第四节法拉第电磁感应定律教案

1第四节：法拉第电磁感应定律教案【教学目标】1、知识与技能：（1）、知道感应电动势,及决定感应电动势大小的因素。（2）、知道磁通量的变化率是表示磁通量变化快慢的物理量，并能区别Φ、ΔΦ、t。（3）、理解法拉第电磁感应定律内容、数学表达式。（4）、知道E=BLvsinθ如何推得。（5）、会用tnE解决问题。2、过程与方法（1）、经历学生实验，培养学生的动手能力和探究能力。（2）、通过推导导线切割磁感线时的感应电动势公式E=BLv，掌握运用理论知识探究问题的方法。3、情感态度与价值观（1）、从不同物理现象中抽象出个性与共性问题，培养学生对不同事物进行分析，找出共性与个性的辩证唯物主义思想。（2）、通过比较感应电流、感应电动势的特点，引导学生把握主要矛盾。【教学重点】法拉第电磁感应定律。【教学难点】感应电流与感应电动势的产生条件的区别。【教学方法】实验法、归纳法、类比法【教具准备】多媒体课件、多媒体电脑、投影仪、检流计、螺线管、磁铁。【教学过程】一、复习提问：1、在电磁感应现象中，产生感应电流的条件是什么？答：穿过闭合回路的磁通量发生变化，就会在回路中产生感应电流。2、恒定电流中学过，电路中存在持续电流的条件是什么？答：电路闭合，且这个电路中就一定有电源。3、在发生电磁感应的情况下，用什么方法可以判定感应电流的方向？答：由楞次定律或右手定则判断感应电流的方向二、引入新课1、问题1：既然会判定感应电流的方向，那么，怎样确定感应电流的强弱呢？答：既然有感应电流，那么就一定存在感应电动势．只要能确定感应电动势的大小，根据欧姆定律就可以确定感应电流了．2、问题2：如图所示，在螺线管中插入一个条形磁铁，问①、在条形磁铁向下插入螺线管的过程中,该电路中是否都有电流?为什么?答：有，因磁通量有变化②、有感应电流,是谁充当电源?答：由恒定电流中学习可知，对比可知左图中的虚线框部分相当于电源。③、上图中若电路是断开的，有无感应电流电流？有无感应电动势？答：电路断开，肯定无电流，但有电动势。3、产生感应电动势的条件是什么？答：回路中的磁通量发生变化．4、比较产生感应电动势的条件和产生感应电流的条件你有什么发现？答：在电磁感应现象中，不论电路是否闭合，只要穿过电路的磁通量发生变化，电路中就有感应电动势，但产生感应电流还需要电路闭合，因此研究感应电动势更有意义。RabvLSNGvababRErabGEr2本节课我们就来一起探究感应电动势三、进行新课（一）、探究影响感应电动势大小的因素（1）探究目的：感应电动势大小跟什么因素有关？（学生猜测）（2）探究要求：①、将条形磁铁迅速和缓慢的插入拔出螺线管，记录表针的最大摆幅。②、迅速和缓慢移动导体棒，记录表针的最大摆幅。③、迅速和缓慢移动滑动变阻器滑片，迅速和缓慢的插入拔出螺线管，分别记录表针的最大摆幅；（3）、探究问题：问题1、在实验中，电流表指针偏转原因是什么？问题2：电流表指针偏转程度跟感应电动势的大小有什么关系？问题3：在实验中，快速和慢速效果有什么相同和不同？（4）、探究过程安排学生实验。（能力培养）教师引导学生分析实验，（课件展示）回答以上问题学生甲：穿过电路的Φ变化产生E感产生I感.学生乙：由全电路欧姆定律知I=rRE，当电路中的总电阻一定时，E感越大，I越大，指针偏转越大。学生丙：磁通量变化相同，但磁通量变化的快慢不同。可见，感应电动势的大小跟磁通量变化和所用时间都有关，即与磁通量的变化率有关.把t定义为磁通量的变化率。上面的实验，我们可用磁通量的变化率来解释：学生甲：实验中，将条形磁铁快插入（或拔出）比慢插入或（拔出）时，t大，I感大，E感大。实验结论:电动势的大小与磁通量的变化快慢有关，磁通量的变化越快电动势越大,磁通量的变化越慢电动势越小。（二）、法拉第电磁感应定律从上面的实验我们可以发现，t越大，E感越大，即感应电动势的大小完全由磁通量的变化率决定。精确的实验表明：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路磁通量的变化率成正比，即E∝t。这就是法拉第电磁感应定律。（师生共同活动，推导法拉第电磁感应定律的表达式）（课件展示）E=kt在国际单位制中，电动势单位是伏（V），磁通量单位是韦伯（Wb），时间单位是秒（s），可以证明式中比例系数k=1，（同学们可以课下自己证明），则上式可写成E=t设闭合电路是一个N匝线圈，且穿过每匝线圈的磁通量变化率都相同，这时相当于N个单匝线圈串联而成，因此感应电动势变为E=Nt1.内容:电动势的大小与磁通量的变化率成正比2.公式:ε=Nt33.定律的理解:tcosθ则ε＝ΔＢ／ΔtＳcosθcosθ则ε＝ＢΔＳ／Δtcosθ(cosθ)则ε＝ＢＳΔ（cosθ）／Δt4、特例——导线切割磁感线时的感应电动势用课件展示如图所示电路，闭合电路一部分导体ab处于匀强磁场中，磁感应强度为B，ab的长度为L，以速度v匀速切割磁感线，求产生的感应电动势？（课件展示）解析：设在Δt时间内导体棒由原来的位置运动到a1b1，这时线框面积的变化量为ΔS=LvΔt穿过闭合电路磁通量的变化量为ΔΦ=BΔS=BLvΔt据法拉第电磁感应定律，得E=t=BLv这是导线切割磁感线时的感应电动势计算更简捷公式，需要理解（1）B,L,V两两垂直（2）导线的长度L应为有效长度（3）导线运动方向和磁感线平行时，E=0（4）速度V为平均值（瞬时值），E就为平均值（瞬时值）问题：当导体的运动方向跟磁感线方向有一个夹角θ，感应电动势可用上面的公式计算吗？