電磁感應(yīng)磁場電磁感應(yīng)階段復(fù)習(xí)課

1、電磁感應(yīng)磁場、電磁感應(yīng)階段復(fù)習(xí)課教學(xué)目標(biāo)1在物理知識(shí)方面要求(1)通過復(fù)習(xí)掌握本單元中的電磁現(xiàn)象電流周圍存在磁場；磁場對(duì)電流(運(yùn)動(dòng)電荷)的作用；電磁感應(yīng)(2)通過復(fù)習(xí)理解以上電磁規(guī)律的物理含義2結(jié)合本單元的復(fù)習(xí)，教給學(xué)生歸納、總結(jié)知識(shí)的能力3在復(fù)習(xí)鞏固的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力；提高學(xué)生高度概括、靈活運(yùn)用的能力二、重點(diǎn)、難點(diǎn)分析1重點(diǎn)是對(duì)基本概念(如磁通量、磁通量變化量、磁通量變化率/t)的加深理解；磁場對(duì)電流(運(yùn)動(dòng)電荷)的作用和對(duì)法拉第電磁感應(yīng)定律的理解和運(yùn)用2難點(diǎn)是法拉第電磁感應(yīng)定律的綜合運(yùn)用和楞次定律的運(yùn)用 三、教具投影片四、主要教學(xué)過程(一)電磁現(xiàn)象基本設(shè)計(jì)思想：師生討

2、論、歸納總結(jié)出電磁現(xiàn)象提問：在磁場、電磁感應(yīng)中，我們學(xué)習(xí)了哪些電磁現(xiàn)象？學(xué)生回憶：聯(lián)想后可能回答：1電流(運(yùn)動(dòng)電荷)周圍存在磁場；2磁場對(duì)電流(運(yùn)動(dòng)電荷)存在力的作用；3電磁感應(yīng)根據(jù)學(xué)生回答，列成表格形式，進(jìn)一步提問這些現(xiàn)象的規(guī)律以及應(yīng)用等內(nèi)容然后，逐項(xiàng)填入相應(yīng)位置，從而整理成系統(tǒng)化知識(shí)內(nèi)容打出投影片電磁現(xiàn)象規(guī) 律方 向運(yùn) 用 1電流(運(yùn)動(dòng)電荷)周圍存在磁場某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度與場電流的大小成正比BI電流方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向遵從安培定則電磁鐵電磁繼電器2磁場對(duì)電流(運(yùn)動(dòng)電荷)存在作用力通電導(dǎo)體在磁場中受到安培力 F=ILBsin(是導(dǎo)體與磁感應(yīng)強(qiáng)度的夾角)運(yùn)動(dòng)電荷在磁場中受到洛侖茲力 f=qvBs

3、in(是v與B的夾角)電流方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向、磁場力的方向之間遵從左手定則電動(dòng)機(jī)3電磁感應(yīng)導(dǎo)體切割磁場回路中磁通量變化電路中自身電流變化=LvB(要求：L、v、B彼此垂直，有兩個(gè)量平行時(shí)=0)速度方向、磁感應(yīng)強(qiáng)度方向、感生電流方向遵從右手定則遵從楞次定律發(fā)電機(jī)變壓器高頻感應(yīng)爐鎮(zhèn)流器(二)應(yīng)注意的幾個(gè)問題1磁通量、磁通量的變化量及磁通量的變化率(1)磁通量=BS(S是S在垂直于B的平面上的投影)，可以用穿過面的磁感線數(shù)表示。(2)磁通量的變化量=2-1磁通量變化包括：磁感應(yīng)強(qiáng)度B變化，面積S變化，S與B的夾角變化(3)磁通量的變化率/t，表示磁通量變化的快慢注意：在閉合電路中是否產(chǎn)生感生電動(dòng)勢

