電磁感應(yīng)磁場電磁感應(yīng)階段復(fù)習(xí)課1

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；磁場對電流(運(yùn)動電荷)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；磁場對電流(運(yùn)動電荷)的作用和對法拉第電磁感應(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)

2、思想：師生討論、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)動電荷)周圍存在磁場；2磁場對電流(運(yùn)動電荷)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磁場對電流(運(yùn)動電荷)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

3、磁感應(yīng)強(qiáng)度的夾角)運(yùn)動電荷在磁場中受到洛侖茲力 f=qvBsin(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

4、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)生感生電動勢，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)動產(chǎn)生電動勢的情況(1)平動在圖 1A、B中，兩個(gè)導(dǎo)體產(chǎn)生感生電動勢的數(shù)學(xué)表達(dá)式相同即=BLv(2)轉(zhuǎn)動直導(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，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直指向紙里，MN的電動勢多大？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=r

5、1，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軸在勻強(qiáng)磁場中以角速度勻速轉(zhuǎn)動，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向與紙面平行向左，求感生電動勢如果從圖中所示位置開始計(jì)時(shí)，感生電動勢為當(dāng)t=0時(shí)，線圈平面與磁場平行，磁通量最小，min=0，感生電動勢最大max=BSmax=BL1L2=BS感生電動勢最小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于研究導(dǎo)體受力、運(yùn)動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，

6、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，對問題全面加以分析解決在這當(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，以相同的動能在勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動甲從B1區(qū)域運(yùn)動到B2區(qū)域，且B2B1；乙在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動，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、乙二粒子動能的變化情況為             

7、;              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)動對此，可能有人根據(jù)“洛侖茲力”不做功，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

8、，知其回轉(zhuǎn)半徑發(fā)生了變化，其動能不會發(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)動方向一致，電場力對運(yùn)動電荷做正功，因而乙粒子的動能將增大例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，則可判知該帶電質(zhì)點(diǎn)     B沿圓周順時(shí)針運(yùn)動帶電質(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，由產(chǎn)生勻速圓周運(yùn)動的條件分析判知，只有電場力F與重力G相

9、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，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)電質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動速率綜上可知，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)，

10、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)動運(yùn)動中乙和甲發(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)系？引導(dǎo)回答：甲不動，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

11、運(yùn)動，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)動甲、乙碰撞時(shí)滿足動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)動量守恒m2v1(m1m2)v2，               &

12、#160;       碰撞后，甲乙應(yīng)滿足由式、式、式解得通過這題的分析，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，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)動時(shí)，感生電動勢多大？分析與解；(1)線框進(jìn)入“磁場過程中的感生電動勢，可應(yīng)用兩個(gè)公式計(jì)算，結(jié)果一樣：(2)但當(dāng)線框

13、在磁場中勻速運(yùn)動時(shí)，根據(jù)導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動而產(chǎn)生感生電動勢的規(guī)律，應(yīng)有=Blv；得                                          =0這兩種結(jié)果究竟哪一

14、個(gè)正確呢？判斷的依據(jù)只有一個(gè)，就是任何電動勢都應(yīng)當(dāng)是即任何電動勢都等于非靜力移動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，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，它就一直存在，因此，導(dǎo)線框在磁場中運(yùn)動時(shí)的感生電動勢應(yīng)為=Blv零這是由于導(dǎo)線框在磁場中做切割磁感線運(yùn)動時(shí)，其左右兩邊都產(chǎn)生相等的感生電動勢這樣，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

15、 所示，兩金屬桿ab和cd長均為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，求運(yùn)動的速度首先讓同學(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為研究對象設(shè)ab向下、ca向上勻速運(yùn)動速度大小為v，它們均切割磁感線，將都產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，據(jù)電磁感應(yīng)定律，應(yīng)有：ab產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，1=

16、Blvcd產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，2=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                                 &

17、#160;         cd勻速向上時(shí)平衡條件為：T=F安+mg                                     

18、0;   式中T代表導(dǎo)線對金屬桿的拉力由得：2F安=(M-m)g解法(二)：把a(bǔ)b、cd柔軟導(dǎo)線視為一個(gè)整體作為研究對象，因?yàn)镸m，所以整體動力為(M-m)gab向下、cd向上運(yùn)動時(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，即F安為阻力整體受的動力與安培解法(三)：把整個(gè)回路視為一整體作研究對象因其速度大小不變，故動能不變ab向下、cd向上運(yùn)動過程中，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

19、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)，明顯簡便對于有靈活解題思路問題，能選用簡捷思路，必然要求對所學(xué)知識有全面、深刻、融會貫通的認(rèn)識掌握，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)⑹窍喾捶较?，但用左手定則判定F安方向仍對ab、cd的運(yùn)動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，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？ b棒做什么運(yùn)動？(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？由于本題涉及知識面較寬，運(yùn)動過程相對