下去，但实际上由于相对论的效应，粒子的质量会随着速度增，圆周运动的周期也增加，这样电场于运动不在同步，也就没办法加速了。课堂练习例2：回加速器D形盒的半径为r，匀强磁场的磁感应强度为B。一个质量为m、电荷量为q的粒子在加速器的中央从速度为0开始加速。根据回旋加速器的这些数据估算该粒子离开回旋加速器时获得的动能。解：当带电粒子离开回旋加速器时其速度达到最大，其运动半径也最大，由求得又因为，把上式代入得所以，要提高加速粒子的最终能量，应尽可能增大磁感应强度B和D形盒的半径r。与加速电压高低无关。如已知加速电压为U，忽略在电场中运动时间，求加速的次数和加速的总时间。解：每次加速得到的动能EK=qU加速的次数就是最终获得的能量除以每次获得的能量qU，把带入，约分就是这样。如果忽略粒子在运动间隙处运动的时间，那加速的总时间，等于加速次数n乘以每次减速间隔运动的时间，你可以自己计算一下，最后结果就是这样。〖板书设计〗1.4质谱仪与回旋加速器1.质谱仪①在电场中加速：。②在偏转磁场中，洛伦兹力提供向心力：③在偏转磁场中，偏转的距离为x=2r④由上式可得粒子的质量和比荷，2.多级直线加速器①加速原理：在电场中加速，qU=ΔEk。②缺点：占有的空间范围大3.回旋加速器①当粒子做圆周运动的半径与D形盒半径R相同时：r=R最大速度最大动能加速次数：加速总时间：②缺点：受相对论影响，无法一直加速〖教学反思〗①作为带电粒子在匀强磁场中运动的知识在现代科学技术找那个广泛应用的实例，可以培养学生综合运用力学知识和电学知识的能力。②回旋加速器有没有局限性，可以先让学生讨论，然后老师在提示在相对论的制约下不能无限的增大速度的，让学生认识到仪器都是有局限性的。2.1楞次定律〖教材分析〗本节内容在感应电流的产生条件基础上来开展的，与前面的不同，本节是从感应电流的方向的角度来考虑问题。楞次定律是本章的重点和难点，楞次定律是学习法拉第电磁感应现象的基础，也为下一章的交流电做铺垫，所以是重点。它涉及的因素多（原磁场和感应电流的磁场方向，磁通量变化、原电流和感应电流方向等），关系复杂多变；规律比较隐蔽，抽象性和概括性很强，表述方法多样，因此是难点内容。学习学习非常困难。〖教学目标与核心素养〗物理观念∶理解楞次定律的内容及实质.。科学思维∶通过楞次定律和右手定则对电流方向的判断，体会物理模型在探索自然规律中的作用。科学探究：通过实验探究归纳判断感应电流方向的过程，体会科学探究在物理规律形成中的作用。科学态度与责任∶通过楞次定律中能量转化分析，体会守恒思想的重要意义，感受科学家对规律的研究过程，学习他们对工作严肃认真不怕困难的科学态度。〖教学重难点〗教学重点：1.楞次定律的获得及理解。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是感应电流的方向。教学难点：楞次定律的理解及其应用。〖教学准备〗多媒体课件、导线、线圈、电流计等。〖教学过程〗朝辞白帝彩云间，千里江陵一日还两岸猿声啼不住，轻舟已过万重山。这首人们耳熟能详的唐诗，曾给我们带来多少愉悦和幻想呀!如今，诗人笔下的三峡，不仅风景秀丽依然，更在为祖国的建设作着巨大的贡献。三峡水电站安装着32台巨型发电机，总装机容量2250万千瓦。千年流淌的滚滚长江，正在焕发器青春。这是三峡发电机组和发电量。电厂里巨大的发电机怎么会发出这么多电来?磁生电有什么规律呢?这一章我们将进一步去认识电与磁的规律。一、新课引入线圈与电流表相连，把磁体的某一个磁极向线圈中插入、从线圈中抽出时，电流表的指针发生了偏转，但两种情况下偏转的方向不同，这说明感应电流的方向并不相同。感应电流的方向与哪些因素有关?（动图展示实验过程）二、新课教学（一）影响感应电流方向的因素电流的方向，看不见摸不着，那怎么办呢？对了，电流表指针的偏转方向通过它我们可以推断电流方向。电流的方向可以看到了，下面来看实验。课本实验：探究影响感应电流方向的因素电流的方向可以看到了，下面来看实验。把器材都连接好，然后把条形磁铁的N极分别插入线圈和从线圈中拔出。将磁铁翻转，然后把S极分别插入线圈和从线圈中拔出。记下电流表的偏转方向，然后推算出电流方向。问题1：电流方向有了，它跟什么有关呢？这要看电流是怎么产生的？咱们知道感应电流是由磁通量变化引起的。那电流方向应该也和:它有关，具体是什么关系呢？先把磁场找出来，条形磁铁磁感线外部是N到S，所以磁铁的磁场是这样的。先看这两个，当磁铁靠近或插入线圈时穿过线圈的磁通量增大。但是感应电流的方向却不是一样的，说明磁通量增加不能判断感应电流的方向。同样当磁铁离开或从线圈中拔出时也一样。