法拉第电磁感应定律复习课教学设计

法拉第电磁感应定律复习课教学设计扬州大学附属中学陈永根【设计思路】法拉第电磁感应定律是电磁学的核心内容，它既与电场、磁场和稳恒电流有紧密联系，又是集力学、电磁学于一体的综合应用单元，同时也是后面学习交流电、传感器等知识的理论根底。高三一轮复习在理解物理概念，归纳总结定理定律的根底上，对知识点进行梳理，逐步渗透、建立模型，重视知识的内涵与外延，逐步形成系统化、网络化，为第二轮复习打下坚实的根底。本节课从磁通量的变化情况入手，应用类比的方法理解磁通量的变化与变化率，归纳总结出法拉第电磁感应定律，并演绎出感生电动势与动生电动势，主要讨论动生电动势的形成原因、公式及其使用。电磁感应问题综合要求较高，要帮助学生建立一些常规模型，形成解决问题的一般思路，特别重视电磁感应的三个问题：电路问题、动力学问题与能量转化问题。本节课的磁通量概念、切割磁感线及电磁感应中的电路结构等问题对学生的空间想象能力、抽象思维能力要求较高，为解决这一难题，设计了系列几何画板课件，变抽象为直观，变静态为动态，有利于学生理解抽象的知识，建立空间模型，大大提高了课堂教学效率。【教学目标】〔一〕知识和能力目标1．知道感应电动势的概念，会区分Φ、ΔΦ、并理解它们的物理意义。2．理解法拉第电磁感应定律的内容和数学表达式，并能解答有关问题。3．知道感生电动势与动生电动势，知道公式的推导过程及适用条件，并能解答有关问题。〔二〕过程与方法目标1．教师通过类比法学习感应电动势，通过动画演示，指导学生观察分析，总结规律。2．通过分析具体问题帮助学生建立常规模型，掌握解决电磁感应的三类问题。〔三〕情感、态度、价值观目标1．让学生在探究过程中体验解决问题的成功喜悦，增进学生学习物理的情感。2．了解物理学史，体验科学家发现物理规律的艰辛和培养坚持不懈的精神。【重点与难点】重点：法拉第电磁感应定律难点：理解感生电动势与动生电动势【教学过程】复习提问1、一个电路中怎样才会有电流？2、产生感应电流的条件？(二)新课引入电磁感应的产生其精髓在于一个“变”字，即磁通量的变化，磁通量是如何定义的？怎样计算？又有哪些变化情况呢？(三)新课教学一、磁通量及其变化1、定义：穿过闭合回路磁感线的条数。2、公式：只适用于匀强磁场且B⊥S一般情况：，其中θ为磁感线与面夹角〔几何画板课件1〕3、磁通量的变化：线面垂直只有磁感应强度变化线面垂直只有面积变化磁通量是标量但有方向〔几何画板课件2〕〔根底检测4〕4、磁通量的变化率：表示磁通量变化的快慢〔为什么要提出变化率，因为实验说明感应电流大小与变化快慢有关〕类比：Φ、ΔΦ、三者关系与υ、Δυ、相似二、法拉第电磁感应定律1、定律：n为线圈匝数，相当于n个相同电源串联2、感生电动势和动生电动势⑴感生电动势：由于磁场变化而引起的电动势〔注意是随时间变化，不是随空间变化〕感生电动势产生的机理〔几何画板课件3〕Φ－t图象的斜率即为磁通量的变化率tΦ0tΦ0tΦ0tΦ0磁通量不变均匀变化拐点处变化率为零，Φ为零处变化率最大例1．(2014江苏卷)如下图，一正方形线圈的匝数为n，边长为a，线圈平面与匀强磁场垂直，且一半处在磁场中．在Δt时间内，磁感应强度的方向不变，大小由B均匀地增大到2B.在此过程中，线圈中产生的感应电动势为()A.eq\f(Ba2,2Δt)B.eq\f(nBa2,2Δt)C.eq\f(nBa2,Δt)D.eq\f(2nBa2,Δt)拓展：如何理解均匀变化？哪局部导体相当于电源？其正极在哪端？⑵动生电动势：由于导体在磁场中切割磁感线产生的电动势动生电动势产生的机理〔几何画板课件4〕条件：υ⊥B和棒，假设υ与B有夹角θ，那么E=BLνsinθ假设υ不垂直于棒或导体棒弯曲注意：L为在磁场中的垂直于速度的有效长度〔几何画板课件5、6〕例2．如下图，一直角三角形金属框，向左匀速穿过一个方向垂直于纸面向里的匀强磁场，磁场仅限于虚线边界所围的区域内，该区域的形状与金属框完全相同，且金属框的下边与磁场区域的下边在一条直线上。