2015年高中物理43法拉第电磁感应定律教案新人教版选修3-2

第三节法拉第电磁感应定律教学目标：（一）知识与技能1．知道什么叫感应电动势。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和E=BLvsinθ解决问题。（二）过程与方法通过推导到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。（三）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．了解法拉第探索科学的方法，学习他的执著的科学探究精神。教学重点：法拉第电磁感应定律。教学难点：平均电动势与瞬时电动势区别。教学方法：演示法、归纳法教学用具：多媒体电脑、投影仪、投影片。教学过程：（一）引入新课教师：在电磁感应现象中，产生感应电流的条件是什么？在电磁感应现象中，磁通量发生变化的方式有哪些情况？恒定电流中学过，电路中存在持续电流的条件是什么？在电磁感应现象中，既然闭合电路中有感应电流，这个电路中就一定有电动势。在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势。下面我们就来探讨感应电动势的大小决定因素。（二）新课教学1、感应电动势教师：在图a与图b中，若电路是断开的，有无电流？有无电动势？学生：电路断开，肯定无电流，但有电动势。教师：电动势大，电流一定大吗？学生：不一定，电流的大小由电动势和电阻共同决定。教师：图b中，哪部分相当于a中的电源？学生：螺线管相当于电源。教师：图b中，哪部分相当于a中电源内阻？学生：线圈自身的电阻。教师：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.有感应电动势是电磁感应现象的本质。2、电磁感应定律感应电动势跟什么因素有关？现在演示前节课中三个成功实验，用CAI课件展示出这三个电路图，同时提出三个问题供学生思考：甲乙丙问题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：第一个成功实验中，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?学生：穿过电路的Φ变化产生E感产生I感.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。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。从上面的三个实验，同学们可归纳出什么结论呢？学生：实验甲中，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。实验乙中，导体棒运动越快，t越大，I感越大，E感越大。实验丙中，开关断开或闭合，比开关闭合时移动滑动变阻器的滑片时t大，I感大，E感大。从上面的三个实验我们可以发现，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）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=nt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3、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？用CAI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？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。4、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。系统归纳：感应电动势为EE=nt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），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。练习巩固（课堂作业）：【例1】如图所示，有一弯成θ角的光滑金属导轨POQ，水平放置在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向与导轨平面垂直，有一金属棒MN与导轨的OQ边垂直放置，当金属棒从O点开始以加速度a向右匀加速运动t秒时，棒与导轨所构成的回路中的感应电动势是多少?解：由于导轨的夹角为θ，开始运动t秒时，金属棒切割磁感线的有效长度为：L=stanθ=21at2tanθ据运动学公式，这时金属棒切割磁感线的速度为v=at由题意知B、L、v三者互相垂直，有E=BLv=B21at2tanθ·at=21Ba2t3tanθ即金属棒运动t秒时，棒与导轨所构成的回路中的感应电动势是E=21Ba2t3tanθ.【例2】（2001年上海）如图所示，固定于水平面上的金属框cdef，处在竖直向下的匀强磁场中，金属棒ab搁在框架上，可无摩擦滑动.此时abed构成一个边长L的正方形，棒电阻r，其余电阻不计，开始时磁感应强度为B。（1）若以t=0时起，磁感应强度均匀增加，每秒增加量k，同时保持棒静止，求棒中的感应电流。（2）在上述情况中，棒始终保持静止，当t=t1时需加垂直于棒水平外力多大?（3）若从t=0时起，磁感应强度逐渐减小，当棒以恒定速度v向右匀速运动，可使棒中不产生I感，则磁感应强度应怎样随时间变化?（写出B与t的关系式）解析：（1）据法拉第电磁感应定律，回路中产生的感应电动势为E=t=kL2回路中的感应电流为I=rkLrE2（2）当t=t1时，B=B0+kt1金属杆所受的安培力为F安=BIL=（B0+kt1）rkLktBlrkL3102)(据平衡条件，作用于杆上的水平拉力为F=F安=（B0+kt1）rkL3（3）要使棒中不产生感应电流，则通过闭合回路的磁通量不变，即B0L2=BL（L+vt）解得B=vtLLB0作业布置：学习小组课下做一做教材13页上“做一做”栏目中的小实验，思考并回答该栏目中的问题。将“问题与练习”中的第2、3、6、7题做在作业本上，思考并完成其他题目。