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石家庄外国语教育集团“四自主·四环节”课堂教学设计日期班级十一年级授课教师学科物理课时1课型新授课课题电磁感应现象的两类情况教学目标1．了解感生电场，知道感生电动势产生的原因。会判断感生电动势的方向。了解动生电动势的产生以及与洛伦兹力的关系。会判断动生电动势的方向，并会计算它的大小。了解电磁感应规律的一般应用，会联系科技实例进行分析。2.通过探究感生电动势和动生电动势产生的原因，培养学生对知识的理解和逻辑推理能力。3.从电磁感应现象中我们找到产生感生电动势和动生电动势的个性与共性问题，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教学重点感生电动势与动生电动势的概念教学难点感生电动势和动生电动势产生的原因。项目及要求项目：通过梳理已经学过的电磁感应知识，使用逻辑推理的方法，探究感生电动势和动生电动势产生的机理。要求：1.理解两类电动势产生的机理；2．学会判断两类电动势的方向；3．知道产生两类电动势的“非静电力”的来源。项目设置意图通过完成此项目可使学生对学过的电磁感应的知识做一个整合，在整合过程中理解电动势的产生机理，使得学生对自然规律的认知更深一步，同时可提升学生的逻辑推理能力。教学过程（项目实施——交流展示——评价激励）教师活动学生活动项目准备：1.复习下列概念和规律（1）感应电动势（2）法拉第电磁感应定律（3）导体切割磁感线时的感应电动势（4）反电动势2.自主预习本节内容自主完成1．电磁感应现象中的感生电场(1)感生电场：英国物理学家麦克斯韦认为，磁场变化时会在空间激发一种_____，如果此空间存在闭合电路，导体中的自由电荷会在这种电场的作用下定向移动形成电流，这种电场称为_______电场．(2)感生电场的方向：遵守_____定律．2．电磁感应现象中的洛伦兹力(1)导体垂直于磁场运动，导体内部自由电荷随导体运动，自由电荷受洛伦兹力吗？_____．(2)洛伦兹力对该自由电荷做功吗？_______．(3)在洛伦兹力作用下，导体两端能出现电势差吗？______．(4)稳定后导体两端的电势差跟哪些因素有关？___________________________．指导调控：一．感生电场1.如课本图4.5-1知，变化的磁场能在闭合导线环中产生感应电流，对应的就有感应电动势，就有电源，谁是电源？充当非静电力的是什么力?2.什么是感生电场？这个理论是谁提出的？3.感生电场与静电场是一回事吗？如不是一回事，有何区别？其作用是什么？4.如何判断感生电场的方向？为什么？5.什么是感生电动势？如何计算？二．动生电场导体切割磁感线时会产生感应电动势，该电动势形成的原因是什么呢？导体切割磁感线产生的感应电动势与哪些因素有关？他是如何将其他形式的能转化为电能的？阅读教材“电磁感应现象中的洛伦兹力”，回答以下问题：6．自由电荷会随着导体棒运动,并因此受到洛伦兹力。导体中自由电荷的合运动在空间大致沿什么方向？为了方便，可以认为导体中的自由电荷是正电荷7．导体棒一直运动下去，自由电荷是否也会沿着导体棒一直运动下去?为什么?8．导体棒的哪端电势比较高?9．如果用导线把C、D两端连到磁场外的一个用电器上，导体棒中电流是沿什么方向的?10．这里谁相当于电源？哪端是电源的正极？非静电力是什么力？11．什么是动生电动势？如何计算？归纳总结：感生电动势与动生电动势的对比感生电动势动生电动势产生原因磁场的变化导体做切割磁感线运动移动电荷的非静电力感生电场对自由电荷的电场力导体中自由电荷所受洛伦兹力沿导体方向的分力回路中相当于电源的部分处于变化磁场中的线圈部分做切割磁感线运动的导体小组合作探究一：感生电场2.变化的磁场会在周围空间激发一种电场，这种电场叫做感应电场。这是19世纪60年代，英国物理学家麦克斯韦在他的电磁场理论中提出的，3.静止的电荷激发的电场叫静电场，静电场的电场线是由正电荷发出，到负电荷终止，电场线不闭合，而感应电场是一种涡旋电场，电场线是封闭的。