假设取顺时针方向为感应电流的正方向，那么金属框穿过磁场过程中的感应电流i随时间t变化的图像是以下图所示的()〔两种情况及两个公式的比照小结：我们现在将感应电动势演绎成两种情况是为了同学们更好地理解法拉第电磁感应定律，而当初法拉第经历的过程与我们相反，他历经十年归纳总结了许多电磁感应规律才最终得出法拉第电磁感应定律，为电磁学的开展奠定了根底。实际上我们学知识往往都是这样从表象到内涵，再由内涵到表象，不断地归纳和演绎，希望能给同学们以后的学习一些启示。〕〔对这两个公式一般用求平均电动势，而用求瞬时电动势，当然也可用后者求平均电动势，此时的υ应理解为一段时间的平均速度。〕例3．如下图，磁感强度B=1.2T的匀强磁场中有一折成37°角的金属导轨aob，导轨平面垂直磁场方向。一条与导轨材料相同的直导线MN垂直ob方向放置在轨道上并接触良好。当MN以υ=4m/s从导轨O点开始向右平动时，假设所有导线单位长度的电阻r=0.1Ω/m。求：⑴经过时间t后，闭合回路的感应电动势的瞬时值和平均值；⑵闭合回路中的电流大小和方向。解：(1)设运动时间为t后，在ob上移动S=νt=4t，MN的有效长度υ37υ37°(2)回路总长度总电阻电流为恒定值，因为L均匀变化，方向逆时针3、转动切割：ωoaωoaB也可由动生电动势公式推导：再由右手定那么确定电势上下例4．(2013全国卷17)纸面内两个半径均为R的圆相切于O点，两圆形区域内分别存在垂直于纸面的匀强磁场，磁感应强度大小相等、方向相反，且不随时间变化．一长为2R的导体杆OA绕O点且垂直于纸面的轴顺时针匀速旋转，角速度为ω，t＝0时，OA恰好位于两圆的公切线上，如下图，假设选取从O指向A的电动势为正，以下描述导体杆中感应电动势随时间变化的图像可能正确的选项是〔〕〔几何画板课件7〕ABCDABCD4、感应电量：与变化所需时间无关根底检测4、小结求感应电量的方法：假设电流恒定优先用，感应电流为变量只能用三、电磁感应中三类问题1、电路问题⑴首先确定电源：产生感应电动势的那局部导体相当于，其电阻相当于；感应电动势与外电路关，由法拉第电磁感应定律计算出感应电动势。⑵其次分析电路结构，画出等效电路图。RNSRNSAABBνR1R2ABBR1R2Erω〔发生电磁感应局部的导体相当于电源内电路，其余局部为外电路，利用楞次定律确定电源极性。解决电磁感应的首要问题是识别并画出等效电路图，有些电磁感应的电路比拟复杂。ω〔几何画板课件10〕能力提升1：图中有一半径为r的金属圆环位于一匀强磁场中，有一沿半径方向的金属棒绕环心O以角速度ω匀速转动，其另一端与圆环接触良好，灯泡电阻为R，棒的电阻为R0，不计圆环电阻，求通过灯泡的电流的大小和方向。拓展：假设为圆盘道理相同？假设计圆环电阻？2、动力学问题⑴感应电动势形成的电流会使导体在原磁场中受力，该力影响导体的合外力从而改变其运动状态〔即改变速度v〕，速度v的改变又会影响感应电动势及感应电流，这样使得各物理量之间相互牵连，相互制约。画一流程图⑵一般切割磁感线的问题最终会到达一种收尾状态，即加速度为的平衡状态。能力提升2：(2013安徽卷16)如下图，足够长平行金属导轨倾斜放置，倾角为37°，宽度为0.5m，电阻忽略不计，其上端接一小灯泡，电阻为1Ω。一导体棒MN垂直于导轨放置，质量为0.2kg，接入电路的电阻为1Ω，两端于导轨接触良好，与导轨间的动摩擦因数为0.5。在导轨间存在着垂直于导轨平面的匀强磁场，磁感应强度为0.8T。将导体棒MN由静止释放，运动一端时间后，小灯泡稳定发光，此后导体棒MN的运动速度及小灯泡消耗的电功率分别为〔重力加速度g取10m/s2，sin37°=0.6〕〔〕A．2.5m/s1WB．5m/s1WC．7.5m/s9WD．15m/s9W3、能量转化问题⑴只要有感应电流产生，电磁感应现象中总伴随着的转化。切割磁感线问题中的安培力是一个重要角色，它对导体棒所做功即对应着能的转化。⑵电磁感应的题目往往与知识相结合，牢固树立起能量守恒的思想对解决电磁感应问题可起到事半功倍的效果。能力提升3：(2014江苏卷)如下图，在匀强磁场中有一倾斜的平行金属导轨，导轨间距为L，长为3d，导轨平面与水平面的夹角为θ，在导轨的中部刷有一段长为d的薄绝缘涂层．匀强磁场的磁感应强度大小为B，方向与导轨平面垂直．质量