4、，不是取決于有無磁通量，而是取決于有無磁通量的變化感生電動(dòng)勢的大小不是取決于磁通量的變化量而是取決于磁通量的變化率=/t、/t的物理意義不同2導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電動(dòng)勢的情況(1)平動(dòng)在圖 1A、B中，兩個(gè)導(dǎo)體產(chǎn)生感生電動(dòng)勢的數(shù)學(xué)表達(dá)式相同即=BLv(2)轉(zhuǎn)動(dòng)直導(dǎo)體繞固定軸如圖2所示，導(dǎo)線OMN在與磁場方向垂直的平面內(nèi)，以角速度在勻強(qiáng)磁場中沿逆時(shí)針方向繞O點(diǎn)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直指向紙里，MN的電動(dòng)勢多大？由于MN上各點(diǎn)的切割速度不等，應(yīng)當(dāng)用MN上各點(diǎn)的平均速度也就是MN中點(diǎn)的速度進(jìn)行計(jì)算設(shè)OM=r1，ON=r2，則矩形線圈繞固定軸如圖3所示，邊長分別為L1、L2的矩形線圍繞OO軸

5、在勻強(qiáng)磁場中以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向與紙面平行向左，求感生電動(dòng)勢如果從圖中所示位置開始計(jì)時(shí)，感生電動(dòng)勢為當(dāng)t=0時(shí)，線圈平面與磁場平行，磁通量最小，min=0，感生電動(dòng)勢最大max=BSmax=BL1L2=BS感生電動(dòng)勢最小min0(三)解決磁場和電磁感應(yīng)問題的基本思路與方法1基本思路(1)研究磁場中的力學(xué)問題，仍按力學(xué)中的方法分析，在分析力時(shí)要考慮到磁場力這對(duì)于研究導(dǎo)體受力、運(yùn)動(dòng)電荷受力問題特別重要要記住洛侖茲力的性質(zhì)：洛侖茲力永遠(yuǎn)與v垂直，永遠(yuǎn)不做功(2)研究電磁現(xiàn)象，應(yīng)根據(jù)電流周圍產(chǎn)生磁場，電流在磁場中受力的規(guī)律，閉合電路中磁通量變化產(chǎn)生感生電流，對(duì)問題全面加以分析解決在這

6、當(dāng)中，還要重視物理狀態(tài)的確定與過程的分析這一點(diǎn)對(duì)于存在著幾種能量互相轉(zhuǎn)化的物理問題非常重要2典型問題分析例1 投影片甲、乙兩個(gè)完全相同的帶電粒子，以相同的動(dòng)能在勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動(dòng)甲從B1區(qū)域運(yùn)動(dòng)到B2區(qū)域，且B2B1；乙在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，且在t時(shí)間內(nèi)，該磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度從B1增大為B2，如圖4所示則當(dāng)磁場為B2時(shí)，甲、乙二粒子動(dòng)能的變化情況為 A都保持不變B甲不變，乙增大C甲不變，乙減小D甲增大，乙不變E甲減小，乙不變首先組織學(xué)生分析討論，同學(xué)可能提出各種各樣解答，這時(shí)教師應(yīng)及時(shí)歸納、引導(dǎo)由于本題所提供的兩種情境，都是B2B1，研究的也是同一種粒子的運(yùn)動(dòng)對(duì)此，可能有人根據(jù)“洛侖茲力”不做

7、功，而斷定答案“A”正確其實(shí)，正確答案應(yīng)該是“B”這是因?yàn)椋杭琢Ｗ訌腂1區(qū)域進(jìn)入B2區(qū)域，唯一變化的是，根據(jù)f=qvB，粒子受到的洛侖茲力發(fā)生了變化由于洛侖茲力不做功，故v大小不變，因而由R=mv/Bq，知其回轉(zhuǎn)半徑發(fā)生了變化，其動(dòng)能不會(huì)發(fā)生變化乙粒子則不然，由于磁場從B1變化到B2，根據(jù)麥克斯韋電磁場理論，變化的磁場將產(chǎn)生電場，結(jié)合楞次定律可知，電場力方向與粒子運(yùn)動(dòng)方向一致，電場力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷做正功，因而乙粒子的動(dòng)能將增大例2 如圖5，在勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場共存的區(qū)域內(nèi)，電場的場強(qiáng)為E，方向豎直向下，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直紙面向里一質(zhì)量為m的帶電質(zhì)點(diǎn)，沿場區(qū)內(nèi)的一豎直圓周勻速運(yùn)動(dòng)，則可判

