高中物理第二冊(cè)法拉第電磁感應(yīng)定律─感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精第二節(jié)法拉第電磁感應(yīng)定律——感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小●本節(jié)教材分析本節(jié)教材講述了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的概念，計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小的兩個(gè)公式：和E=BLvsinθ。在講述這節(jié)教材時(shí),要注意概念、定律的建立過程,使學(xué)生知其所以然。引入感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的概念時(shí),教材利用了比較的方法.利用前面學(xué)過的電動(dòng)勢(shì)、閉合電路歐姆定律等知識(shí)來(lái)分析產(chǎn)生感應(yīng)電流的電路,得出既然閉合電路里有感應(yīng)電流,那么這個(gè)電路中必然有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中,產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)叫感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).教學(xué)實(shí)踐表明，這樣引入學(xué)生較易接受。比較概念之間的內(nèi)在聯(lián)系，是一種使學(xué)生深刻理解概念本質(zhì)的好方法.由感應(yīng)電流過渡到感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)是從具體到抽象，從現(xiàn)象到本質(zhì)的認(rèn)識(shí)過程.為了讓學(xué)生認(rèn)識(shí)感應(yīng)電流與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的區(qū)別，教師可以通過演示實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)明：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有無(wú)，決定于穿過回路的磁通量的變化,與回路的通斷沒有關(guān)系；而電路中感應(yīng)電流的存在,只是在閉合電路中有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)存在的必然結(jié)果.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，教材首先通過演示實(shí)驗(yàn)，分析得出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小跟穿過閉合電路的磁通量改變的快慢有關(guān)，而磁通量變化的快慢物理上用磁通量的變化率來(lái)描述，在這里要注意引導(dǎo)學(xué)生區(qū)分磁通量、磁通量的變化量與磁通量的變化率。接著課本給出了法拉第電磁感應(yīng)定律的內(nèi)容和數(shù)學(xué)表達(dá)式。導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算公式是一個(gè)重要的公式.課本從法拉第電磁感應(yīng)定律進(jìn)行分析推導(dǎo)，得出公式E=BLvsinθ，應(yīng)使學(xué)生認(rèn)識(shí)它是法拉第電磁感應(yīng)定律的一種特殊情形，當(dāng)導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)時(shí)，使用它比較方便.對(duì)式中的θ角，應(yīng)讓學(xué)生明白它的確切含義，避免在運(yùn)用時(shí)不做具體分析而亂套公式.●教學(xué)目標(biāo)一、知識(shí)目標(biāo)1.知道什么叫感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。2.知道磁通量的變化率是表示磁通量變化快慢的物理量，并能區(qū)別Φ、ΔΦ、.3.理解法拉第電磁感應(yīng)定律內(nèi)容、數(shù)學(xué)表達(dá)式.4.知道E=BLvsinθ如何推得.5。會(huì)用和E=BLvsinθ解決問題。二、能力目標(biāo)1。培養(yǎng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)觀察、分析、總結(jié)能力。2。通過對(duì)比的教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生建立知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，知識(shí)類比能力.三、德育目標(biāo)從不同物理現(xiàn)象中抽象出個(gè)性與共性問題,培養(yǎng)學(xué)生對(duì)不同事物進(jìn)行分析，找出共性與個(gè)性的辯證唯物主義思想.●教學(xué)重點(diǎn)法拉第電磁感應(yīng)定律?！窠虒W(xué)難點(diǎn)平均電動(dòng)勢(shì)與瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)區(qū)別?！