如图所示，如果空间存在闭合导体，导体中的自由电荷就会在电场力的作用下定向移动，而产生感应电流，或者说导体中产生感应电动势。感应电场是产生感应电流或感应电动势的原因5.感应电场的方向也可以由楞次定律来判断。感应电流的方向与感应电场的方向相同。由感生电场产生的感应电动势，变化的磁场在闭合导体所在的空间产生电场，导体内自由电荷在电场力作用下产生感应电流，或者说产生感应电动势。其中感应电场对电荷的作用力就相当于电源内部所谓的非静电力，对电荷产生作用。E＝NSΔB/Δt探究二：动生电场7.导体在磁场中切割磁感线时，产生动生电动势，它是由导体中的自由电子受到洛伦兹力的作用而引起的。由于导体中的自由电子随导体一起以速度v运动，因此每个电子受到向上的洛伦兹力作用，大小为：F洛＝Bev。使导体上端出现过剩的负电荷，导体下端出现过剩的正电荷，结果使导体上端D的电势低于下端C的电势，出现由C指向D的静电场，此电场对电子的静电力F′的方向向下，与沿棒方向的洛伦兹力F方向相反，随着导体两端正负电荷的积累，电场不断增强，当作用在自由电子上的静电力与电子沿棒方向受到的洛伦兹力平衡时，DC两端产生一个稳定的电势差。9.如果用另外的导线把CD两端连接起来，由于C端的电势比D端的电势高，自由电子在静电力的作用下将在导线框中沿顺时针流动，形成逆时针方向方向判断方法由楞次定律判断通常由右手定则判断，也可由楞次定律判断大小计算方法由E＝nΔΦΔt计算通常由E＝Blvsinθ计算，也可由E＝nΔΦΔt计算拓展提升：要点一感生电动势与动生电动势的理解1.对感生电场的理解19世纪60年代，英国物理学家麦克斯韦在他的电磁理论中指出：变化的磁场能在周围空间激发电场，这种电场叫感生电场．(1)感生电场是一种涡旋电场，电场线是闭合的．(2)感生电场的产生跟空间中是否存在闭合电路无关．(3)感生电场的方向根据闭合电路(或假想的闭合电路)中感应电流的方向确定．2.对动生电动势中电荷所受洛伦兹力的理解(1)运动导体中的自由电子，不仅随导体以速度v运动，而且还沿导体以速度u做定向移动，如图所示．因此，导体中的电子的合速度v合等于v和u的矢量和，所以电子受到的洛伦兹力为F合＝ev合B，F合与合速度v合垂直．(2)从做功角度分析，由于F合与v合垂直，它对电子不做功，更具体地说，F合的一个分量是F1＝evB，这个分力做功，产生动生电动势．F合的另一个分量是F2＝euB，阻碍导体运动，做负功．可以证明两个分力F1和F2所做功的代数和为零．结果仍然是洛伦兹力并不提供能量，而只是起传递能量的作用，即外力克服洛伦兹力的一个分力F2所做的功通过另一个分力F1转化为能量．要点二电磁感应现象中的能量转化1.电磁感应现象中的能量转化方式(1)与感生电动势有关的电磁感应现象中，磁场能转化为电能，若电路是纯电阻电的电流，如图乙所示，电荷的流动使CD两端积累的电荷不断减少，洛伦兹力又不断使自由电子从C端运动到D端从而在CD两端维持一个稳定的电动势11.（1）（由法拉第电磁感应定律推导）ab棒处于匀强磁场中，磁感应强度为B，垂直纸面向里，棒沿光滑导轨以速度v匀速向右滑动，已知导轨宽度为L，经过时间t由M运动到N，如图所示，由法拉第电磁感应定律可得：E＝ΔΦ/Δt＝BS/t＝B·L·vt/t＝BLv故动生电动势大小为E＝BLv。（2）（由动生电动势与洛伦兹力的关系推导）运动的导体CD就是一个电源，C端是电源的正极，D端是电源的负极，自由电子受洛伦兹力的作用，从C端搬运到D端，也可以看作是正电荷受洛伦兹力作用从D端搬运到C端，这里洛伦兹力的一个分力就相当于电源中的非静电力，根据电动势的定义，电动势等于单位正电荷从负极通过电源内部移动到电源的正极非静电力所做的功，作用在单位电荷上的洛伦兹力为：F＝F洛/e＝Bv于是动生电动势就是：E＝FL＝BLv上式与法拉第电磁感应定律得到的结果一致交流展示对感生电场的理解：1、感生电场是一种涡旋电场，电场线是闭合的。2、感生电场的产生跟空间中是否存在闭合电路无关。3、感生电场的方向根据闭合电路中感应电流的方向确定。