高中物理粵教版2023選擇性必修第二冊(cè) 2.2 法拉第電磁感應(yīng)定律二教案含解析

第第頁(yè)高中物理粵教版（2023）選擇性必修第二冊(cè)2.2法拉第電磁感應(yīng)定律（二）教案（含解析）法拉第電磁感應(yīng)定律（第二課時(shí)）

【教學(xué)對(duì)象分析】通過楞次定律和右手定則的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)掌握了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、感應(yīng)電流方向的判斷方法。通過法拉第電磁感應(yīng)定律學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)能夠計(jì)算感生電動(dòng)勢(shì)計(jì)算，動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算公式學(xué)習(xí)，是知識(shí)推進(jìn)的必然。

【教學(xué)內(nèi)容分析】本節(jié)課通過法拉第電磁感應(yīng)定律，用在切割磁感線的情境下，推導(dǎo)出動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算公式。

【教學(xué)目標(biāo)】

（1）理解動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的非靜電力的來(lái)源是由洛倫茲力的一個(gè)分力來(lái)提供的。

（2）理解動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)表達(dá)式的使用條件，及其公式中個(gè)物理量的含義。

（3）熟練掌握應(yīng)用計(jì)算動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的方法。

【教學(xué)難點(diǎn)】動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)表達(dá)式使用條件，及公式中物理量的含義。

【教學(xué)重點(diǎn)】熟練使用計(jì)算動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)。

【教學(xué)方法】分析、思考與討論

【教學(xué)過程】

復(fù)習(xí)前知

法拉第電磁感應(yīng)定律：線圈內(nèi)的感生電動(dòng)勢(shì)大小與通過線圈的磁通量的變化率成正比關(guān)系。

國(guó)際單位制下：

E—感生電動(dòng)勢(shì)，為磁通量變化率，n為線圈匝數(shù)

教學(xué)過程

問題1如圖所示，當(dāng)導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)而引起磁通量變化時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)多大呢？

假設(shè)在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)里，線框平面與磁感線垂直，導(dǎo)線ab長(zhǎng)度為l，它以速度v水平向右勻速運(yùn)動(dòng)，求產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大??？

由于導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，叫動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)。

思考：若導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向與導(dǎo)體本身垂直，但與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向有夾角θ，此時(shí)電動(dòng)勢(shì)又該怎么求？

將速度進(jìn)行矢量分解

(一）導(dǎo)體切割磁感線時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

1、表達(dá)式：

適用條件：（1）勻強(qiáng)磁場(chǎng)中

（2）導(dǎo)線L、B、v兩兩垂直時(shí)

若導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向跟磁感應(yīng)強(qiáng)度方向有夾角(導(dǎo)體斜切磁感線)

E=Blvsinθ（θ為v與B夾角）

2．對(duì)公式E＝Blvsinθ的理解

(1)如果是n匝線框的一邊在磁場(chǎng)中切割磁感線

則有E＝nBlvsinθ

(2)該公式可看成法拉第電磁感應(yīng)定律的一個(gè)推論，求導(dǎo)體切割磁感線時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)更簡(jiǎn)捷。速度v為瞬時(shí)值,E就為瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì);速度v為平均值,E就為平均電動(dòng)勢(shì).

(3)當(dāng)B、l、v三個(gè)量方向相互垂直時(shí)，E＝Blv；

當(dāng)有任意兩個(gè)量的方向平行時(shí)，E＝0。

(4)公式中的l應(yīng)理解為導(dǎo)體切割磁感線時(shí)的有效長(zhǎng)度。

如圖所示，導(dǎo)體切割磁感線的情況應(yīng)取與B和v垂直的等效直線長(zhǎng)度，

即ab的長(zhǎng)度。

（二）動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的非靜電力來(lái)源

問題2如圖，普通電源產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)是通過非靜電力做功實(shí)現(xiàn)的，那導(dǎo)體棒在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的非靜電力是什么力提供的？

如圖，導(dǎo)體棒CD在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，速度方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直，且與導(dǎo)體棒垂直。

