電磁感應(yīng)·法拉第電磁感應(yīng)定律復(fù)習(xí)課·教案

1、電磁感應(yīng)·法拉第電磁感應(yīng)定律復(fù)習(xí)課·教案  一、教學(xué)目標(biāo)  1在物理知識方面要求(1)通過復(fù)習(xí)，進(jìn)一步理解感生電動勢的概念，明確感生電動勢的作用；(2)在復(fù)習(xí)鞏固的基礎(chǔ)上，熟練掌握法拉第電磁感應(yīng)定律2通過本節(jié)復(fù)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生運用物理知識，分析和解決一些實際問題的能力  二、重點、難點分析  1重點是對法拉第電磁感應(yīng)定律的進(jìn)一步理解和運用；2難點是法拉第電磁感應(yīng)定律的綜合運用  三、教具  投影片(或小黑板)  四、主要教學(xué)過程  (一)復(fù)習(xí)引入新課1敘述法拉第電磁感應(yīng)定律的內(nèi)容2寫出其表達(dá)式=BL

2、v的區(qū)別和聯(lián)系由圖1所示，講清圖中各示意，引導(dǎo)學(xué)生共同推導(dǎo)設(shè)在t時間內(nèi)，導(dǎo)體MN以速度v切割磁感線，移動距離為d=vt，設(shè)MN長為L，這一過程中，回路磁通量變化為=2-1=B(s+d)L-BsL=BLd根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，說明：上述推導(dǎo)需條件：磁感應(yīng)強(qiáng)度B、導(dǎo)線切割速度v與長度L三者互相垂直，若上述三垂直中只有二垂直，而v與B不垂直，設(shè)夾角為，再請全體學(xué)生推導(dǎo)的計算式教師指點方法：將v分解，其中與磁感線平行的速度分量沒有作用，有效切割速度為vsin(圖2)，因此得：=BLvsin指出上式中當(dāng)=90°時，=BLvsin90°=BLv5關(guān)于=BLvsin的意義(1)sin的

3、意義是把公式中的B、L、v轉(zhuǎn)化為兩兩垂直：vsin=v，是將切割磁感線的速度v分解為垂直于B和L的有效分量；Bsin=B，是將磁感應(yīng)強(qiáng)度B分解為垂直于v和L的有效分量；Lsin=L，是將導(dǎo)體長L等價成垂直于B和v的有效長度在上述分解和轉(zhuǎn)化的方法是等價的，所得結(jié)果完全相同(2)在上式中，若速度v是即時速度，則電動勢即為即時電動勢；若速度v是平均速度，則電動勢即為平均電動勢(二)主要教學(xué)過程設(shè)計例1  投影片如圖3所示，寬L=0.5m的平行長金屬導(dǎo)軌與水平面夾角=37°與導(dǎo)軌平面垂直的勻強(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1.0T質(zhì)量m=100g的金屬棒ab垂直兩導(dǎo)軌放置，其電阻r=1，與導(dǎo)軌

4、間滑動摩擦因數(shù)=0.25兩導(dǎo)軌由R=9的電阻在下端相連導(dǎo)軌及導(dǎo)軌與ab棒接觸電阻不計(取sin37°=0.6，cos37°=0.8，g=10m/s2)求：(1)當(dāng)ab沿軌道向下運動，速度v=10m/s時，ab棒運動的加速度(2)ab棒沿軌道下滑的最大速度(3)ab棒以最大速度運動時，重力對ab棒做功的功率，ab棒產(chǎn)生的電功率以及輸出電功率首先留出點時間，讓學(xué)生認(rèn)真審題、分析和思考，并能寫出初步的解答方案對較困難的學(xué)生，教師可適當(dāng)引導(dǎo)，然后找兩個典型解答，請同學(xué)在黑板上板演ab棒在導(dǎo)軌上下滑時受力情況如圖4所示，其中磁場力F=BIL=當(dāng)v=10m/s時，ab棒運動的加速度大小

5、是當(dāng)ab棒在導(dǎo)軌上運動加速度變?yōu)榱銜r，開始做勻速運動，這時ab運動速度有最大值由上述方程可知：mgsin-mcos-B2L2v/(Rr)=0，=16(m/s)重力做功的功率P1=mgvsin=0.1×10×16×0.6=9.6(W)金屬棒ab產(chǎn)生的電功率輸出電功率適當(dāng)歸納解答本題的思路，然后提出作為導(dǎo)體轉(zhuǎn)動的情況其感生電動勢應(yīng)如何求例2  如圖5所示，長L=10cm的金屬棒ab在磁感應(yīng)強(qiáng)度B=2T的勻強(qiáng)磁場中以a端為軸，在垂直磁場方向的平面內(nèi)以角速度=10rad/s做順時針方向的勻速轉(zhuǎn)動ab兩端的電勢差是_V，a、b兩端_端電勢高，_端電勢低若ab以中點