说明磁通量的增减不能判定感应电流的方向，即实验并不能直接显示出感应电流的方向与磁通量变化的关系。问题2：那该怎么判断感应电流的方向呢？进一步分析可以想到，磁体周围存在磁场，感应电流也会产生磁场。感应电流磁场的磁通量与磁体磁场的磁通量有没有联系呢?由于线圈的横截面积是不变的，磁通量的变化可以用磁场的变化来体现。感应电流的方向与磁场的方向有关，我们应该选择磁体的磁场和感应电流的磁场进行分析。即：通过中介：感应电流的磁场来判断。下面先看甲图的情况，为了更加清晰的说明问题，通过表格来比较图。磁铁磁场的方向，条形磁铁磁感线外部是N到S，但是我们研究的是穿过线圈的那部分磁场，其它的不考虑，所以磁铁磁场的方向是向下的。感应电流方向：图中已经标出了感应电流的方向，俯视图，逆时针方向。感应电流的磁场方向：磁场方向我们用右手定则就好了，这个是一个通电螺线管，所以根据右手螺旋定则，四指电流环绕方向，拇指就是N极所指的方向。感应电流的磁场方向是向下的。同理乙图也是如此。（为了更加清晰的展示这个过程使用动图展示）线圈内磁通量增加情况图号磁铁磁场的方向感应电流方向感应电流的磁场方向甲向下逆时针（俯视）向上乙向上顺时针（俯视）向下所以当磁铁靠近或插入线圈时穿过线圈的磁通量增大，感应电流产生的磁场和磁铁的磁场方向相反。再来看这丙丁这个两个，穿过线圈的原磁场的方向是向下，感应电流方向是顺时针（俯视），感应电流的磁场方向是向下的。丁也是穿过线圈的原磁场的方向是向上，感应电流方向是逆时针（俯视），感应电流的磁场方向是向上的。线圈内磁通量增加情况图号磁铁磁场的方向感应电流方向感应电流的磁场方向丙向下顺时针（俯视）向下丁向上逆时针（俯视）向上所以你会发现当磁铁离开或从线圈中拔出时穿过线圈的磁通量减小，感应电流产生的磁场和磁铁的磁场方向是相同的。也就是说，甲乙线圈磁通量增加时，感应电流产生的磁场和磁铁的磁场方向是相反的。丙丁线圈磁通量减少时，感应电流产生的磁场和磁铁的磁场方向是相同的。可以概括为增反减同。问题3：这时感应磁场的方向，对磁通量的变化有何影响呢？当穿过回路的磁通量增大时，感应电流的磁场与原磁场方向相反，它会阻碍磁通量增大。当穿过回路的磁通量减小时，感应电流的磁场与原磁场方向相同，他会阻碍磁通量减小。也就是说感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量变化，这就是楞次定律。（二）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。用它来判断感应电流方向，但是它不能直接得到感应电流的方向，只是可以找到感应磁场的方向，再右手螺旋定则就可以得到感应电流的方向了。它的整个过程是这样的原磁场（指穿过回路的磁场）引起闭合电路磁通量的变化，进而产生感应电流，根据奥斯特电流的磁效应，它会激发磁场。我们称为感应电流磁场（增反减同），它反过来会阻碍闭合电路磁通量的变化，这个过程就是这样的。1.理解阻碍咱们已经学过了楞次定律，他的关键在于阻碍。从不同的方向来理解：①谁在阻碍？感应电流产生的磁场。②阻碍谁？阻碍的是磁通量的变化，而不是磁通量本身。不能简单的认为感应电流产生的磁场总是与原磁场方向相反。③那怎么阻碍呢？当穿过回路的磁通量增大时，感应电流的磁场与原磁场方向相反，他会阻碍磁通量增大。当穿过回路的磁通量减小时，感应电流的磁场与原磁场方向相同，也就是增反减同。④最后阻碍效果如何呢？阻碍不是阻止，阻碍的结果是阻碍磁通量变化变得慢了，但最终还是要变。所以阻碍不一定相反、阻碍不是阻止。2.楞次定律与能量守恒。先来看一个神奇的实验。（动图展示磁铁通过铝管）为什么磁铁下落得慢？实验分析：可以把实验简化成：一块儿条形磁铁N极向下自由下落，穿过一个螺线管。磁铁N极在下，所以穿过线圈的磁场是这样的。当磁铁靠近线圈时，穿过线圈的磁通量增大。根据增反减同感应电流的磁场应该是这样的，根据感应磁场的方向，可以将螺线管儿看做这样一个电磁铁。同名磁极相互排斥，阻碍磁铁向下运动。这是当磁铁靠近时，那当磁铁离开线圈时呢？这时磁铁s极向上，所以穿过线圈的磁场是这样的。磁极远离线圈，因此穿过线圈的磁通量减小。根据增反减同，所以感应磁场的方向是这样的。如果再把线圈儿看做一个电磁铁，电磁铁的下端为N极，这俩是同名磁极，相互吸引阻碍磁铁离开线圈。上述现象可以概括为来拒去留，感应电流所产生的磁场总是阻碍磁铁的运动，从而阻碍磁通量变化。这就可以解释思考与讨论的现象了。思考讨论：把磁铁靠近（远离）一个掉着的铝环，会有什么现象？（实验演示）①铝环产生感应电流，铝环中的感应电流产生了磁场从而产生相互排斥的现象。②产生相互吸引的现象。再回过来看磁铁，穿过线圈过程中的能量转化。