高中物理第二册法拉第电磁感应定律─感应电动势的大小

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精第二节法拉第电磁感应定律——感应电动势的大小●本节教材分析本节教材讲述了感应电动势的概念，计算感应电动势大小的两个公式：和E=BLvsinθ。在讲述这节教材时,要注意概念、定律的建立过程,使学生知其所以然。引入感应电动势的概念时,教材利用了比较的方法.利用前面学过的电动势、闭合电路欧姆定律等知识来分析产生感应电流的电路,得出既然闭合电路里有感应电流,那么这个电路中必然有感应电动势。在电磁感应现象中,产生的电动势叫感应电动势.教学实践表明，这样引入学生较易接受。比较概念之间的内在联系，是一种使学生深刻理解概念本质的好方法.由感应电流过渡到感应电动势，对学生来说是从具体到抽象，从现象到本质的认识过程.为了让学生认识感应电流与感应电动势的区别，教师可以通过演示实验来说明：感应电动势的有无，决定于穿过回路的磁通量的变化,与回路的通断没有关系；而电路中感应电流的存在,只是在闭合电路中有感应电动势存在的必然结果.感应电动势的大小，教材首先通过演示实验，分析得出感应电动势的大小跟穿过闭合电路的磁通量改变的快慢有关，而磁通量变化的快慢物理上用磁通量的变化率来描述，在这里要注意引导学生区分磁通量、磁通量的变化量与磁通量的变化率。接着课本给出了法拉第电磁感应定律的内容和数学表达式。导体切割磁感线产生的感应电动势的计算公式是一个重要的公式.课本从法拉第电磁感应定律进行分析推导，得出公式E=BLvsinθ，应使学生认识它是法拉第电磁感应定律的一种特殊情形，当导体切割磁感线产生感应电动势时，使用它比较方便.对式中的θ角，应让学生明白它的确切含义，避免在运用时不做具体分析而乱套公式.●教学目标一、知识目标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、.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。会用和E=BLvsinθ解决问题。二、能力目标1。培养学生对实验观察、分析、总结能力。2。通过对比的教学方法，培养学生建立知识网络，知识类比能力.三、德育目标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.●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、类比法。●教学用具CAI课件、多媒体电脑、投影仪、投影片。●课时安排1课时●教学过程一、引入新课[师]在电磁感应现象中，产生感应电流的条件是什么？［生］闭合电路中磁通量发生变化.［师］在电磁感应现象中，磁通量发生变化的方式有哪些情况？［生1］由磁感应强度的变化引起的，即ΔΦ=ΔB·S。［生2］由回路面积的变化引起的，即ΔΦ=B·ΔS。[生3]由磁感应强度和面积同时变化引起的,即ΔΦ=B2S2－B1S1［生4］概括为ΔΦ=Φ2－Φ1［说明］该问题学生通常只能回答出一两种情况，需要教师启发、引导，才能归纳出磁通量变化的各种情形。在指导学生回答此问题时，重在培养学生的想象能力和概括能力，不宜过多纠缠细节,以免冲淡教学重点.[师］恒定电流中学过，电路中存在持续电流的条件是什么？［生］电路闭合、有电源。［师]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。二、新课教学1。感应电动势［师]在电磁感应现象中，产生的电动势叫感应电动势。CAI课件展示出下面两个电路［师]在图a与图b中，若电路是断开的,有无电流？有无电动势？［生］电路断开,肯定无电流,但有电动势。［师］电动势大，电流一定大吗？［生］电流的大小由电动势和电阻共同决定.［师］图b中，哪部分相当于a中的电源?［生]螺线管相当于电源.[师］图b中,哪部分相当于a中电源内阻?[生］线圈自身的电阻。［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。法拉第电磁感应定律［师］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：［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?［生1］穿过电路的Φ变化产生E感产生I感。［生2］由全电路欧姆定律知I=，当电路中的总电阻一定时,E感越大,I越大,指针偏转越大.［生3］磁通量变化相同,但磁通量变化的快慢不同.