窠虒W(xué)方法演示法、歸納法、類比法。●教學(xué)用具CAI課件、多媒體電腦、投影儀、投影片?！裾n時(shí)安排1課時(shí)●教學(xué)過程一、引入新課[師]在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是什么？［生］閉合電路中磁通量發(fā)生變化.［師］在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，磁通量發(fā)生變化的方式有哪些情況？［生1］由磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化引起的，即ΔΦ=ΔB·S。［生2］由回路面積的變化引起的，即ΔΦ=B·ΔS。[生3]由磁感應(yīng)強(qiáng)度和面積同時(shí)變化引起的,即ΔΦ=B2S2－B1S1［生4］概括為ΔΦ=Φ2－Φ1［說(shuō)明］該問題學(xué)生通常只能回答出一兩種情況，需要教師啟發(fā)、引導(dǎo)，才能歸納出磁通量變化的各種情形。在指導(dǎo)學(xué)生回答此問題時(shí)，重在培養(yǎng)學(xué)生的想象能力和概括能力，不宜過多糾纏細(xì)節(jié),以免沖淡教學(xué)重點(diǎn).[師］恒定電流中學(xué)過，電路中存在持續(xù)電流的條件是什么？［生］電路閉合、有電源。［師]在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，既然閉合電路中有感應(yīng)電流，這個(gè)電路中就一定有電動(dòng)勢(shì)。二、新課教學(xué)1。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)［師]在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)叫感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。CAI課件展示出下面兩個(gè)電路［師]在圖a與圖b中，若電路是斷開的,有無(wú)電流？有無(wú)電動(dòng)勢(shì)？［生］電路斷開,肯定無(wú)電流,但有電動(dòng)勢(shì)。［師］電動(dòng)勢(shì)大，電流一定大嗎？［生］電流的大小由電動(dòng)勢(shì)和電阻共同決定.［師］圖b中，哪部分相當(dāng)于a中的電源?［生]螺線管相當(dāng)于電源.[師］圖b中,哪部分相當(dāng)于a中電源內(nèi)阻?[生］線圈自身的電阻。［師］在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中,不論電路是否閉合，只要穿過電路的磁通量發(fā)生變化，電路中就有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是電磁感應(yīng)現(xiàn)象的本質(zhì).2。法拉第電磁感應(yīng)定律［師］感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)跟什么因素有關(guān)?現(xiàn)在演示前節(jié)課中三個(gè)成功實(shí)驗(yàn)，用CAI課件展示出這三個(gè)電路圖，同時(shí)提出三個(gè)問題供學(xué)生思考：［問題1］在實(shí)驗(yàn)中,電流表指針偏轉(zhuǎn)原因是什么?［問題2］電流表指針偏轉(zhuǎn)程度跟感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小有什么關(guān)系?[問題3］第一個(gè)成功實(shí)驗(yàn)中,將條形磁鐵從同一高度插入線圈中,快插入和慢插入有什么相同和不同?［生1］穿過電路的Φ變化產(chǎn)生E感產(chǎn)生I感。［生2］由全電路歐姆定律知I=，當(dāng)電路中的總電阻一定時(shí),E感越大,I越大,指針偏轉(zhuǎn)越大.［生3］磁通量變化相同,但磁通量變化的快慢不同.[師］磁通量變化的快慢用磁通量的變化率來(lái)描述，即單位時(shí)間內(nèi)磁通量的變化量，用式子表示為。從上面的三個(gè)實(shí)驗(yàn)，同學(xué)們可歸納出什么結(jié)論呢？［生1]實(shí)驗(yàn)甲中，將條形磁鐵快插入(或拔出）比慢插入或（拔出）時(shí)，大,I感大，E感大.［生2］實(shí)驗(yàn)乙中，導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)越快,越大，I感越大，E感越大.[生3]實(shí)驗(yàn)丙中，K斷開或閉合，比K閉合時(shí)移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片時(shí)大，I感大，E感大。［師]從上面的三個(gè)實(shí)驗(yàn)我們可以發(fā)現(xiàn),越大，E感越大，即感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小完全由磁通量的變化率決定.精確的實(shí)驗(yàn)表明：電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，跟穿過這一電路磁通量的變化率成正比,即E∝。這就是法拉第電磁感應(yīng)定律。