让磁铁自由下落高度h，此时的速度记为v，拿走线圈让磁铁下落相同的高度h，此时的速度记为v0。没有线圈时：EP减少→Ek0。有线圈时：EP减少→Ek0，还有电能。因为无论是使磁铁接近或离开线圈儿都受到一个阻力的作用。所以下落同样高度时，速度要比自由落体小。下落高度一样，磁铁重力势能减少量是一样的，但有线圈时末速度小所以末动能小。也就是说此时有一部分重力势能没有转变为磁铁的动能，丢失的重力势能去了哪里呢？对了线圈中产生了感应电流，丢失的重力势能转变成电能啦。由此可见楞次定律也遵循能量守恒定律，阻碍过程伴随着能量转化。总结：楞次定律也遵循能量守恒定律，它对相对运动的阻碍表现为来拒去留，在阻碍过程中伴随着能量转化。3.楞次定律的应用它的基本步骤是：以右图为例。一方向：明确原磁场的方向。条形磁铁的N极向下，根据磁铁的外部磁感线从N极到S即，所以穿过线圈的磁感方向向下（一定要注意是穿过要研究的线圈的磁场方向）。二变化：判断磁通量如何变化。磁通量是在增加还是减少，磁铁向下运动，所以磁通量在增加。三阻碍：根据原磁场方向和磁通量变化，利用增反减同确定感应电流的磁场方向。原磁场方向下在增多，所以感应电流的磁场方向向上。四一抓：根据感应磁场的方向，用右手螺旋定则确定感应电流的方向。右手定则式子是这样的，弯曲的四指是电流方向，拇指是磁场方向。所以电流方向是这样的。总结：一方向、二变化、三阻碍、四一抓。以上讨论的例子里，他的磁通量变化是由于磁铁运动引起的，电路变化也能引起磁通量变化，这次咱们来看课本的例子。课本例题课本例题例题1：法拉第最初发现电磁感应现象的实验如图所示，软铁环上绕有M、N两个线圈，当M线圈电路中的开关断开的瞬间，线圈N中的感应电流沿什么方向？在这里先要了解一个只是，电流变化时会产生磁场（这是前面学习过的奥斯特的电流磁效应），这个磁场可以可以沿着铁心传递，即所谓的磁路。解题提示：办法一方向、二变化、三阻碍、四一抓。按照步骤来看一方向：先找原磁场的方向。没断开开关时，M中的电流方向是这样的，根据右手螺旋定则，磁场方向是这样的，因此N线圈中原磁场的方向是向下的。二变化：明确磁通量的变化。开关断开的瞬间，铁环中的磁场迅速减弱，穿过线圈N中的磁通量减少。三阻碍：根据原磁场方向和磁能量变化，利用增反减同。原磁场磁通量减小，感应磁场方向和原磁场方向一样，也朝下。四一抓：用右手螺旋定则确定感应电流的方向。根据右手螺旋定则，拇指指感应磁场方向。握一下，四指握的就是电流方向。所以线圈中感应电流方向应该是这样的。由此可见，电流方向的判断方法依然适用。下面我们再看一个更加复杂一点儿的例子。例题2：在长直载流导线附近有一个矩形线圈ABCD，线圈与导线始终在同一个平面内。线圈在导线的一侧左右平移时，其中产生了A-B-C-D-A方向的电流。已知距离载流直导线较近的位置，磁场较强。请判断：线圈在向哪个方向移动?解题提示：按照步骤来看一方向：先找原磁场的方向。导线中的电流方向是这样的，根据右手螺旋定则，磁场方向是这样的，左边是打点出来，右边是打叉进去。变化：明确磁通量的变化。现在是不知道磁通量的变化，但是知道了感应电流的方向。所以先看一抓，用右手螺旋定则确定感应电流的方向。根据右手螺旋定则，拇指指感应磁场方向。握一下，四指握的就是电流方向。所以线圈中感应电流产生的磁场方向应该是这样的打点出来。和原磁场方向相反，利用增反减同，说明穿过线圈的原磁场磁通量减小，题目中说距离载流直导线较近的位置，磁场较强。所以是远离导线，即向右运动。（三）右手定则咱们知道导体切割磁感线也会产生感应电流，那怎么判断感应电流的方向呢？用前面学的楞次定律当然可以，但还有更简单的方法。先来看这样思考讨论的例子。思考与讨论：一根金属棒CD放在金属导轨上，当金属棒CD在磁场中向右运动时。我们研究的是哪个闭合导体回路?当导体棒CD向右运动时，穿过这个闭合导体回路的磁通量是増大还是减小?（感应电流的磁场应该是沿哪个方向的?导体棒CD中的感应电流是沿哪个方向的?解答：1.组成的闭合回路只有CDEF，所以研究的是CDEF。当金属棒向右运动时，磁感应强度不变，回路的面积增大所以穿过回路的磁通量增大。根据增反减同所以感应磁场垂直纸面向外。4.用右手螺旋定则，可以知道回路中的感应电流方向是逆时针的。用楞次定律来判断，需要经过四步，逻辑性强，过程繁琐。有这样一个更简单的方法：伸开右手让拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在一个平面内，让磁感线垂直从手心进入，拇指指向导体运动的方向，其余四指指的就是感应电流的方向，这就是右手定则。右手定则使用非常方便。看这个例子：U形磁铁N极在上金属棒向右运动，感应电流朝哪儿呢？