6、為軸轉(zhuǎn)動，其它條件不變，ab兩端電勢差為_V組織同學(xué)審題后，學(xué)生會發(fā)現(xiàn)，本題中金屬棒ab轉(zhuǎn)動時，棒上各點速率不同因此欲求其感生電動勢，需要找出一個等效點，采用求平另外有的同學(xué)也可能提出運用表達(dá)式=/t的方法這時，教師應(yīng)按同學(xué)的思路，找在t時間內(nèi)，棒ab轉(zhuǎn)過的角度=t，掃過的面積S相應(yīng)的磁通量變化=BS然后利用方法一：(1)ab導(dǎo)體以a端為軸做切割磁感線運動時，導(dǎo)體上各點速度大小不同b端速度vb=L，a端速度為零其它各點的速度與該點到a點的距離成正比計算ab切割磁感線產(chǎn)生感生電動勢時的速度可采用a、b兩點速度的平均值，即若在a、b兩端接上外電路，由右手定則可知感生電流由b端流出，ab作為電源，b

7、端電勢高若沒有構(gòu)成閉合電路時，ab兩端電勢差就是電動勢(2)以ab中點為軸轉(zhuǎn)動時，a端、b端電勢都比中點電勢高而且a、b與中點的電動勢相等，a、b兩點電勢相等，電勢差為零四個空依次填：0.1，b，a，0方法二：(略)歸納本題解答思路，提出將本題改造如下例3  投影片一導(dǎo)體圓環(huán)的電阻為4，半徑為0.05m，圓環(huán)平面垂直勻強(qiáng)磁場，如圖6所示放置磁感應(yīng)強(qiáng)度為4T，兩根電阻均為2的導(dǎo)線Oa和Ob，Oa固定，a端b端均與環(huán)接觸，Ob以4rad/s的角速度逆時針沿圓環(huán)轉(zhuǎn)動求：當(dāng)Ob的b端從a端滑過180°時，通過導(dǎo)線Oa中的電流是多少？組織學(xué)生審題后，學(xué)生會發(fā)現(xiàn)，本題是金屬導(dǎo)線Oa、O

8、b繞O軸轉(zhuǎn)動欲求感生電動勢，應(yīng)該選用哪個表達(dá)式會感到困惑這時可引導(dǎo)學(xué)生，由于棒上各點速率不同到底選哪個點合適，可提出等效取平均的方法可仿效例2解法一當(dāng)然還可以用其它方法但因有兩根又如何？方法一：導(dǎo)線Ob在磁場中繞著O點旋轉(zhuǎn)，切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢不變方法二：由法拉第電磁感應(yīng)定律來看，導(dǎo)線Ob在單位時間內(nèi)掃過的面積是：Ob導(dǎo)線b端在圓環(huán)上的位置變化，只改變了圖7中R1與R2的阻值由閉合電路歐姆定律，Oa中的電流：當(dāng)Ob從Oa轉(zhuǎn)180°，有R1=R2=2，代入上式路結(jié)構(gòu)變化時的方法和步驟，使學(xué)生在學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容時，也對電路問題作了一定的復(fù)習(xí)與鞏固工作最后提出線圈在磁場中轉(zhuǎn)動時，如何求其

9、感生電動勢例4  如圖8所示，邊長為a，總電阻為R的閉合正方形單匝線框，放在磁應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，磁感線與線框平面垂直當(dāng)線框由圖示位置轉(zhuǎn)過180°角過程中，流過線框?qū)Ь€橫截面的電量是多少？學(xué)生審題后會發(fā)現(xiàn)，本題與前三例均不同，這情況感生電動勢的求法一時難以想象出，不過這時可做些提示，具體如下：線框在磁場中轉(zhuǎn)動過程中，轉(zhuǎn)到不同位置時，線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的即時值不同，因而線框中的感應(yīng)電流也不同解答本題的關(guān)鍵是如何理解和計算轉(zhuǎn)180°角過程中穿過線框的磁通量的變化量可以這樣理解：一個平面有正、反兩面，從正面穿入的磁通量設(shè)為正值，則從另一面穿入的磁通量就是負(fù)值、線