8、知該帶電質(zhì)點(diǎn) B沿圓周順時(shí)針運(yùn)動(dòng)帶電質(zhì)點(diǎn)在電場力F、重力G和洛侖茲力f作用下沿豎直圓周勻速運(yùn)動(dòng)，由產(chǎn)生勻速圓周運(yùn)動(dòng)的條件分析判知，只有電場力F與重力G相平衡；僅由洛侖茲力f提供向心力，f的方向始終與質(zhì)點(diǎn)速度v的方向垂直，f的大小Bqv保持不變，才能實(shí)現(xiàn)帶電質(zhì)點(diǎn)沿豎直圓周做勻速圓周運(yùn)動(dòng)根據(jù)這一分析：從電場力應(yīng)與重力相平衡可判知，帶電質(zhì)點(diǎn)受到電場力的方向應(yīng)豎直向上，與重力方向相反，為此質(zhì)點(diǎn)應(yīng)帶負(fù)電再由電場力的大小應(yīng)與從應(yīng)由洛侖茲力提供向心力可判知，帶電質(zhì)點(diǎn)受到的洛侖茲力應(yīng)沿半徑指向圓心，為此由左手定則可知，帶電質(zhì)點(diǎn)沿圓周順時(shí)針運(yùn)動(dòng)，再由洛侖茲力公式和向心力公式有BqR=mR2，從中可求出帶電質(zhì)點(diǎn)電

9、質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速率綜上可知，選項(xiàng)A、B、C正確例3 投影片如圖6所示，在真空中同時(shí)存在著勻強(qiáng)電場(方向豎直向上)和勻強(qiáng)磁場(方向垂直指向紙外)，有甲、乙兩個(gè)帶電顆粒，甲帶正電，電量大小為q1，恰好平衡靜止于A點(diǎn)；乙也帶正電，電量大小為q2，正在過A點(diǎn)的豎直平面內(nèi)做半徑為r1的勻速圓周運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)中乙和甲發(fā)生碰撞并粘在一起，試分析它們以后的運(yùn)動(dòng)先給出一定時(shí)間，讓同學(xué)分析思考提出各種可能方案有同學(xué)會(huì)提出：條件不夠，無法討論可以指出，沒有給出的條件可以假定如假定甲的質(zhì)量為m1，乙的質(zhì)量為m2，電場強(qiáng)度為E，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B碰撞前乙的速度為v1，碰撞后共同的速度為v2提問：碰撞前甲、乙各受幾個(gè)力它們之間有什么關(guān)

10、系？引導(dǎo)回答：甲不動(dòng)，它受到重力m1g，電場力q1E，這兩個(gè)力平衡乙受到三個(gè)力，重力m2g，電場力q2E，洛侖茲力q2v1B因?yàn)橐易鰟蛩賵A周運(yùn)動(dòng)，它所受的重力和電場力也必須平衡使乙做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的力是洛侖茲力進(jìn)一步提問：碰撞后，甲和乙粘在一起，它們受幾個(gè)力，這些力之間有什么關(guān)系引導(dǎo)回答：受到三個(gè)力總重力(m1+m2)g，總電場力(q1+q2)E和洛侖茲力(q1q2)v2B總重力與總電場力仍舊平衡，所以甲和乙仍在洛侖茲力的作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)甲、乙碰撞時(shí)滿足動(dòng)量守恒定律然后讓同學(xué)列出方程求解碰撞前，乙應(yīng)滿足：碰撞時(shí)，根據(jù)動(dòng)量守恒m2v1(m1m2)v2， 碰撞后，甲乙應(yīng)滿足由式、式、式解得通過這

