2024-2025學(xué)年高中物理第一章電磁感應(yīng)第04節(jié)法拉弟電磁感應(yīng)定律教案粵教版選修3-2

PAGE1-法拉第電磁感應(yīng)定律教學(xué)目標(biāo)：（一）學(xué)問與技能1．知道什么叫感應(yīng)電動勢。2．知道磁通量的改變率是表示磁通量改變快慢的物理量，并能區(qū)分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．會用和E=BLvsinθ解決問題。（二）過程與方法通過推導(dǎo)到線切割磁感線時的感應(yīng)電動勢公式E=BLv，駕馭運(yùn)用理論學(xué)問探究問題的方法。（三）情感、看法與價值觀1．從不同物理現(xiàn)象中抽象出特性與共性問題，培育學(xué)生對不同事物進(jìn)行分析，找出共性與特性的辯證唯物主義思想。2．了解法拉第探究科學(xué)的方法，學(xué)習(xí)他的執(zhí)著的科學(xué)探究精神。教具打算：多媒體電腦、投影儀、投影片。教學(xué)過程：復(fù)習(xí)提問（課堂導(dǎo)入）：（一）引入新課在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是什么？在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，磁通量發(fā)生改變的方式有哪些狀況？恒定電流中學(xué)過，電路中存在持續(xù)電流的條件是什么？在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，既然閉合電路中有感應(yīng)電流，這個電路中就確定有電動勢。在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢叫感應(yīng)電動勢。下面我們就來探討感應(yīng)電動勢的大小確定因素。出示本堂課教學(xué)目標(biāo)：1．知道什么叫感應(yīng)電動勢。2．知道磁通量的改變率是表示磁通量改變快慢的物理量，并能區(qū)分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．會用和E=BLvsinθ解決問題。學(xué)生活動內(nèi)容老師活動內(nèi)容試驗(yàn)甲中，將條形磁鐵快插入（或拔出）比慢插入或（拔出）時，大，I感大，E感大。試驗(yàn)乙中，導(dǎo)體棒運(yùn)動越快，越大，I感越大，E感越大。試驗(yàn)丙中，開關(guān)斷開或閉合，比開關(guān)閉合時移動滑動變阻器的滑片時大，I感大，E感大。從上面的三個試驗(yàn)我們可以發(fā)覺，越大，E感越大，即感應(yīng)電動勢的大小完全由磁通量的改變率確定。精確的試驗(yàn)表明：電路中感應(yīng)電動勢的大小，跟穿過這一電路磁通量的改變率成正比，即E∝。這就是法拉第電磁感應(yīng)定律。（師生共同活動，推導(dǎo)法拉第電磁感應(yīng)定律的表達(dá)式）設(shè)t1時刻穿過回路的磁通量為Φ1，t2時刻穿過回路的磁通量為Φ2，在時間Δt=t2－t1內(nèi)磁通量的改變量為ΔΦ=Φ2－Φ1，磁通量的改變率為，感應(yīng)電動勢為E，則E=n在國際單位制中，電動勢單位是伏（V），磁通量單位是韋伯（Wb），時間單位是秒（s），可以證明式中比例系數(shù)k=1，（同學(xué)們可以課下自己證明），則上式可寫成E=設(shè)閉合電路是一個n匝線圈，且穿過每匝線圈的磁通量改變率都相同，這時相當(dāng)于n個單匝線圈串聯(lián)而成，因此感應(yīng)電動勢變?yōu)镋=n、感應(yīng)電動勢在圖a與圖b中，若電路是斷開的，有無電流？有無電動勢？電路斷開，確定無電流，但有電動勢。電動勢大，電流確定大嗎？電流的大小由電動勢和電阻共同確定。圖b中，哪部分相當(dāng)于a中的電源？螺線管相當(dāng)于電源。圖b中，哪部分相當(dāng)于a中電源內(nèi)阻？線圈自身的電阻。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)生改變，電路中就有感應(yīng)電動勢.有感應(yīng)電動勢是電磁感應(yīng)現(xiàn)象的本質(zhì)。2、電磁感應(yīng)定律感應(yīng)電動勢跟什么因素有關(guān)？現(xiàn)在演示前節(jié)課中三個勝利試驗(yàn)，用CAI課件展示出這三個電路圖，同時提出三個問題供學(xué)生思索：乙甲乙甲丙丙問題1：在試驗(yàn)中，電流表指針偏轉(zhuǎn)緣由是什么?問題2：電流表指針偏轉(zhuǎn)程度跟感應(yīng)電動勢的大小有什么關(guān)系?問題3：第一個勝利試驗(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?穿過電路的Φ改變產(chǎn)生E感產(chǎn)生I感.由全電路歐姆定律知I=，當(dāng)電路中的總電阻確定時，E感越大，I越大，指針偏轉(zhuǎn)越大。磁通量改變相同，但磁通量改變的快慢不同。老師：磁通量改變的快慢用磁通量的改變率來描述，即單位時間內(nèi)磁通量的改變量，用公式表示為。從上面的三個試驗(yàn)，同學(xué)們可歸納出什么結(jié)論呢？問題：當(dāng)導(dǎo)體的運(yùn)動方向跟磁感線方向有一個夾角θ，感應(yīng)電動勢可用上面的公式計(jì)算嗎？如圖所示電路，閉合電路的一部分導(dǎo)體處于勻強(qiáng)磁場中，導(dǎo)體棒以v斜向切割磁感線，求產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢。解析：可以把速度v分解為兩個重量：垂直于磁感線的重量v1=vsinθ和平行于磁感線的重量v2=vcosθ。后者不切割磁感線，不產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。