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§6.1法拉第电磁感应定律学案池2012.11.3学+习=优秀【教学目标】●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●会用tnE和E=BLvsinθ解决问题【重点难点】重点：法拉第电磁感应定律难点：平均电动势与瞬时电动势区别一．感应电动势1．在图a与图b中，若电路是断开的，有无电流？有无电动势？_____________________________________________________________________________2．电流大，电动势一定大吗？_____________________________________________________________________________。3．图b中，哪部分相当于a中的电源？_______________________。4．图b中，哪部分相当于a中电源内阻？_______________________。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____________________,但不一定有________________。有无________________是电磁感应现象的本质。二．电磁感应现象（课本88）1.感应电动势跟什么因素有关？结合第二节中的几个演示实验，提出三个问题供学生思考：问题1：在6-1实验中，电流表指针偏转原因是什么?___________________________________问题2：在6-2实验中电流表指针偏转原因是什么?___________________________________以上两个实验说明了什么？_____________________________________________________________________________在6-3实验中，实验者是通过______________不变而改变__________________来实现，电流的产生的，实验说明了什么？__________________________________________________________________________2.__________________________________________________________________________叫电磁感应现象，产生的电流叫______________，生活实例为______________。三．感应电流的方向和大小计算：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。问题3：在图4.2-2中，将条形磁铁从同一高度插入线圈中，快插入和慢插入有什么相同和不同?磁通量变化相同，但磁通量变化的快慢不同。教师：磁通量变化的快慢用磁通量的变化率来描述，即单位时间内磁通量的变化量，用公式表示为t。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）设t1时刻穿过回路的磁通量为Φ1，t2时刻穿过回路的磁通量为Φ2，在时间Δt=t2－t1内磁通量的变化量为ΔΦ=Φ2－Φ1，磁通量的变化率为t，感应电动势为E，则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比较：磁通量Φ、磁通量的变化量△Φ、磁通量的变化率t的意义（1）磁通量Φ是穿过某一面积的磁感线的条数；磁通量的变化量△Φ=Φ1-Φ2表示磁通量变化的多少，并不涉及这种变化所经历的时间；磁通量的变化率t表示磁通量变化的快慢。（2）当磁通量很大时，磁通量的变化量△Φ可能很小。同理，当磁通量的变化量△Φ很大时，若经历的时间很长，则磁通量的变化率也可能较小。（3）磁通量Φ和磁通量的变化量△Φ的单位是Wb，磁通量变化率的单位是Wb／s。（4）磁通量的变化量△Φ与电路中感应电动势大小没有必然关系，穿过电路的△Φ≠0是电路中存在感应电动势的前提；而磁通量的变化率与感应电动势的大小相联系，t越大，电路中的感应电动势越大，反之亦然。（5）磁通量的变化率t，是Φ-t图象上某点切线的斜率。三．导线切割磁感线时的感应电动势导体切割磁感线时，感应电动势如何计算呢？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？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？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。比较：公式E=nt与E=BLvsinθ的区别与联系（1）研究对象不同：E=nt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=nt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=nt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=nt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=t求E比较方便。四．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。【例】有一面积为S＝100cm2的金属环，电阻为R＝0.1Ω，环中磁场变化规律如图所示，磁场方向垂直环面向里，则在t1－t2时间内通过金属环的电荷量为________C．(10－2C)