N极在上，所以磁感线是向下的。磁感线穿掌心，右手掌心向上，大拇指指向运动方向，此时四指向里，因此感应电流的方向是向里的。在刚才的例子中，磁感应强度必需与导线的运动方向和导线的感应电流方向两两垂直。回到刚才的例子，使用右手定则来判断感应电流的方向，只需伸出右手即可。问题1：原来还学过左手定则，那什么时候用哪只手呢？1.右手定则与左手定则右手定则，用来来判断导体切割磁感线产生电流方向的，还有就判断电流磁效应产生的磁感线的方向。左手定则，用来判断通电导线在磁场中所受安培力的方向或者运动电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向。可以简单概括：“力”→“丿”向左边→左手，“电和线”→“し”都是向右边→右手。联系：“四指”和“手掌”的放法和意义是相同的，唯一不同的是拇指的意义。四指都是指向电流方向，磁感线都是扎手心。问题2：咱已经学过了右手定则和楞次定律，他们都可以判断感应电流的方向，那两者之间是什么关系呢？2.右手定则与楞次定律楞次定律右手定则区别研究对象整个闭合回路切割磁感线运动的导体适用范围各种电磁现象只适用于一段导体在磁场中做切割磁感线运动的情况应用用于磁感强度随时间变化而产生的电磁感应现象较方便用于导体切割磁感线产生的电磁感应现象较方便联系右手定则是楞次定律的特例楞次定律的使用范围更广，右手定则可以看做楞次定律的一种特殊情况。课堂练习例1：在图中，线圈M和线图P绕在同一个铁芯上。(1)当闭合开关S的一瞬间，线圈P中感应电流的方向如何?(2)当断开开关S的一瞬间，线圈P中感应电流的方向如何?解：按照步骤来看，一方向：先找原磁场的方向。开关闭合瞬间，M中的电流方向是这样的，根据右手螺旋定则，磁场方向是这样的向右，磁场可以沿着铁芯传递，因此P线圈中原磁场的方向是向右的。二变化：明确磁通量的变化。开关闭合瞬间，P线圈中的磁场迅速增强，穿过线圈p中的磁通量增加。三阻碍：根据原磁场方向和磁能量变化，利用增反减同。原磁场磁通量增加，感应磁场方向和原磁场方向相反，向左。四一抓：用右手螺旋定则确定感应电流的方向。根据右手螺旋定则，拇指指感应磁场方向。握一下，四指握的就是电流方向。所以线圈p中感应电流方向应该是这样的：从左过电流表到右。开关断开与之相反。例2：在图中CDEF是金属框，框内存在着如图所示的匀强磁场。当导体MN向右移动时，请用据次定律判断MNDC和MNEF两个电路中感应电流的方向。解法一：导体棒运动，直接用右手定则。磁感线是向下的，磁感线穿掌心，右手掌心向上，大拇指指向运动方向，此时四指向由M到N，因此感应电流的方向是从M到N。电流到达N节点后向两边分流，所以有MNDC中感应电流方向：M→N→C→D→M，MNEF中感应电流方向：M→N→F→E→M。也可用楞次定律。解法二：按照步骤来看一方向：先找原磁场的方向。先研究MNDC，MNDC磁场方向是垂直纸面向里。二变化：明确磁通量的变化。MN向右移动，MNDC的面积减少，所以磁通量减少。三阻碍：根据原磁场方向和磁能量变化，利用增反减同。原磁场磁通量减少，感应磁场方向和原磁场方向相同，垂直纸面向里。四一抓：用右手螺旋定则确定感应电流的方向。根据右手螺旋定则，拇指指感应磁场方向。握一下，四指握的就是电流方向。所以线框MNDC中感应电流方向应该是这样的：M→N→C→D→M（顺时针）。反之，MNEF中感应电流方向：M→N→F→E→M（逆时针）。〖板书设计〗2.1楞次定律1.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。楞次定律的两种描述∶增反减同，来拒去留。楞次定律的应用步骤①方向∶明确原磁场方向②变化∶判断磁通量如何变化③阻碍∶利用增反减同确定感应电流的磁场方向④一抓∶利用安培右手定则判断感应电流方向4.右手定则〖教学反思〗①楞次定律的内容比较多，如果全部都讲完，一节课不够，但是不讲学生的知识结构就不完整。所以本课内容安排1.5个课时。②教学中，着重理解好楞次定律中的阻碍，原磁场的方向、感应电流的磁场方向、磁通量的变化等这些概念。具体解题应用上，给学生总结了一套解题的步骤。但更多是的在理解的基础上灵活应用。③学生对增反减同、来拒去留、增缩减扩的理解感到困难，以为是新的定理。增反减同从磁场方向来理解，来拒去留是从相对运动阻力方向来理解，增缩减扩主要从安培力的合力来理解，但最终都是楞次定律中的“阻碍”。2.2法拉第电磁感应定律〖教材分析〗法拉第电磁感应定律是电磁感应这章节的核心内容。从知识延伸拓展上看，它与电磁场和稳定电流有紧密联系，又是下一章交变电流的基础。它既是本章的教学重点，也是教学难点。