10、框處于如圖8所示位置時，磁感線從線框一面穿入，磁通量是1=BS=Ba2，轉(zhuǎn)過180°后磁感線從線框的另一面穿入，這時的磁通量就是2=-BS=-Ba2，先后兩次穿過線框磁通量的值相等，但正負(fù)不同，那么線框轉(zhuǎn)180°過程中磁通量的變化量為=2-1=-Ba2-Ba2=-2Ba2取絕對值就是2Ba2由此，可應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)定律求轉(zhuǎn)180°過程中的平均感應(yīng)電動勢，最后應(yīng)用歐姆定律和電流強(qiáng)度的定義式就可以求通過線框截面的電量設(shè)線框轉(zhuǎn)180°所用時間為t，在這段時間內(nèi)穿過線框的磁通量的變化量為=2Ba2，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可得這一過程中平均感應(yīng)電動勢的大小為根據(jù)

11、歐姆定律，t時間內(nèi)線框中平均電流強(qiáng)度為在t內(nèi)流過線框某橫截面積的電量組織學(xué)生歸納本類問題的解答思路與方法同時提出前述四例均是磁場恒定，即磁感應(yīng)強(qiáng)度B為恒矢量在有的例題中求感生電動勢應(yīng)用化時又該如何解答呢？請看投影片例5  如圖9 所示，在一個勻強(qiáng)磁場中，有兩個用粗細(xì)相同的同種金屬導(dǎo)線制成的閉合圓環(huán)a和b，它們半徑之比為21，線圈平面與磁場方向垂直如果勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時間均勻增大，則a、b環(huán)中感應(yīng)電流之比為_，感應(yīng)電流電功率之比為_給出一定時間，讓學(xué)生思考磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時間均勻變化，在面積S不變的情況下，則穿過該面積S的磁通量也同樣均勻變化將學(xué)生引導(dǎo)到這一步，問題也就真相大白了具

12、體分析解答如下：(1)設(shè)金屬導(dǎo)線單位長電阻為R0，b環(huán)的半徑為rb，a環(huán)半徑為ra，其中ra=2rb則a、b環(huán)導(dǎo)線電阻Ra=4raR0，Rb=2rbR0磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時間均勻變化，即磁感應(yīng)強(qiáng)度變化率不變磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時間均感應(yīng)電流分別為(2)感應(yīng)電流電功率Pa、Pb分別為a、b的電功率之比兩個空依次填 21，81組織同學(xué)歸納總結(jié)本題的解答思路提出解答這類問題時應(yīng)注意的問題然后提出，在本題中改造一下例如，把線圈(或圓環(huán))的方位調(diào)整一下，可使線圈平面與磁場方向成角在這種情況下，有哪些量發(fā)生變化？請看投影片例6  如圖10所示，一閉合圓形線圈放在勻強(qiáng)磁場中，線圈的平面與磁場方向成角，磁感應(yīng)強(qiáng)度

13、隨時間均勻變化，變化率為一定值在下述辦法中用哪一種可以使線圈中感應(yīng)電流的強(qiáng)度增加一倍        A線圈的匝數(shù)增加一倍B把線圈的半徑增加一倍C把線圈的面積增加一倍D改變線圈軸線對磁場的方向E把線圈的匝數(shù)減少到原來的一半分析本題有一定困難教師可先給學(xué)生一定時間，思考和討論一下這樣學(xué)生之間互相啟發(fā)，可使他們的思路寬廣些這時教師及時做出評價，歸納解答的基本思路首先要考慮影響線圈中電流強(qiáng)度的因素，由歐姆定律可得：I=/R由法拉第電磁感應(yīng)定律可知其中線圈垂直于磁感線的有效面積S為S=r2cos再由電阻定律上式中的S0是線圈導(dǎo)線的橫截面積，是導(dǎo)

14、線的電阻率聯(lián)立上述公式可得：上式表明：當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻變化(即變化率一定)時，在閉合線圈導(dǎo)線的截面積S0和電阻率不變的條件下，線圈中的電流強(qiáng)度I僅與線圈的半徑r和線圈軸線與磁感線方向夾角的余弦有關(guān)要使I增加一倍，只有使r增加一倍因為cos的最大值不能超過1，改變的值不能使cos增加一倍所以本題的正確選項只能是B(三)課堂小結(jié)組織學(xué)生歸納總結(jié)法拉第電磁感應(yīng)定律應(yīng)用的基本思路與方法  五、教學(xué)說明  由于是復(fù)習(xí)課，故設(shè)計安排了較多的內(nèi)容而且，前后知識的聯(lián)系有一段距離，學(xué)生可能會感到有些吃力，特別是基礎(chǔ)較差的學(xué)生會困難更多也正因為是這樣，教師可在課前作些知識準(zhǔn)備這樣可降低難度，學(xué)生會