11、題的分析，使學(xué)生感到在條件不夠時(shí)，可以自己先做一些假定，按物理過程的先后順序加以分析求解與區(qū)別通過實(shí)例來進(jìn)一步說明兩者意義上的異同例4 將邊長為l、總匝數(shù)為N的正方形閉合導(dǎo)線框，以速度v勻速地推入勻強(qiáng)磁場B中，并以v繼續(xù)在磁場中勻速運(yùn)動(dòng)，如圖7所示試回答：(1)導(dǎo)線框在勻速進(jìn)入磁場的過程中，感生電動(dòng)勢為多大？(2)導(dǎo)線框在勻強(qiáng)磁場中繼續(xù)以速度v運(yùn)動(dòng)時(shí)，感生電動(dòng)勢多大？分析與解；(1)線框進(jìn)入“磁場過程中的感生電動(dòng)勢，可應(yīng)用兩個(gè)公式計(jì)算，結(jié)果一樣：(2)但當(dāng)線框在磁場中勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生感生電動(dòng)勢的規(guī)律，應(yīng)有=Blv；得 =0這兩種結(jié)果究竟哪一個(gè)正確呢？判斷的依據(jù)只有一個(gè)

12、，就是任何電動(dòng)勢都應(yīng)當(dāng)是即任何電動(dòng)勢都等于非靜力移動(dòng)單位電荷所做的功只要W非0，就有0當(dāng)導(dǎo)線框進(jìn)入磁場過程中，機(jī)械能通過洛侖茲力作用(導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，其內(nèi)部自由電子即受洛侖茲力作用而向?qū)w的一端移動(dòng)，形成電勢差)而轉(zhuǎn)換為電荷的電勢能這一電勢能在導(dǎo)線框進(jìn)入磁場后，只要線框繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，它就一直存在，因此，導(dǎo)線框在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)的感生電動(dòng)勢應(yīng)為=Blv零這是由于導(dǎo)線框在磁場中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，其左右兩邊都產(chǎn)生相等的感生電動(dòng)勢這樣，從電路中任一點(diǎn)出發(fā)，繞行電路一周重新返回那一點(diǎn)時(shí)，其感生電動(dòng)勢之和為零歸納本題，然后提出電磁感應(yīng)過程常常伴隨其它形式能量的轉(zhuǎn)化投影片如圖8 所示，兩金屬桿ab和cd長

13、均為l，電阻均為R，質(zhì)量分別為M和m，Mm用兩根質(zhì)量和電阻均可忽略的不可伸長的柔軟導(dǎo)線將它們連成閉合回路，并懸掛在水平、光滑、不導(dǎo)電的圓棒兩側(cè)兩金屬桿都處在水平位置整個(gè)裝置處在一與回路平面相垂直的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為Ba若金屬桿ab正好勻速向下運(yùn)動(dòng)，求運(yùn)動(dòng)的速度首先讓同學(xué)認(rèn)真看一下本題然后讓三個(gè)同學(xué)到黑板上做此題，其余在原位做題教師巡回檢查，啟發(fā)指導(dǎo)最后，可將有代表性的方法歸納解法(一)：設(shè)磁場方向垂直紙面向里分別選取ab、cd為研究對(duì)象設(shè)ab向下、ca向上勻速運(yùn)動(dòng)速度大小為v，它們均切割磁感線，將都產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，據(jù)電磁感應(yīng)定律，應(yīng)有：ab產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，1=Blvcd產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，2

14、=Blv據(jù)右手定則，回路中電流方向由abdc，電流大小據(jù)閉合電路歐姆定律應(yīng)為：據(jù)左手定則，ab受安培力向上，cd受安培力向下，大小均為：ab勻速向下時(shí)平衡條件為：TF安=Mg cd勻速向上時(shí)平衡條件為：T=F安+mg 式中T代表導(dǎo)線對(duì)金屬桿的拉力由得：2F安=(M-m)g解法(二)：把a(bǔ)b、cd柔軟導(dǎo)線視為一個(gè)整體作為研究對(duì)象，因?yàn)镸m，所以整體動(dòng)力為(M-m)gab向下、cd向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，穿過閉合回路的磁通量減小，據(jù)電磁感應(yīng)定律產(chǎn)生感應(yīng)電流據(jù)楞次定律知，I感的磁場要阻礙原磁場的磁通量變化，即阻礙ab向下，cd向上運(yùn)動(dòng)，即F安為阻力整體受的動(dòng)力與安培解法(三)：把整個(gè)回路視為一整體作研究對(duì)象因其