在以前我们已经学习并掌握了恒定电流、感应电流的产生条件、电源电动势和磁通量的相关知识，已经构建起变化量和变化率的概念。学生学习起来困难不大。〖教学目标与核心素养〗物理观念∶知道感应电动势的概念，体会物理观念的生成过程。科学思维∶通过实验理解法拉第电磁感应定律及数学表达式，体会物理模型建立及物理方法在物理规律形成中的作用。科学探究：经历分析推理得出法拉第电磁感应定律的过程，体会用变化率定义物理量的方法。科学态度与责任∶感受科学家对规律的研究过程，学习他们对工作严肃认真不怕困难的科学态度。〖教学重难点〗教学重点：法拉第电磁感应定律。教学难点：平均电动势与瞬时电动势的区别。〖教学准备〗多媒体课件、发电机、学生电源、开关、线圈、条形磁铁等。〖教学过程〗一、新课引入穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，闭合导体回路中就有感应电流。感应电流的大小跟哪些因素有关？动态图展示：导体棒切割磁感线的过程。二、新课教学问题：感应电流的大小跟哪些因素有关？动画演示实验一：导体棒切割磁感线。用金属棒切割磁感线产生感应电流，但是当金属棒运动速度越快时，电流表指针偏转越大，越慢时电流表指针偏转越小，看来感应电流的大小与金属棒的运动速度有关。实验二：把条形磁体往下插入线圈。当插入速度很快时，电流表指针偏转大；当能插入速度很慢时，电流表指针偏转小。看来感应电流的大小和插入磁铁的快慢有关。实验分析：上述两个个实验中，插入磁铁越快，会导致线圈中的磁场变化越快，那穿过线圈的磁通量变化也越快。同样的金属棒运动越快回路中面积变化就越快，穿过回路的磁通量变化也越快。在两个实验都说明，当穿过闭合回路的磁通量变化越快时，回路中的感应电流就越大，而在回路中电阻一定的情况下，感应电流的大小可能与磁通量变化的快慢有关，而磁通量变化的快慢就是磁通量的变化率。也就是说，感应电流的大小与磁通量的变化率有关。通过下面的做一做来验证这个结论。做一做实验装置如图所示，线圈的两端与电压表相连。将强磁体从长玻璃管上端由静止下落，穿过线圈。分别使线圈距离上管口20cm、30cm、40cm和50cm,记录电压表的示数以及发生的现象。

分别改变线圈的匝数、磁体的强度，重复上面的实验，得出定性的结论。结论：感应电流的大小跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。（一）电磁感应定律在闭合回路中要有电流通过，那这个电路一定有电源。在电磁感应现象中，闭合回路里有感应电流，那自然也一定有电动势，这个电动势是在电磁感应中产生，被称为感应电动势，而产生他的那部分导体就相当于电源。所以产生感应电动势为电磁感应现象的本质。在电磁感应现象中可以没有感应电流，但一定会有感应电动势，实际上是先有感应电动势，然后看电路闭合情况才决定有没有电流。两者的关系满足闭合电路欧姆定律，即。前面说了感应电流的大小与磁通量的变化率有关。所以闭合电路中感应电动势的大小也跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。这就是著名的法拉第电磁感应定律。用磁通量的变化量除以变化的时间就是它的变化率。这个式子就表示E与磁通量的变化率成正比。这个k就是比例常量，通过大量的实验证明这个k就等于1。所以电磁感应定律也可以写成这样（单匝线圈）（n匝线圈）我们知道磁通量Φ=BS，那么磁通量的变化就可以是磁场变化、正对面积变化、两者同时变化引起的。所以上述表达式又可以延伸为：①磁通量的变化是由磁场变化引起时，ΔΦ＝ΔB·S，则。②磁通量的变化是由面积变化引起时，ΔΦ＝B·ΔS，则。③如果磁通量的变化是由面积和磁场变化共同引起时，则根据定义求，ΔΦ＝Φ末－Φ初，有。课堂练习例1：关于电磁感应，下述说法正确的是（）A.穿过线圈的磁通量越大，感应电动势越大B.穿过线圈的磁通量为0，感应电动势一定为0C.穿过线圈的磁通量的变化越大，感应电动势越大D.穿过线圈的磁通量变化越快，感应电动势越大解题提示：感应电动势的大小与闭合电路中感应电动势的大小也跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。也就是磁通量的变化与时间的比值。例2：一个1000匝的线圈，在0.4s内穿过它的磁通量从0.02Wb增加到0.09Wb。求线圈中的感应电动势。如果线圈的电阻是10Ω，把一个电阻为990Ω的电热器连接在它的两端，通过电热器的电流是多大？解题提示：。接入电阻后电路如图所示，根据闭合电路欧姆定律有（二）导线切割磁感线时的感应电动势前面我们已经学过导线切割磁感线，磁通量会变化便会产生感应电动势，并且可以用这个公式来算出感应电动势。