《电磁学》复习课教学设计

《电磁学》复习课教学设计【教学目标】1．在物理知识方面要求．（l）掌握磁场对载流导体的作用力；（2）掌握磁场对运动电荷的作用力；（3）掌握法拉第电磁感应定律．2．通过综合复习，搞清磁场、电磁感应、交流电、电磁振荡和电磁波等知识的内在关联，并能进行相关知识的综合运用．3．通过综合复习，培养学生归纳、整理知识的能力，培养学生运用知识分析解决综合性问题的能力．【重点、难点分析】1．重点．（l）磁场对截流导体的作用力；（2）磁场对运动电荷的作用力；（3）感生电流方向的判定；（4）法拉第电磁感应定律及其运用．2．难点．（l）楞次定律及其运用；（2）法拉第电磁感应定律的运用；（3）电磁振荡过程的理解．【教具】投影片（或小黑板），挂图．【教学过程设计】（一）复习引入新课1．提出问题．（l）请同学回顾：磁场、电磁感应、交流电、电磁振荡和电磁波几章知识的大致轮廓；（2）请同学描述一下：磁场、电磁感应、交流电、电磁振荡和电磁波各章的具体知识内容．2．根据同学描述的知识内容，归纳总结一下，在几章中，我们主要学习了，运动电荷周围存在磁场；电场和磁场在一定条件下相互转换，从而形成电磁感应，产生电磁波．电磁波的接收与发射等又涉及电子技术方面的应用等知识．（二）主要教学过程设计1．出示挂图，并作解说知识大致轮廓．2．出示挂图，并作解说本部分的主要知识，具体内容和简要说明。主要知识具体内容说明磁场运动电荷周围存在的物质，能对铁类物质及运动电荷产生力的作用。一切磁现象的本质，来源于电荷的运动。磁感应强度BB=F/l·I。F-N，l-m，I-A，B-T。B的方向与F、l所在平面垂直。F是当l⊥B时受到的最大磁场力磁通量φ=B·ScosB，B-T，2mS，211.mTWbWbθ是S与磁感应强度垂直方向的夹角。安培力FF=BIlsinθ，磁场对通电导体的作用力。θ是B与电流正方向的夹角洛仑兹力ff=qvBsinθ，磁场对运动电荷的作用力。θ是B、v正方向的夹角。动生电动势ε=Blvsinθ，一段导体因切割磁感线而产生的感生电动势。θ是v与B正方向的夹角（l与B垂直）。感应电动势ε=N△φ/△t，因磁通量发生变化而在闭合电路引起的感生电动势的代数和。N是匝数。△φ/△t叫做磁通量的变化率。变流电e=NBSωsinωtV，或tAIimsin。电流大小、方向作周期性变化。由于闭合电路磁通量周期性变化所产生。交流电最大值NBSm或INBlvm，RImm/，RIUmm。正弦（或余弦）符号前的数值交流电有效值2/mUU，2/mII，)2/(M。相当于直流电同样势效应之值。理想变压器利用电磁感应原理输送电能的装置。22112121;::::InInnInnUU通过理想变压器的各匝线圈的△φ/△t相同，能量损耗不计。L、C振荡电路L、C闭合电路内，电场能与磁场能的交替转换。电流变化趋势与C上电量变化趋势相反。L、C振荡周期CLT2，L—电感，单位：H；C—电容，单位：F；T—周期，单位：s。改变L或C都能使T变化。T为固有周期。电磁场与电磁波变化的磁场（电场），产生电场（磁场）。变化的电场与磁场不可分割，叫做电磁场。电磁场在空间传递形成电磁波。按正弦（或余弦）规律变化的磁场（电场），产生变化的电场（磁场）3．就以下内容，逐个提问，然后将投影片打出．（1）基本定则．①安培定则判断电流磁场方向的法则．应用于直线电流时，拇指表示电流方向，四指表示磁场（磁感线）的环绕方向；应用于环形电流时，四指表示电流方向，拇指表示环形电流轴线上磁感线的方向．②左手定则判断通电导线运动电荷受磁场力方向的法则．在应用于判断洛仑兹力方向时，只要将正电荷运动方向视为电流方向即可．负电荷反之．③右手定则判断感生电流方向的法则，注意与楞次定律相结合使用．