15、速度大小不變，故動(dòng)能不變ab向下、cd向上運(yùn)動(dòng)過程中，因 Mgmg，系統(tǒng)的重力勢能減少，將轉(zhuǎn)化為回路的電能據(jù)能量轉(zhuǎn)化守恒定律，重力的機(jī)械功率(單位時(shí)間系統(tǒng)減少的重力勢能)要等于電功率(單位時(shí)間轉(zhuǎn)化回路的電說明：由以上三種思路解法可看出，由于這道力電磁綜合題，屬多對(duì)象問題，可取用“隔離法”研究解決，如解法(一)；也可如解法(二)、(三)那樣取用“整體法”研究解決特別是由能量觀點(diǎn)出發(fā)的解法(三)，明顯簡便對(duì)于有靈活解題思路問題，能選用簡捷思路，必然要求對(duì)所學(xué)知識(shí)有全面、深刻、融會(huì)貫通的認(rèn)識(shí)掌握，并須較高的思維能力由于本題未明確磁場方向，前面解題設(shè)為進(jìn)紙面，若設(shè)為出紙面，據(jù)右手定則，判定I感，方向?qū)?/p>

16、是相反方向，但用左手定則判定F安方向仍對(duì)ab、cd的運(yùn)動(dòng)屬阻力故兩種磁場方向，解題結(jié)果一樣投影片如圖9所示，金屬棒a從高h(yuǎn)處以速度v0沿光滑弧形平行金屬軌道下滑，進(jìn)入軌道的水平部分以后，在自上而下的強(qiáng)磁場中運(yùn)動(dòng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，在軌道的水平部分原來靜止地放著另一根金屬棒b，已知mamb=54，試問：(1)當(dāng)a棒進(jìn)入磁場后做什么運(yùn)動(dòng)？ b棒做什么運(yùn)動(dòng)？(2)如果兩棒始終沒有相碰，求a和b的最大速度(3)在整個(gè)過程中，回路中消耗的電能是多少？由于本題涉及知識(shí)面較寬，運(yùn)動(dòng)過程相對(duì)來講，也較復(fù)雜因此，應(yīng)采取逐步分析法給學(xué)生一定的思考問題的時(shí)間，必要時(shí)做啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生分析：(1)a棒進(jìn)入磁場后切割磁感線產(chǎn)

17、生感生電動(dòng)勢和感生電流提問：這一感生電動(dòng)勢和電流是不是穩(wěn)定的答：當(dāng)a棒上有電流通過時(shí)，將受到阻礙運(yùn)動(dòng)的安培力，a棒將做減速運(yùn)動(dòng)，所以感生電動(dòng)勢和感生電流都不是穩(wěn)定的討論a、b運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，啟發(fā)提問，然后總結(jié)a棒做加速度減小的減速運(yùn)動(dòng)b棒上有電流通過時(shí)，將受到向右的安培力，b棒將向右加速運(yùn)動(dòng)由于感生電流不斷減小，所以安培力也減小，所以b棒做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)進(jìn)一步提問：最后a、b做什么運(yùn)動(dòng)？啟發(fā)回答：當(dāng)a、b速度相同時(shí)，感生電流為零安培力為零，a、b將做勻速運(yùn)動(dòng)最后總結(jié)出，a、b各做什么運(yùn)動(dòng)以及如何求a、b的最大速度？師生共同完成：a進(jìn)入水平軌道時(shí)是做減速運(yùn)動(dòng)，所以進(jìn)入時(shí)的速度最大，根據(jù)機(jī)械能守恒：由解得b棒是做加速運(yùn)動(dòng)，