现在咱们来研究它另一种更常用的算法。比如这个金属帮在匀强磁场中，导轨之间的这一段长度是L，磁场的磁感应强度是B，当金属棒以速度v切割磁感线，你知道产生的感应电动势是多少吗？用这个式子来算感应电动势，咱就得找到的比值，先说ΔΦ，他等于磁感应强度乘以面积的变化量，即ΔΦ=B·ΔS…………①接下来重点算一下ΔS，假设金属棒从MN到M1N1运动的时间是Δt，在这段时间里，他运动了这段距离就是v·Δt，而金属棒在导轨之间的这一段长度是L，所以用长乘以宽就是这段时间内面积的变化量，即ΔS=Lv·Δt…………②把②带进①这个公式得ΔΦ=B·Lv·Δt…………③接着把③带回这个公式得，上下约去Δt就得到了E=BLv这就是感应电动势的另一种算法。其中B是磁感应强度，L是切割磁感线的导线长度，v是导体相对于磁场的运动速度。在刚才的推导中，磁场是匀强磁场，并且磁场的方向，导体棒放置的方向和导体棒的运动方向，三者是相互垂直的。所以这个公式要成立，有两个条件必须满足。第一，B是匀强磁场，第二，B、L、v相互垂直。问题1：要是B、v不垂直怎么计算呢？1.导体斜割磁感线比如磁场是这样的竖直向下，导体棒为L垂直于纸面这样放置，斜向下运动。它与磁场的夹角是θ，此时产生的感应电动势又是多少呢？你已经学过只有导体切割磁感线时才会产生感应电动势。若把这个速度分解成这两个方向的分量：垂直于磁感线的分量v1=vsinθ平行于磁感线的分量v2=vcosθ。你会发现只有在这个方向上运动才会切割磁感线，也就才会产生感应电动势，所以在计算电动势时，速度v得代入它在水平方向的分量E=BLvsinθ当θ=0时，v与B平行，不切割磁感线，所以E＝0。当θ=90时，v与B垂直，切割磁感线，所以E＝BLv。能够和前面的很好对应，大家使用这个公式时一定要注意角度的问题。问题2：要是L、v不垂直又该如何求感应电动势呢？2.L为有效切割长度方法：要找切割磁感线的分速度，把速度分解成平行于导线的分量和垂直于导线的分量。显然只有垂直于导线的分量才会切割磁感线，进而产生感应电动势。所以感应电动势E=BLvsinθ这个式子也可以写成这样E=BvLsinθ，这个Lsinθ在图中来看就是这一段长度，也就是导线垂直于运动方向上的投影。即有效切割长度，为导线垂直于运动方向上的投影。以后如发现导体与磁场垂直，但是却和运动方向有夹角时，就用有效切割长度来算感应电动势。例如：这个导线，现在分为两段，所以我们分两段找它们在速度方向的投影。圆弧切割产生的感应电动势时，你就可以用连接圆弧首尾的线段来代替，也是投影。3.两个公式的比较E＝BLv适用范围普遍适用磁场变化：面积变化：S：线圈内部磁场的面积导体切割磁感线运动相互垂直研究对象回路中产生的感应电动势某部分导体电动势物理意义Δt：某一段时间平均感应电动势v：瞬时速度瞬时感应电动势当然这也不完全绝对，若这个Δt趋近于零，这个公式算出的也是瞬时感应电动势。若这个v是平均速度，那这个公式算出的就是平均感应电动势。课堂练习例3：当航天飞机在环绕地球的轨道上飞行时，从中释放一颗卫星，卫星与航天飞机保持相对静止，两者用导电缆绳相连，这种卫星称为绳系卫星，利用它可以进行各种科学实验。现有一颗绳系卫星在地球赤道上空沿东西方向运行。卫星位于航天飞机正上方，它与航天飞机间的距离是20.5km，卫星所在位置的地磁场为B＝4.6×10-5T，沿水平方向由南向北。如果航天飞机和卫星的运行速度是7.6km/s，求缆绳中的感应电动势。解：可以看成是导体切割磁感线。E=BLV=7.2×103V如图，若接入的电阻R=14Ω，ab的电阻为0.4Ω，求感应电流的大小？由闭合电路欧姆定律：问题3：既然导体棒切割磁感线会有感应电动势产生，那么谁提供非静电力呢？思考与讨论如图，导体棒CD在匀强磁场中运动。自由电荷会随着导体棒运动，并因此受到洛伦兹力。导体棒中自由电荷相对于纸面的运动大致沿什么方向?为了方便，可以认为导体棒中的自由电荷是正电荷。导体棒一直运动下去，自由电荷是否总会沿着导体棒运动?为什么?导体棒哪端的电势比较高?以上讨论不必考虑自由电荷的热运动。分析：当金属棒往右运动时，这些正负电荷也往右运动，所以在其电荷在磁场中就会受到洛伦兹力的作用。根据左手定则，正电荷受向上的洛伦兹力，负电荷手向下的洛伦兹力。当然，题目说了自由电荷是正电荷，所以只有正电荷自由移动到金属棒上端，下端因为失去正电荷而带负电，在正电荷移动过程中形成电流，和右手定则的判定的方向也是一致的。随着金属棒的运动下面会带负电，上面带正电，这样在金属棒内部就会建立一个电场，所以运动的电子除了要受洛伦兹力以外，还会再受到一个电场力，直到洛伦兹力和电场力平衡为止。