《法拉第电磁感应定律》教案

《法拉第电磁感应定律》教案教材分析法拉第电磁感应定律是电磁学的核心内容。从知识发展来看，它既与电场、磁场和稳恒电流有紧密联系，又是后面学习交流电、电磁振荡和电磁波的基础。它既是本章的教学重点，也是教学难点。教学目标与核心素养物理观念：知道感应电动势的定义.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1、教学重点：法拉第电磁感应定律的建立和应用2、教学难点：对磁通量，磁通量的变化量和磁通量变化率的理解教学过程思考引入：让学生思考并回答以下问题问题1：什么叫电磁感应现象？学生回答：利用磁场产生电流的现象问题2：产生感应电流的条件是什么？学生回答：（1）闭合电路（2）磁通量变化问题3：试从本质上比较甲、乙两电路的异同既然闭合电路中有感应电流，这个电路中就一定有电动势。问题4：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？让学生分组讨论，进行大胆的猜想感应电流的大小跟这些因素有关学生回答：1.磁场强弱2.运动速度3.线圈匝数4.磁场方向与导体运动方向5.磁通量大小6.磁通量的变化率课件展示：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。一、电磁感应定律：1.内容：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量变化率ΔΦ/Δt成正比。当电动势单位为V,磁通量单位为Wb，时间单位为s时，K的取值为1.当线圈为n匝时2.法拉第电磁感应定律的理解(1)感应电动势的大小由线圈的匝数和穿过线圈的磁通量的变化率共同决定，而与磁通量Φ的大小、变化量ΔΦ的大小没有必然联系(2)磁通量的变化率对应Φ­t图线上某点切线的斜率．思考与讨论让学生思考并回答以下问题：问题1：磁通量大,磁通量变化一定大吗?问题2：磁通量变化大,磁通量的变化率一定大吗?教师总结：磁通量的变化率和磁通量、磁通量的变化无直接关系:磁通量大(小,零)，磁通量的变化率不一定大(小,零);磁通量的变化大(小)，磁通量的变化率不一定大(小).(可以类比速度、速度的变化和加速度.)理解:Φ、△Φ、ΔΦ/Δt的意义（课件展示）应用法拉第电磁感应定律的三种情况(1)磁通量的变化是由面积变化引起时，ΔΦ＝B·ΔS，则

(2)磁通量的变化是由磁场变化引起时，ΔΦ＝ΔB·S，则(3)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初通过以下例题让学生学会运用公式例题1：有一个50匝的线圈，如果穿过它的磁通量的变化率为0.5Wb/s，求感应电动势。例题2：一个100匝的线圈，在0.5s内穿过它的磁通量从0.01Wb增加到0.09Wb。求线圈中的感应电动势。二、导体切割磁感线运动时的感应电动势1、导体垂直切磁感线.动生电动势：由于导体运动而产生的电动势。2.导体斜切磁感线（θ为v与B夹角）若v//B：E=0（无切割）L应指切割磁感线的有效长度公式BLv中的L指的是切割磁感线的有效长度。在上图中E=BLv，L是圆弧切割磁感线的有效长度。练1：求下面图示情况下，a、b、c三段导体两端的感应电动势各为多大？练2：如图,一个水平放置的导体框架,宽度L=1.50m,接有电阻R=0.20Ω,设匀强磁场和框架平面垂直,磁感应强度B=0.40T,方向如图.今有一导体棒ab跨放在框架上,并能无摩擦地沿框滑动,框架及导体ab电阻均不计,当ab以v=4.0m/s的速度向右匀速滑动时，试求：(1)导体ab上的感应电动势的大小(2)回路上感应电流的大小E=BLv=0.80V3.导体转动切割磁感线导体棒在磁场中转动时，长为L的导体棒OA以端点为轴，在匀强磁场中垂直于磁感线方向匀速转动产生感应电动势思考与讨论如图导体棒CD在匀强磁场中运动。自由电荷受洛伦兹力，自由电荷相当于纸面向哪个方向运动？（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？导体棒哪段的电势比较高？一段导线在做切割磁感线的运动时相当于一个电源，通过上面的分析可以看到，这时的非静电力与洛伦兹力有关。由于导体棒运动产生感应电动势，电路中有电流通过，导体棒在运动过程中会受到安培力的作用。可以判断，安培力的方向与推动导体棒运动的力的方向是相反的。这时即使导体棒做匀速运动，推力也做功。