（2）楞次定律．反映感生电流方向与磁通量变化关系的定律：感生电流的磁场总是要阻碍引起感生电流的磁通量的变化．可结合左、右手判断法则，判断感生电流方向或感生电动势的正负极性．应用时，注意下列四个步骤：①明确外磁场（或原磁场）的方向及分布情况，画出磁感线的分布；②判断磁通量的变化△φ；③根据△φ的正、负情况，判断感生电流磁场的方向：当△φ＞0时，感生电流磁场方向与外磁场方向相反；当△φ＜0时，感生电流磁场方向与外磁场方向相同；当△φ=0时，无感生电流产生．④根据感生电流磁场方向，结合（左）右手判定法则，确定感生电流方向．（3）法拉第电磁感应定律．反映感生电动势产生条件及大小的定律：电路中感生电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比，即：ε∝△φ△t．注意：①公式ε=Blvsinθ是反映长为1的一段导体，或者闭合电路中的一部分导体1两端感生电动势的大小．此感生电动势起因于导体做切割磁感线运动的结果；②公式tN，是表示绕闭合电路一周感生电动势的代数和；③凡电动势，都是表示非静电力移动单位正电荷做功的能力大小．公式ε=Blv中的非静电力是洛仑兹力．而tN中的非静电力则不仅包括洛仑兹力，而且包括感生电场力等非静电力．这是两者在意义上的区别．但通常在应用中往往对于应用tN求得的感生电动势一定是对时间△t的“平均值”，而将ε=Blvsinθ理想为只能求得即时值，以此来区别两者的不同意义．这种看法是片面的，“即时值”、“平均值”不是两者的根本区别．实际上两个公式在某些情况下都能描述即时值和平均值．4．交流电的变化规律．当闭合导线框在匀强磁场中以角速度ω匀速转动时，如果闭合电路内的磁通量发生周期性变化，则其感生电动势即为：VtNBSe)sin(式中N为闭合导线框的匝数，S为导线框所围面积．5．讲述研究电磁学部分的基本思路与方法．（l）磁场中的力学问题，其分析方法与力学中的方法相同，只是多了磁场力的作用，当存在动量或能量转化问题时，可借助动量或功能关系解答．如图1所示（投影片）质量为m的带电小球所带电量为+q，可以沿竖直长棍滑动，小球与棍的摩擦因数为μ，同时有一水平向右的匀强电场E和水平垂直纸面向里的匀强磁场B．问小球由静止向下滑动时做什么运动？分析：可采用谈话法．一人回答不完整时，其他同学补充，也可以争论，留给学生一段时间讨论．然后，提问：刚开始小球一共受几个力？它们的大小、方向？可能回答：重力mg竖直向下，电场力F=qE水平向右，弹力N=qE水平向左（因无水平运动，N与F平衡）和竖直向上的摩擦力（小球不动，这时摩擦力为静摩擦力f=mg）．提问2：小球向下滑动后，小球受力怎么变化？可能回答：重力、电场力与小球运动无关，故不变．小球向下运动，将受到向右的洛仑兹力qvBf洛．因小球仍无水平运动，所以向左的弹力qvBqEfFN洛；这时的摩擦力f=μN=μ（qE+qvB）方向向上．提问3：小球将做什么运动？作定性和定量分析．开始时：mg＞f，小球向下做加速运动，当v增大时，摩擦力f也增大，竖直向下的合力fmgF在减小．所以小球做加速度减小的加速运动．当f=mg时，小球做匀速运动．在下落过程中，根据牛顿第二定律有maqvBqEmgF)(。当∑F=0时，a=0，v最大，由上式可有mg=μ（qE+qvB）。从而解得：qBqEmgv最大。适当归纳总结后，请看投影片。如图2．在匀强电场和匀强磁场共存的区域内，电场的场强为E、方向竖直向下，磁场的磁感应强度为B、方向垂直纸面向里．在场区内，有一根绝缘细杆与水平方向成θ固定放置，杆上套有一个质量为m、带有电量为一q的小球，小球与细杆间摩擦因数为μ（μ＜tanα＝．