自由电荷就不再移动了。C端因为聚集有大量的正电荷，所以电势高，把导体棒看成一个电源，它就相当于电源的正极。动态图展示：导体棒切割磁感线的微观过程。4.动生电动势①由于导体运动而产生的电动势叫动生电动势②非静电力是洛伦兹力提供③导体棒就相当于与电源④导体棒还会受到安培力的作用〖板书设计〗2.2法拉第电磁感应定律1.电磁感应定律闭合电路中感应电动势的大小也跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。①磁场变化引起时，则。②面积变化引起时，则。③面积和磁场变化共同引起时，则。θ=0，v与B平行，不切割磁感线，E＝0导体棒切割磁感线E=BLvsinθθ=90时，v与B垂直，切割磁感线，E＝BLv①l为切割磁感线的有效长度，即导线垂直于运动方向上的投影②两个公式的比较③动生电动势〖教学反思〗①本节课的拓展内容比较多，也是比较抽象的。主要分为两部分一个磁场变化产生的感应电动势的表达式，另一个是导体切割磁感线运动的特殊表达式。讲解好相应的拓展内容有助于学生形成完整的知识体系。只是在时间的的掌控上注意把节奏。②教学中，因为有前面学习过的磁通量的变化、以及变化率、感应电流的产生条件、恒定电路等的知识作为基础，在推导法拉第电磁感应的表达式上就比较轻松，比较困难的是两个公式的比较，以及使用的范围。③法拉第电磁感应定律学习起来比较繁琐，它是由实验推出理论，然后总结成公式。这就要先分析实验结论，才能推导公式。这些是比较枯燥的估计学生也不大能够集中注意力听。后面还有公式的运用和公式的变形，这些都是比较抽象，但是又是十分重要的知识点。本节课应试图改变这种枯燥的课题氛围，在课堂中大量采用动图的形式展示实验过程，达到吸引学生注意力的目的。当然也有一些不足之处，如时间把握得还不够到位，问题的设置还不够精炼，对于学生情绪的变化没能够及时转变课堂教学等。2.3涡流、电磁阻尼和电磁驱动〖教材分析〗感生电动势和前面的动生电动势相对应。涡流是一种特殊的电磁感应现象，在生产、生活记实验教学等方面有许多应用。教学内容主要学习涡流及其成因，涡流的热效应、磁效应等。电磁阻尼和电磁驱动通过演示实验进行实例分析后得出概念即可。〖教学目标与核心素养〗物理观念∶通过感生电场及感生电动势的提出，体会物理概念的产生过程。科学思维∶通过涡流的实例分析，体会物理模型在探索自然规律中的作用。科学探究：通过演示实验探究，知道什么是电磁阻尼和电磁驱动现象，并能分析二者的不同点和相同点，以及实质。科学态度与责任∶通过涡流、电磁阻尼和电磁驱动在生产、生活中的应用，体会科学对社会发展的推动作用。〖教学重难点〗教学重点：1.涡流的概念及其应和实例分析。2.电磁阻尼和电磁驱动的实例分析。教学难点：电磁阻尼和电磁驱动的实例分析。〖教学准备〗多媒体课件、电磁驱动演示仪、示教电表、示教电动机等。〖教学过程〗一、新课引入（展示动态图片：半边铁锅煮蛋）在电磁炉的炉盘下有一个线圈。电磁炉工作时，它的盘面并不发热，在炉盘上面放置铁锅，铁锅会发热。你知道这是为什么吗?二、新课教学（一）电磁感应现象中的感生电场1.感生电动势英国物理学家麦克斯韦经过研究后提出：变化的磁场能够在它的周围产生一种电场线是闭合曲线的电场。叫作感生电场。这种电场与静电场不同，它不是由电荷产生的。将闭合导体放入变化的磁场中后，变化的磁场会产生感生电场，导体中的自由电荷受到感生电场的作用力发生定向移动，从而形成感应电流和感应电动势，称为感生电动势。感生电动势的成因：感生电场的电场力对电荷做功。在上图中产生的感生生场就会使这个电子加速，刚才说的这个装置，就叫做电子感应加速器。（动图展示：电子感应加速器。）2.电子感应加速器①电子感应加速器的结构如图所示，上、下为电磁体的两个磁极，磁极之间有一个环形真空室，电子在真空室中做圆周运动。电磁体线圈中电流的大小、方向可以变化，产生的感生电场使电子加速，最终获得很大的速度和能量。②电子感应加速器的原理如图磁场方向由下向上，如果从上向下看，电子沿逆时针方向运动。电子带负电，它在电场中受力的方向与电场方向相反。所以为使电子加速，产生的电场应沿顺时针方向。根据楞次定律，为使真空室中产生顺时针方向的感生电场，磁场应该由弱变强。也就是说，为使电子加速，电磁体线圈中的电流应该由小变大。（二）涡流实验：把绝缘导线缠绕在块状的铁芯上。导线中通有交流电。过一会用手摸一下铁芯会感到什么？分析：当导线中通有交流电时，铁芯中就会产生一个变化的磁场，由于铁心可以导电，因此他从内向外可以看作是一个个独立的方形回路。那么在这些回路中就会产生感应电流，放出热量。