如果没有推力的作用，导体棒将克服安培力做功而消耗本身的机械能课堂练习1、关于电磁感应，下述说法中正确的是(D)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零,感应电动势一定为零C、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2、单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，转轴垂直于磁场。若线圈所围面积里磁通量随时间变化的规律如图所示，则：(ABD)A、线圈中0时刻感应电动势最大B、线圈中D时刻感应电动势为零C、线圈中D时刻感应电动势最大D、线圈中0到D时间内平均感应电动势为0.4V3、在磁感应强度为B的匀强磁场中,有一矩形线框,边长ab=L1,bc=L2线框绕中心轴00'以角速度ω由图示位置逆时针方向转动。求:(1)线圈转过1/4周的过程中的平均感应电动势(2)线圈转过1/2周的过程中的平均感应电动势4、如图,水平面上有两根相距0.5m的足够长的平行金属导轨MN和PQ,它们的电阻不计,在M和P之间接有R=3.0Ω的定值电阻,导体棒长ab=0.5m,其电阻为r=1.0Ω,与导轨接触良好.整个装置处于方向竖直向下的匀强磁场中,B=0.4T.现使ab以v=10m／s的速度向右做匀速运动.(1)ab中的电流多大?ab两点间的电压多大?(2)维持ab做匀速运动的外力多大?(3)ab向右运动1m的过程中,外力做的功是多少?电路中产生的热量是多少?（1）I=0.5AU=1.5V（2）F=0.1N（3）WF=0.1JQ=0.1J5、如图,有一匀强磁场B=1.0×10-3T，在垂直磁场的平面内,有一金属棒AO,绕平行于磁场的O轴顺时针转动,已知棒长L=0.20m，角速度ω=20rad/s，求：棒产生的感应电动势有多大？教学反思本节课作为一节理论探究课，比较抽象，学生在学习本节知识时有一定的难度。所以如何化繁为简，化抽象为具体，为本节课面对的难点之一，为此我通过把知识的理论推导过程通过定量探究的方式，引导学生实验探究，通过控制变量法、转化法、类比法等科学方法，让学生在探究学习的过程中，既深刻的了解科学思想在研究物理规律的重要作用，又亲身经历动手实践，直观具体的体会探究物理规律的过程，真正做到了教学三维目标的全面落实。通过打破教材的限制，把这节理论探究课引导学生开展成实验验证探究课，是本节的亮度，更是突破难点的巧妙所在。课后篇素养形成必备知识基础练1.(多选)如图所示,闭合开关S,将条形磁铁插入闭合线圈,第一次用时0.2s,第二次用时0.4s,并且两次磁铁的起始和终止位置相同,则()A.第一次线圈中的磁通量变化较快B.第一次电流表G的最大偏转角较大C.第二次电流表G的最大偏转角较大D.若断开S,则电流表G均不偏转,故两次线圈两端均无感应电动势解析两次磁通量变化相同,第一次时间短,则第一次线圈中磁通量变化较快,故A正确。感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比,磁通量的变化率越大,感应电动势越大,产生的感应电流越大,故B正确,C错误。断开开关,电流表不偏转,感应电流为零,但感应电动势不为零,故D错误。故选A、B。答案AB2.如图所示,在竖直向下的匀强磁场中,将一个水平放置的金属棒ab以水平初速度v0抛出,设运动的整个过程中不计空气阻力,金属棒始终保持水平,则金属棒在运动过程中产生的感应电动势大小将()A.越来越大 B.越来越小C.保持不变 D.无法确定解析金属棒做平抛运动,水平速度不变,且水平速度即为金属棒垂直切割磁感线的速度,故感应电动势保持不变。答案C3.下列各图中,相同的条形磁铁穿过相同的线圈时,线圈中产生的感应电动势最大的是()解析感应电动势的大小为E=nΔΦΔt=nΔBSΔt,A、B两种情况ΔΦ相同,C中ΔΦ最小,D中ΔΦ最大,磁铁穿过线圈所用的时间A、C、D相同且小于答案D4.如图所示,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.Ba22ΔtC.nBa2Δt解析线圈中产生的感应电动势E=nΔΦΔt=n·ΔBΔt·S=n答案B5.