前者切割磁感線，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為E=BLv1=BLvsinθ3、導(dǎo)線切割磁感線時的感應(yīng)電動勢導(dǎo)體切割磁感線時，感應(yīng)電動勢如何計(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)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，ab的長度為L，以速度v勻速切割磁感線，求產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢？解析：設(shè)在Δt時間內(nèi)導(dǎo)體棒由原來的位置運(yùn)動到a1b1，這時線框面積的改變量為ΔS=LvΔt穿過閉合電路磁通量的改變量為ΔΦ=BΔS=BLvΔt據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，得E==BLv問題：當(dāng)導(dǎo)體的運(yùn)動方向跟磁感線方向有一個夾角θ，感應(yīng)電動勢可用上面的公式計(jì)算嗎？［強(qiáng)調(diào)］在國際單位制中，上式中B、L、v的單位分別是特斯拉（T）、米（m）、米每秒（m/s），θ指v與B的夾角。探討：假如電動機(jī)因機(jī)械阻力過大而停止轉(zhuǎn)動，會發(fā)生什么狀況？這時應(yīng)實(shí)行什么措施？學(xué)生探討，發(fā)表見解。電動機(jī)停止轉(zhuǎn)動，這時就沒有了反電動勢，線圈電阻一般都很小，線圈中電流會很大，電動機(jī)可能會燒毀。這時，應(yīng)馬上切斷電源，進(jìn)行檢查。4、反電動勢引導(dǎo)學(xué)生探討教材圖4.3-3中，電動機(jī)線圈的轉(zhuǎn)動會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。這個電動勢是加強(qiáng)了電源產(chǎn)生的電流，還是減弱了電源的電流？是有利于線圈轉(zhuǎn)動還是阻礙線圈的轉(zhuǎn)動？學(xué)生探討后發(fā)表見解。老師總結(jié)點(diǎn)評。電動機(jī)轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢減弱了電源的電流，這個電動勢稱為反電動勢。反電動勢的作用是阻礙線圈的轉(zhuǎn)動。這樣，線圈要維持原來的轉(zhuǎn)動就必需向電動機(jī)供應(yīng)電能，電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能。重點(diǎn)、難點(diǎn)化解（探求新知、質(zhì)疑導(dǎo)學(xué)、課堂反饋）：系統(tǒng)歸納：感應(yīng)電動勢為EE=n在國際單位制中，電動勢單位是伏（V），磁通量單位是韋伯（Wb），時間單位是秒（s），E=BLv1=BLvsinθ［強(qiáng)調(diào)］在國際單位制中，上式中B、L、v的單位分別是特斯拉（T）、米（m）、米每秒（m/s），θ指v與B的夾角。練習(xí)鞏固（課堂作業(yè)）：【例1】如圖所示，有一彎成θ角的光滑金屬導(dǎo)軌POQ，水平放置在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，磁場方向與導(dǎo)軌平面垂直，有一金屬棒MN與導(dǎo)軌的OQ邊垂直放置，當(dāng)金屬棒從O點(diǎn)起先以加速度a向右勻加速運(yùn)動t秒時，棒與導(dǎo)軌所構(gòu)成的回路中的感應(yīng)電動勢是多少?解：由于導(dǎo)軌的夾角為θ，起先運(yùn)動t秒時，金屬棒切割磁感線的有效長度為：L=stanθ=at2tanθ據(jù)運(yùn)動學(xué)公式，這時金屬棒切割磁感線的速度為v=at由題意知B、L、v三者相互垂直，有E=BLv=Bat2tanθ·at=Ba2t3tanθ即金屬棒運(yùn)動t秒時，棒與導(dǎo)軌所構(gòu)成的回路中的感應(yīng)電動勢是E=Ba2t3tanθ.【例2】（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)磁場中，金屬棒ab擱在框架上，可無摩擦滑動.此時abed構(gòu)成一個邊長l的正方形，棒電阻r，其余電阻不計(jì)，起先時磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。（1）若以t=0時起，磁感應(yīng)強(qiáng)度勻稱增加，每秒增加量k，同時保持棒靜止，求棒中的感應(yīng)電流。（2）在上述狀況中，棒始終保持靜止，當(dāng)t=t1時需加垂直于棒水平外力多大?（3）若從t=0時起，磁感應(yīng)強(qiáng)度漸漸減小，當(dāng)棒以恒定速度v向右勻速運(yùn)動，可使棒中不產(chǎn)生I感，則磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)怎樣隨時間改變?（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)電動勢為E==kl2回路中的感應(yīng)電流為I=（2）當(dāng)t=t1時，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=★鞏固練習(xí)1.法拉第電磁感應(yīng)定律可以這樣表述：閉合電路中感應(yīng)電動勢的大?。ǎ〢.跟穿過這一閉合電路的磁通量成正比B.跟穿過這一閉合電路的磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比C.跟穿過這一閉合電路的磁通量的改變率成正比D.跟穿過這一閉合電路的磁通量的改變量成正比答案：C點(diǎn)評：熟記法拉第電磁感應(yīng)定律的內(nèi)容2.將一磁鐵緩慢地或快速地插到閉合線圈中同樣位置處，不發(fā)生改變的物理量有（）A.磁通量的改變率B.感應(yīng)電流的大小C.消耗的機(jī)械功率D.磁通量的改變量E.流過導(dǎo)體橫截面的電荷量答案：DE點(diǎn)評：插到同樣位置，磁通量改變量相同，但用時不同3.恒定的勻強(qiáng)磁場中有一圓形閉合導(dǎo)線圈，線圈平面垂直于磁場方向，當(dāng)線圈在磁場中做下列哪種運(yùn)動時，線圈中能產(chǎn)生感應(yīng)電流（）A.線圈沿自身所在平面運(yùn)動B.沿磁場方向運(yùn)動