（師生共同活動(dòng)，推導(dǎo)法拉第電磁感應(yīng)定律的表達(dá)式）設(shè)t1時(shí)刻穿過回路的磁通量為Φ1，t2時(shí)刻穿過回路的磁通量為Φ2，在時(shí)間Δt=t2－t1內(nèi)磁通量的變化量為ΔΦ=Φ2－Φ1，磁通量的變化率為，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E，則E=k在國(guó)際單位制中,k=1，則上式可寫成E=設(shè)閉合電路是一個(gè)n匝線圈，且穿過每匝線圈的磁通量變化率都相同，這時(shí)相當(dāng)于n個(gè)單匝線圈串聯(lián)而成,因此感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)變?yōu)镋=n[師］導(dǎo)體切割磁感線時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)如何計(jì)算呢？用CAI課件展示如圖所示電路，閉合電路一部分導(dǎo)體ab處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，ab的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，以速度v勻速切割磁感線,求產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)?解析：設(shè)在Δt時(shí)間內(nèi)導(dǎo)體棒由原來(lái)的位置運(yùn)動(dòng)到ab，這時(shí)線框面積的變化量為ΔS=LvΔt穿過閉合電路磁通量的變化量為ΔΦ=BΔS=BLvΔt據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，得E==BLv［生］當(dāng)導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)方向跟磁感線方向有一個(gè)夾角θ，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可用上面的公式計(jì)算嗎？［師]讓我們進(jìn)行下面的推導(dǎo).用CAI課件展示如圖所示電路，閉合電路的一部分導(dǎo)體處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,導(dǎo)體棒以v斜切割磁感線,求產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。解析：可以把速度v分解為兩個(gè)分量：垂直于磁感線的分量v1=vsinθ和平行于磁感線的分量v2=vcosθ。后者不切割磁感線，不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。前者切割磁感線，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E=BLv1=BLvsinθ［強(qiáng)調(diào)］θ指v與B的夾角。［投影片出示例題］（2001年上海）如圖所示，固定于水平面上的金屬框cdef,處在豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，金屬棒ab擱在框架上,可無(wú)摩擦滑動(dòng).此時(shí)abed構(gòu)成一個(gè)邊長(zhǎng)l的正方形,棒電阻r,其余電阻不計(jì)，開始時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。（1）若以t=0時(shí)起，磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻增加,每秒增加量k,同時(shí)保持棒靜止,求棒中的感應(yīng)電流。(2）在上述情況中，棒始終保持靜止,當(dāng)t=t1時(shí)需加垂直于棒水平外力多大?（3）若從t=0時(shí)起，磁感應(yīng)強(qiáng)度逐漸減小,當(dāng)棒以恒定速度v向右勻速運(yùn)動(dòng),可使棒中不產(chǎn)生I感,則磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)怎樣隨時(shí)間變化?（寫出B與t的關(guān)系式）解析：（1)據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E==kl2回路中的感應(yīng)電流為I=（2）當(dāng)t=t1時(shí)，B=B0+kt1金屬桿所受的安培力為F安=BIl=（B0+kt1）據(jù)平衡條件，作用于桿上的水平拉力為F=F安=（B0+kt1）（3）要使棒中不產(chǎn)生感應(yīng)電流，則通過閉合回路的磁通量不變，即B0l2=Bl（l+vt解得B=三、小結(jié)通過本節(jié)課學(xué)習(xí)，主要學(xué)習(xí)了以下幾個(gè)問題：1.電磁感應(yīng)現(xiàn)象的本質(zhì)是產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).2.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與磁通量的變化率成正比，即E=n.3。導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E=Blvsinθ，θ為速度方向與磁感線方向的夾角。四、作業(yè)(1)閱讀教材;（2）練習(xí)二寫在作業(yè)本上.五、板書設(shè)計(jì)六、本節(jié)優(yōu)化訓(xùn)練設(shè)計(jì)1。某單匝線圈電阻是1Ω，當(dāng)穿過它的磁通量始終以2Wb/s速率減小時(shí)，則A.線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一定每秒降低2VB。