為便于討論，假設(shè)導(dǎo)體棒中的自由電荷是正電荷。

其實(shí)，這里的非靜電力是洛侖茲力沿棒方向的一個(gè)分力，如圖所示：

從能量轉(zhuǎn)化角度看動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生

設(shè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，導(dǎo)體棒MN的長(zhǎng)度為l，在水平外力作用下以速度v水平向右勻速運(yùn)動(dòng)，電阻值為R，不計(jì)其它電阻和摩擦，則：

導(dǎo)體棒產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)？回路中的感應(yīng)電流？

在時(shí)間t內(nèi)，電路中產(chǎn)生多少電能？

③導(dǎo)體棒受到的安培力的大??？方向？

④作用在導(dǎo)體棒上的外力F的大小？方向？

⑤在時(shí)間t內(nèi)，外力F做功？安培力做功？

⑥運(yùn)動(dòng)過程中，外力做功、安培力做功與電路

中產(chǎn)生的電能有什么關(guān)系？

綜合②⑤分析,

根據(jù)能量轉(zhuǎn)化與守恒定律：

外力做功等于克服安培力做功，等于電路中產(chǎn)生的電能。

【解析】公式E＝Blv中的l應(yīng)指導(dǎo)體的有效切割長(zhǎng)度，甲、乙、丁中的有效切割長(zhǎng)度均為l，電動(dòng)勢(shì)E＝Blv；而丙的有效切割長(zhǎng)度為0，電動(dòng)勢(shì)為0，故選項(xiàng)B正確.

例題2如圖所示，水平放置的平行金屬導(dǎo)軌相距l(xiāng)＝0.50m，左端接一電阻R＝0.20Ω，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.40T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直于導(dǎo)軌平面．導(dǎo)體棒ab垂直放在導(dǎo)軌上，并能無(wú)摩擦地沿導(dǎo)軌滑動(dòng)，導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒的電阻均可忽略不計(jì)，當(dāng)ab以v＝4.0m/s的速度水平向右勻速滑動(dòng)時(shí)，求:

(1)閉合回路感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小；

(2)回路中感應(yīng)電流的大??；

(3)ab棒中哪端電勢(shì)高；

(4)維持ab棒做勻速運(yùn)動(dòng)的水平外力F的大?。?/p>

能力提升訓(xùn)練

思路分析：

(1)金屬棒切割磁感線的有效長(zhǎng)度是哪一部分？如何求電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)？

(2)組成閉合回路的總電阻如何變化？如何求出？

課堂小結(jié)

答疑

1、部分導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)公式E=BLV，其中速度V是

相對(duì)地面的速度嗎？

不是，速度V是相對(duì)于磁場(chǎng)的速度，若磁場(chǎng)相對(duì)地面靜止，則速度v等于相對(duì)地面的速度，若磁場(chǎng)相對(duì)地面在運(yùn)動(dòng)，應(yīng)注意速度間的相對(duì)關(guān)系。

如圖所示，如何求導(dǎo)體轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁感線的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)？

3、如圖所示，如何判斷部分導(dǎo)體切割磁感線時(shí)兩端電勢(shì)的高低？

方法：先用右手定則或楞次定律判斷出感應(yīng)電流的方向由b流向a，導(dǎo)體棒相當(dāng)于電源部分，根據(jù)閉合電路知識(shí)，電源內(nèi)部電流方向由負(fù)極流向正極，所以a端電勢(shì)高，b端電勢(shì)低。

4、如圖所示，水平放置的平行金屬導(dǎo)軌相距l(xiāng)＝0.50m，左端接一電阻R＝0.20Ω，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.40T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直于導(dǎo)軌平面．導(dǎo)體棒ab垂直放在導(dǎo)軌上，并能無(wú)摩擦地沿導(dǎo)軌滑動(dòng)，導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒的電阻均可忽略不計(jì)，當(dāng)ab以v＝4.0m/s的速度水平向右勻速滑動(dòng)時(shí)，求:

(1)ab棒中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大??；

(2)回路中感應(yīng)電流的大小；

(3)ab棒中哪端電勢(shì)高；

(4)維