二．对动生电动势中电荷所受洛伦兹力的理解运动导体中的自由电荷不仅随导体运动，而且还沿导体定向运动，如图所示，所以自由电荷所受的洛伦兹力就与合速度垂直。巩固练习1．某空间出现了如图所示的一组闭合的电场线，这可能是()A．沿AB方向的磁场迅速减弱B．沿AB方向的磁场迅速增强C．沿BA方向的磁场迅速增强D．沿BA方向的磁场迅速减弱2．水平放置的金属框路，转化过来的电能将全部转化为电阻的内能．(2)与动生电动势有关的电磁感应现象中，通过克服安培力做功，把机械能或其他形式的能转化为电能．克服安培力做多少功，就产生多少电能．若电路是纯电阻电路，转化过来的电能也将全部转化为电阻的内能．2．求解电磁感应现象中能量守恒问题的一般思路(1)分析回路，分清电源和外电路．在电磁感应现象中，切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势，该导体或回路就相当于电源，其余部分相当于外电路．(2)分析清楚有哪些力做功，明确有哪些形式的能量发生了转化．如：①有摩擦力做功，必有内能产生；②有重力做功，重力势能必然发生变化；③克服安培力做功，必然有其他形式的能转化为电能，并且克服安培力做多少功，就产生多少电能；④如果是安培力做正功，就是电能转化为其他形式的能．(3)列有关能量的关系式．架cdef处于如图所示的匀强磁场中，金属棒ab处于粗糙的框架上且接触良好，从某时刻开始，磁感应强度均匀增大，金属棒ab始终保持静止，则()A．ab中电流增大，ab棒所受摩擦力增大B．ab中电流不变，ab棒所受摩擦力不变C．ab中电流不变，ab棒所受摩擦力增大D．ab中电流增大，ab棒所受摩擦力不变3．如图所示，金属杆ab以恒定的速率v在光滑平行导轨上向右滑行，设整个电路中总电阻为R(恒定不变)，整个装置置于垂直纸面向里的匀强磁场中，下列叙述中正确的是()A．ab杆中的电流与速率v成正比B．磁场作用于ab杆的安培力与速率v成正比C．电阻R上产生的电热功率与速率v的平方成正比D．外力对ab杆做功的功率与速率v的平方成正比4．如图所示，线圈内有理想边界的磁场，当磁场均匀增加时，有一带电粒子静止于平行板(两板水平放置)电容器中间．若线圈的匝数为n，面积为S，平行板电容器的板间距离为d，粒子的质量为m，带电荷量为q，则磁感应强度的变化率为________．5．A、B两闭合线圈由同样导线绕成且均为10匝，半径rA＝2rB，B内有如图所示的匀强磁场．若磁场均匀地减小，则A、B环中感应电动势之比EA∶EB＝________；产生的感应电流之比IA∶IB＝________.若磁场充满这两个圆环，则EA∶EB＝________；IA∶IB＝________.6．如图所示，一直导体棒质量为m、长为l、电阻为r，其两端放在位于水平面内间距也为l的光滑平行导轨上，并与之密接；棒左侧两导轨之间连接一可控制的负载电阻(图中未画出)；导轨置于匀强磁场中，磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直于导轨所在平面．开始时，给导体棒一个平行于导轨的初速度v0.在棒的运动速度由v0减小至v1的过程中，通过控制负载电阻的阻值使棒中的电流I保持恒定．导体棒一直在磁场中运动．若不计导轨电阻，求此过程中导体棒上感应电动势的平均值和负载电阻上消耗的平均功率．作业布置1.课后“问题与练习”1～4题2.项目纸的练习题板书设计课题电磁感应现象的两类情况项目：通过梳理已经学过的电磁感应知识，使用逻辑推理的方法，探究感生电动势和动生电动势产生的机理。1．感应电场定义：变化的磁场会在周围空间激发的电场作用：产生感应电流或感应电动势方向：由楞次定律来判断，与感应电流的方向相同。2．感生电动势(1)定义：由感生电场产生的感应电动势（由磁场的强弱变化引起）。。感生电动势在电路中的作用就是充当电源，其电路是内电路，当它和外电路连接后就会对外电路供电。（2）产生：变化的磁场在闭合导体所在的空间产生电场，导体内自由电荷在电场力作用下产生感应电流，或者说产生感应电