现将小球由静止释放，设杆有足够的长度，且qE＜mg，求下滑中小球的最大加速度和最大速度．组织学生讨论，然后归纳：下滑中，当小球的速度v较小时，受到如图3（a）所示的重力G=mg，电场力qEF1，洛仑兹力BqvF2，支持力N，摩擦力f=μN作用．随着小球速度v的增大→2F增大→N减小→f减小→小球受到的合外力∑F增大→小球的加速度a增大．当速度v增至某一数值1v时，支持力N减为零，摩擦力f相应减为零，小球受到的合外力合F达到最大，此时小球的加速度a相应达到最大．据此由牛顿第二定律有mmaqEmgsinsin。解得小球的最大加速度为mqEmgamsin)(。小球的速度v超过1v后，受力情况变为如图3（b）所示，其中杆对小球的支持力N由垂直杆向上变为垂直杆向下．之后随着小球速度v继续增大→2F增大→N增大→f增大→∑F减小→a减小．当速度v增至另一数值2v时，小球受到的合外力合F减为零，其加速度a相应减为零，此后小球以速度2v沿杆匀速下滑，故速度2v即是小球可达到的最大速度．据此由∑F=0有0)coscos(sinsinmgqEBqvqEmgm。解得小球的最大速度为BqqEmgvm)cos)(sin(。归纳总结本题后，看投影片．图4中的MN为水平放置的带电平行板，相距为d，电势差为U，两极间充满磁感应强度为B、方向为垂直纸面向里的匀强磁场．某时刻，一个质量为m、带电量为q的负电荷，从N板的P点由静止开始进入电场、磁场中．当它经过轨迹的最高点位置K时，正好与原来静止在K点的、质量为m的中性油滴相结合，随之，从K点开始做匀速直线运动．如果不许重力影响，试问：①电荷与油滴结合后的运动速度多大？②电荷到达K点与油滴作用前的速度多大？③电荷与油滴作用过程中损耗的能量为多少？④K点到N板的距离为多少？组织讨论然后归纳．电荷在正交的电场与磁场中运动时，在本题条件下，电荷既受电场力作用又受洛仑兹力作用．由于洛仑兹力为变力，电荷将做变加速曲线运动，不能用中学物理中运动学的方法解决这一问题．①电荷与油滴作用后做匀速直线运动，其合外力必为零，即BqvqEFK，故dBUBEvK//。此即两者的共同速度．②电荷与油滴作用后做匀速直线运动，而油滴原来是静止的，其动量来自运动电荷的传递，两者作用过程为碰撞．没碰撞前电荷的速度为0v，由动量守恒定律：Kvmmmv)(0，所以BdUvvK/220。此为电荷到达K点时的最大速度．③作用过程中能量的损耗，必等于作用前后两个能量之差2202)/(21)(21dBUmmvvmmEK。④电荷在P点时的动能为零，而在K点时的动能为22220/2/BdmUmvEK。但在电荷运动的过程中，洛仑兹力不做功，只有电场力做功，由动能定理知：KPqUmv2/20，所以2)(2BdUqmUKP。设K到N板之距为h，则：dUhUKP//。故2/2/qdBmUUdUhKP。通过以上三例，讲清楚力学、磁场等有关方面知识的综合运用方法与思路．然后提出问题．I=△Q/△t=CBla可见，若a为定值，则I也为定值．因aICBBIlF22。由牛顿第二定律：mg-F=ma，即maalCBmg22，所以glCBmma22金属棒运动的加速度为定值，所以它将匀加速下落．师生共同分析比较上两例题的解答基本思路与方法．适当归纳以上几个综合性问题的共同的解答思路与方法．【教学说明】1．由于是综合性复习，因而在教学内容的处理上，跨度比较大．其中涉及牛顿运动定律、动量守恒定律、功能关系和静电场、磁场、电磁感应等多项内容．因此在复习这部分内容和分析解答这几个例题时，要做好知识上的准备，将前后知识衔接好．2．由于时间原因，内容偏多，有的地方也有一定难度．因此，要求教师在处理这部分内容时，要灵活掌握．条件和基础较差的学校可视其具体情况作些适当调整．教学后记