过一会用手摸一下铁芯会感到铁芯明显发热。涡流的概念：把块状金属置于变化的磁场中时，金属块内将产生感应电流，这些电流在金属块内形成一个个闭合回路，很像水的漩涡，因此他们叫做涡电流，简称涡流。1.涡流的作用——真空冶炼炉知道了涡流产生的原因，再来说说他有什么用。当金属块的电阻比较小时，形成的涡流的电流强度就会很大，进而产生大量的焦耳热。工业上的感应冶炼炉，就是利用涡流的热效应来熔炼金属。如图，冶炼炉外绕有线圈，冶炼炉内装有待冶炼的金属。将大功率的高频交流电源与线圈连接后，高频交流电在线圈儿内激发出很强的磁场，这时炉内被冶炼的金属中会产生强大的涡流，并释放出大量的焦耳热，从而将待冶炼的金属融化。（动图展示：涡流冶炼金属）真空冶炼炉的优点：加热速度快，能量损失小，温度容易控制，能避免杂质混入等。2.实例分析——电磁炉你要是觉得刚才的例子都不容易见得着，我再给你说个你一定见过的东西，电磁炉。它的原理图是这样的，把电磁炉接入频率较低的交流电，电流经过内部电路整流变为高频交流电，高频交流电通入线圈后，线圈周围就产生了很强的磁场，当电磁炉上放有专用的锅具时，变化的磁场会在导磁体制成的锅底中产生无数的涡流，使锅体本身高速发热，进而达到加热锅内食物的目的。这个锅是有金属导体制成的才得，所以你知道半边锅煮鸡蛋的原理了吗。3.涡流的热效应的防止虽然涡流可以有很多用途但有时候他也会造成麻烦。比如当变压器工作时，他的铁心中会产生很大的涡流，使铁心放热，从而浪费大量的电能，甚至还可能烧坏仪器。常见的仪器中电动机也存在相同的问题。方法：一是增大铁芯材料的电阻率，比如用硅钢来制做铁芯，由于硅钢的电阻率比普通钢大得多，使得铁心的电阻也增大了很多，这样涡流的热损耗就大大降低。另一个方法是相互绝缘的硅钢屁大了很多，这样蜗牛的热损耗就大大降低啦。另一个方法是相互绝缘的硅钢片叠成的铁芯代替整块的硅钢铁芯。这样也可以增大回路电阻，削弱涡流的发热。4.涡流的磁效应及其应用应用：机场安检用的安检，军事上用的探雷器，还有寻找地下矿产的探测等。原理：把金属探测器的结构简化一下是这样。他工作时让变化的电流通过线圈，产生不断变化的磁场。如果探测器靠近金属，就能在金属内部产生涡流，这涡流又会产生磁场，反过来影响探测器的磁场，让探测器发出报警声。（三）电磁阻尼思考与讨论一个单匝线圈落入磁场中，分析它在图示位置时感应电流的方向和所受安培力的方向。安培力对线圈的运动有什么影响?磁电式仪表的线圈常常用铝框骨架、把线圈绕在铝框上，指针也固定在铝框上。假定仪表工作时指针向右转动，铝框中的感应电流沿什么方向?由于铝框转动时其中有感应电流，铝框要受到安培カ。安培力是沿什么方向的?安培力对铝框的转动产生什么影响?分析：根据楞次定律的右手定则，可知线框的感应电流方向如图所示，再根据左手定则可知安培力方向如图所示，正好与运动的方向相反，起到阻碍导体的运动的作用。铝框转动分析：磁感线从右向左，当铝框在向右转动过程中，磁通量在增加，根据楞次定律可知，产生的感应电流的方向是逆时针，即左边电流出来，右边进去。切割磁感线的只有两边的这两根，根据左手定则安培力方向如图所示，阻碍铝框的转动。像刚才这两个个例子中，由于导体在磁场中运动，发生了电磁感应现象，感应电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是阻碍导体的运动，这种现象称为电磁阻尼。应用：磁电式仪表、电气机车的电磁制动、阻尼摆。实例分析1：电磁阻尼能使震动和摆动迅速停止的特点，应用在了很多电学仪器中，如电压表和电流表使用时要求指针的外头很快停下来，以便准确读数。在制作电流表时，把电路板的线圈绕在铝框上，当被测电流通过线圈时，线圈带动指针和铝框一起转动，铝框中产生涡流进而出现电磁阻尼的现象，使指针能很快的静止下来。实例分析2：（动图展示）灵敏电流计的指针太过灵活，很容易在运输时由于摆动而折断。为了避免这种情况，在运输时常常用导线把正负两个接线柱连在一起，使表内的线圈和接线柱构成一个闭合回路，这样如果它的指针摆动，就会在线圈中产生感应电流，接着出现电磁阻尼的现象，使指针很快的停止运动就不容易折断。（四）电磁驱动当磁场静止，金属块或线圈相对磁场运动时会受到与运动方向相反的安培力，使金属块或线圈儿很快停止运动。反过来，如果线圈不动，让磁场运动，那么线圈儿也会受到安培力。咱们来看一个利用电磁驱动的演示模型。演示实验：如图所示，一个铝框放在蹄形磁体的两个磁极间，可以绕支点自由转动。转动磁体，观察铝框的运动。怎样解释铝框的运动?（动图展示）分析：当摇动把手，旋转U型磁铁时穿过铝框的磁通量发生变化，铝框中产生感应电流，使铝框受到安培