線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一定是2VC.線圈中感應(yīng)電流一定每秒減少2AD。線圈中感應(yīng)電流一定是2A2.如圖，MN和PQ為兩平行金屬導(dǎo)軌，M、P中有一阻值為R的電阻，導(dǎo)軌處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直導(dǎo)軌所在平面向里.有一金屬圓環(huán)沿導(dǎo)軌滑動(dòng),速度為v，與導(dǎo)軌接觸良好,圓環(huán)直徑為d,與兩軌間距相等，該環(huán)與導(dǎo)軌電阻均可忽略，當(dāng)環(huán)向右做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)A。有感應(yīng)電流流過R，大小為B。有感應(yīng)電流流過R，大小為C.有感應(yīng)電流流過R，大小為D.無(wú)感應(yīng)電流流過R3.求下列各種情況下的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。4.如圖甲所示,一對(duì)平行光滑軌道設(shè)置在水平面上，兩軌道間距l(xiāng)=0。20m，電阻R=1.0Ω。有一導(dǎo)體桿靜止地放在軌道上，與兩軌道垂直，桿及軌道的電阻皆可忽略不計(jì)，整個(gè)裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.50T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直軌道平面向下.現(xiàn)用一外力F沿軌道方向拉桿,使之做勻加速運(yùn)動(dòng)，測(cè)得力F與時(shí)間t的關(guān)系如圖乙所示，求桿的質(zhì)量m和加速度a.甲乙5。如圖所示,在一均勻磁場(chǎng)中有一矩形導(dǎo)線框abcd，線框處于水平平面內(nèi)，磁場(chǎng)與線框平面垂直，R為一電阻，ef為垂直于ab的一根導(dǎo)體桿，它可在ab、cd上無(wú)摩擦地滑動(dòng).桿ef及線框中導(dǎo)線的電阻都可不計(jì).開始時(shí)，給ef一個(gè)向右的初速度，則A.ef將減速向右運(yùn)動(dòng)，但不是勻減速B。ef將勻減速向右運(yùn)動(dòng)，最后停止C。ef將勻速向右運(yùn)動(dòng)D.ef將往返運(yùn)動(dòng)6.兩根平行的金屬導(dǎo)軌，固定在同一水平面上，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.50T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)與導(dǎo)軌所在平面垂直，導(dǎo)軌的電阻很小,可忽略不計(jì)。導(dǎo)軌間的距離l=0.20m。兩根質(zhì)量均為m=0.10kg的平行金屬桿甲、乙可在導(dǎo)軌上無(wú)摩擦地滑動(dòng),滑動(dòng)過程中與導(dǎo)軌保持垂直，每根金屬桿的電阻為R=0.50Ω.在t=0時(shí)刻,兩桿都處于靜止?fàn)顟B(tài)?，F(xiàn)有一與導(dǎo)軌平行、大小為0。20N的恒力F作用于金屬桿甲上，使金屬桿在導(dǎo)軌上滑動(dòng)。經(jīng)過t=5.0s，金屬桿甲的加速度為a=1。37m/s2,問此時(shí)兩金屬桿的速度各是多少?參考答案：1.BD2。B3.Blv4.解析:導(dǎo)體棒在軌道上做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，用v表示其速度，用t表示時(shí)間，則有v=at ①導(dǎo)體桿切割磁感線,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E=Blv ②在桿、軌道和電阻組成的閉合電路中,有感應(yīng)電流產(chǎn)生，據(jù)閉合電路歐姆定律，有I= ③桿受到的安培力為F安=BIL ④據(jù)牛頓第二定律，有F－F安=ma ⑤由以上各式解得F=ma+ ⑥在圖線上取兩點(diǎn),代入⑥式，可解得a=10m/s2m5.解析:給ef一個(gè)向右的初速度,ef在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做切割磁感線運(yùn)動(dòng),產(chǎn)生感應(yīng)電流.據(jù)右手定則ef中感應(yīng)電流的方向是由f到e.當(dāng)ef中有感應(yīng)電流時(shí)，ef在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中要受到安培力作用,據(jù)左手定則可知,ef所受安培力的方向向左,與ef運(yùn)動(dòng)的方向相反,故ef桿做減速運(yùn)動(dòng)。由于ef桿的速度不斷減小，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不斷減小，回路中的感應(yīng)電流不斷減小，ef桿所受的安培力不斷減小。據(jù)牛頓第二定律可知，ef桿的加速度不斷減小，故ef桿做加速度減小的減速運(yùn)動(dòng),直到停止。綜上所述應(yīng)選擇A。答案：A6.解析：設(shè)任一時(shí)刻t，兩金屬桿甲、乙之間的距離為x,速度分別為v1和v2，經(jīng)過很短的時(shí)間Δt，桿甲移動(dòng)距離v1Δt，桿乙移動(dòng)距離v2Δt，回路面積改變?chǔ)=［(x－v2Δt）+v1Δt]l－lx=(v1－v2）lΔt ①由法