如图所示,平行金属导轨的间距为d,一端跨接一阻值为R的电阻,匀强磁场的磁感应强度为B,方向垂直于导轨所在平面向里,一根长直金属棒与导轨成60°角放置,且接触良好,其他电阻不计,则当金属棒以垂直于棒的恒定速度v沿金属导轨滑行时,电阻R中的电流为()A.BdvRsin60° C.Bdvsin60°R 解析导线切割磁感线的有效长度是l=dsin60°,感应电动势E=Blv,R中的电流为I=ER。联立解得答案A6.如图所示,导体AB的长为2R,绕O点以角速度ω匀速转动,OB长为R,且OBA三点在一条直线上,有一磁感应强度为B的匀强磁场充满转动平面且与转动平面垂直,那么AB两端的电势差为()A.12BωR2B.2BωR2C.4BωR2 D.6BωR2解析A点线速度vA=ω·3R,B点线速度vB=ωR,AB棒切割磁感线的平均速度v=vA+vB2=2ωR,由E=Blv得A、B两端的电势差为4B答案C7.(2020江苏卷)如图所示,电阻为0.1Ω的正方形单匝线圈abcd的边长为0.2m,bc边与匀强磁场边缘重合。磁场的宽度等于线圈的边长,磁感应强度大小为0.5T,在水平拉力作用下,线圈以8m/s的速度向右穿过磁场区域。求线圈在上述过程中:(1)感应电动势E的大小;(2)所受拉力F的大小;(3)感应电流产生的热量Q。解析(1)感应电动势E=Blv代入数据得E=0.8V。(2)感应电流I=E拉力的大小等于安培力F=BIl解得F=B2l2vR,代入数据得F=0(3)运动时间t=2lv,焦耳定律Q=I解得Q=2B2l3vR,代入数据得Q=答案(1)0.8V(2)0.8N(3)0.32J8.如图所示,边长为a的正方形闭合线框ABCD在匀强磁场中绕AB边匀速转动,磁感应强度为B,初始时刻线框所在平面与磁感线垂直,经过时间t转过120°角,求:(1)线框内感应电动势在t时间段内的大小。(2)转过120°角时感应电动势的大小。解析(1)设初始时刻线框向纸外的一面为正面,此时磁通量Φ1=-Ba2,磁感线从反面穿入t时刻后Φ2=12Ba2,磁通量的变化量为ΔΦ=3则E=(2)由E=Bavsinθ,v=2πa3t得E=3π答案(1)3Ba2关键能力提升练9.如图所示,A、B两单匝闭合圆形导线环用相同规格的导线制成,它们的半径之比rA∶rB=2∶1,在两导线环包围的空间内存在一正方形边界的匀强磁场区域,磁场方向垂直于两导线环所在的平面。在磁场的磁感应强度随时间均匀增大的过程中,流过两导线环的感应电流大小之比为()A.IAIB=1 B.C.IAIB=解析A、B两导线环的半径不同,它们所包围的面积不同,但某一时刻穿过它们的磁通量相等,所以两导线环上的磁通量变化率是相等的,E=ΔΦΔt相同,得EAEB=1,I=ER,R=ρlS1(S1为导线的横截面积),l=2答案D10.铁路上使用一种电磁装置向控制中心传输信号以确定火车的位置。能产生匀强磁场的磁铁被安装在火车首节车厢下面,如图乙所示(俯视图)。当它经过安放在两铁轨间的线圈时,便会产生一电信号,被控制中心接收。当火车通过线圈时,若控制中心接收到的线圈两端的电压信号如图丙所示,则说明火车在做()丙A.匀速直线运动B.匀加速直线运动C.匀减速直线运动D.加速度逐渐增大的变加速直线运动解析由U-t图像得到,线圈两端的电压大小与时间成正比。由法拉第电磁感应定律U=Blv,得v=UBl,B、l均为定值,故速度v与时间t成正比,所以火车做匀加速直线运动,故选B答案B11.(多选)如图甲所示,水平放置的平行金属导轨连接一个平行板电容器C和电阻R,导体棒MN放在导轨上且接触良好,整个装置放于垂直导轨平面的磁场中,磁感应强度B的变化情况如图乙所示(图示磁感应强度方向为正),MN始终保持静止,则0~t2时间内(不计初始时刻)()A.电容器C的电荷量大小始终没变B.电容器C的a板先带正电后带负电C.MN所受安培力的大小始终没变D.MN所受安培力的方向先向右后向左解析由乙图可知,磁感应强度均匀变化,根据公式E=nSΔBΔt可知,产生恒定电动势,由C=QU可知,感应电动势不变,电容器的电压U不变,则电荷量大小不变,故A正确;根据楞次定律可知MN中的感应电流方向由N到M,电容器的a极板一直带正电,故B错误;感应电流不变,由于磁感应强度的大小变化,MN所受安培力F=BIl,所以安培力的大小先减小后增大,方向先向右后向左,故答案AD12.在范围足够大、方向竖直向下的匀强磁场中,B=0.2T,有一水平放置的光滑框架,宽度为l=0.4m,如图所示,框架上垂直放置一质量为0.05kg、电阻为1Ω的金属杆cd,框架电阻不计。若cd杆在水平外力的作用下以恒定加速度a=2m/s2由静止开始做匀加速