用课件展示如图所示电路，闭合电路的一部分导体处于匀强磁场中，导体棒以v斜向切割磁感线，求产生的感应电动势。解析：可以把速度v分解为两个分量：垂直于磁感线的分量v1=vsinθ和平行于磁感线的分量v2=vcosθ。后者不切割磁感线，不产生感应电动势。前者切割磁感线，产生的感应电动势为E=BLv1=BLvsinθ强调：在国际单位制中，上式中B、L、v的单位分别是特斯拉（T）、米（m）、米每秒（m/s），θ指v与B的夹角。5、公式比较：公式E=nΔΦ/Δt与E=BLvsinθ的区别与联系（1）研究对象不同：E=nΔΦ/Δt的研究对象是一个回路，而E=BLvsinθ研究对象是磁场中运动的一段导体。（2）物理意义不同：E=nΔΦ/Δt求得是Δt时间内的平均感应电动势，当Δt→0时，则E为瞬时感应电动势；而E=BLvsinθ，如果v是某时刻的瞬时速度，则E也是该时刻的瞬时感应电动势；若v为平均速度，则E为平均感应电动势。（3）E=nΔΦ/Δt求得的电动势是整个回路的感应电动势，而不是回路中某部分导体的电动势。整个回路的电动势为零，其回路中某段导体的感应电动势不一定为零。（4）E=BLvsinθ和E=nΔΦ/Δt本质上是统一的。前者是后者的一种特殊情况。但是，当导体做切割磁感线运动时，用E＝BLvsinθ求E比较方便；当穿过电路的磁通量发生变化，用E=ΔΦ/Δt求E比较方便。三．反电动势引导学生讨论教材图4.3-3中，电动机线圈的转动会产生感应电动势。这个电动势是加强了4电源产生的电流，还是削弱了电源的电流？是有利于线圈转动还是阻碍线圈的转动？学生讨论后发表见解。教师总结点评。电动机转动时产生的感应电动势削弱了电源的电流，这个电动势称为反电动势。反电动势的作用是阻碍线圈的转动。这样，线圈要维持原来的转动就必须向电动机提供电能，电能转化为其它形式的能。讨论：如果电动机因机械阻力过大而停止转动，会发生什么情况？这时应采取什么措施？学生讨论，发表见解。电动机停止转动，这时就没有了反电动势，线圈电阻一般都很小，线圈中电流会很大，电动机可能会烧毁。这时，应立即切断电源，进行检查。课堂练习：例题1：下列说法正确的是（D）A、线圈中磁通量变化越大，线圈中产生的感应电动势一定越大B、线圈中的磁通量越大，线圈中产生的感应电动势一定越大C、线圈处在磁场越强的位置，线圈中产生的感应电动势一定越大D、线圈中磁通量变化得越快，线圈中产生的感应电动势越大例题2：一个匝数为100、面积为10cm2的线圈垂直磁场放置，在0.5s内穿过它的磁场从1T增加到9T。求线圈中的感应电动势。解：由电磁感应定律可得E=nΔΦ/Δt①ΔΦ＝ΔＢ×Ｓ②由①②联立可得E=nΔＢ×Ｓ/Δt代如数值可得Ｅ＝１６Ｖ例题3、如图所示，在磁感强度为0.1T的匀强磁场中有一个与之垂直的金属框ABCD，框电阻不计，上面接一个长0.1m的可滑动的金属丝ab，已知金属丝质量为0.2g，电阻R＝0.2Ω，不计阻力，求金属丝ab匀速下落时的速度。(4m／s)问1：将上题的框架竖直倒放，使框平面放成与水平成30°角，不计阻力，B垂直于框平面，求vm？答案：(2m／s)问2：上题中若ab框间有摩擦阻力，且μ＝0.2，求vm？答案：(1.3m／s)问3：若不计摩擦，而将B方向改为竖直向上，求vm？答案：(2.67m／s)问4：若此时再加摩擦μ＝0.2，求vm？答案：(1.6m／s)问5：如图所示在问2中的BC中间加ε＝0.3v、r＝0.8Ω的电池，求vm？答案：(20m／s)问6：上题中若有摩擦，μ＝0.2，求vm？问7：B改为竖直向上，求vm？问8：将电池ε反接时的各种情况下，求vm？【课堂小结】1、让学生概括总结本节的内容。请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔记本上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容。2、认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方。3、让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架。【板书设计】第四节：法拉第电磁感应定律一、感应电动势二、电磁感应定律1．内容2．表达式E=nΔΦ/Δt：求平均电动势5E=BLV：V为瞬时值时求瞬时电动势，V为平均值求平均电动势3.定律的理解:t动势的大小与磁通量的变化率成正比cosθ则ε＝ΔＢ／ΔtＳcosθcosθ则ε＝ＢΔＳ／Δtcosθ(cosθ)则ε＝ＢＳΔ（cosθ）／Δt【布置作业】选修3-2课本第16页“思考与讨论”课后作业：第17页1、2、3、4、5题【课后反思】让学生概括总结本节的内容。请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔记本上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容。让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架。