[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，用式子表示为。从上面的三个实验，同学们可归纳出什么结论呢？［生1]实验甲中，将条形磁铁快插入(或拔出）比慢插入或（拔出）时，大,I感大，E感大.［生2］实验乙中，导体棒运动越快,越大，I感越大，E感越大.[生3]实验丙中，K断开或闭合，比K闭合时移动滑动变阻器的滑片时大，I感大，E感大。［师]从上面的三个实验我们可以发现,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∝。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，感应电动势为E，则E=k在国际单位制中,k=1，则上式可写成E=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=n[师］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ab，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==BLv［生］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？［师]让我们进行下面的推导.用CAI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］θ指v与B的夹角。［投影片出示例题］（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==kl2回路中的感应电流为I=（2）当t=t1时，B=B0+kt1金属杆所受的安培力为F安=BIl=（B0+kt1）据平衡条件，作用于杆上的水平拉力为F=F安=（B0+kt1）（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=三、小结通过本节课学习，主要学习了以下几个问题：1.电磁感应现象的本质是产生感应电动势.2.感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比，即E=n.3。导体切割磁感线产生的感应电动势为E=Blvsinθ，θ为速度方向与磁感线方向的夹角。四、作业(1)阅读教材;（2）练习二写在作业本上.五、板书设计六、本节优化训练设计1。某单匝线圈电阻是1Ω，当穿过它的磁通量始终以2Wb/s速率减小时，则A.线圈中感应电动势一定每秒降低2VB。线圈中感应电动势一定是2VC.线圈中感应电流一定每秒减少2AD。线圈中感应电流一定是2A2.如图，MN和PQ为两平行金属导轨，M、P中有一阻值为R的电阻，导轨处于匀强磁场中,磁感应强度为B，方向垂直导轨所在平面向里.有一金属圆环沿导轨滑动,速度为v，与导轨接触良好,圆环直径为d,与两轨间距相等，该环与导轨电阻均可忽略，当环向右做匀速运动时A。有感应电流流过R，大小为B。有感应电流流过R，大小为C.有感应电流流过R，大小为D.无感应电流流过R3.求下列各种情况下的感应电动势。4.如图甲所示,一对平行光滑轨道设置在水平面上，两轨道间距l=0。20m，电阻R=1.0Ω。有一导体杆静止地放在轨道上，与两轨道垂直，杆及轨道的电阻皆可忽略不计，整个装置处于磁感应强度B=0.50T的匀强磁场中，磁场方向垂直轨道平面向下.现用一外力F沿轨道方向拉杆,使之做匀加速运动，测得力F与时间t的关系如图乙所示，求杆的质量m和加速度a.甲乙5。如图所示,在一均匀磁场中有一矩形导线框abcd，线框处于水平平面内，磁场与线框平面垂直，R为一电阻，ef为垂直于ab的一根导体杆，它可在ab、cd上无摩擦地滑动.杆ef及线框中导线的电阻都可不计.开始时，给ef一个向右的初速度，则A.ef将减速向右运动，但不是匀减速B。ef将匀减速向右运动，最后停止C。ef将匀速向右运动D.ef将往返运动6.两根平行的金属导轨，固定在同一水平面上，磁感应强度B=0.50T的匀强磁场与导轨所在平面垂直，导轨的电阻很小,可忽略不计。导轨间的距离l=0.20m。两根质量均为m=0.10kg的平行金属杆甲、乙可在导轨上无摩擦地滑动,滑动过程中与导轨保持垂直，每根金属杆的电阻为R=0.50Ω.在t=0时刻,两杆都处于静止状态。现有一与导轨平行、大小为0。20N的恒力F作用于金属杆甲上，使金属杆在导轨上滑动。经过t=5.0s，金属杆甲的加速度为a=1。37m/s2,问此时两金属杆的速度各是多少?参考答案：1.BD2。B3.Blv4.解析:导体棒在轨道上做匀加速直线运动，用v表示其速度，用t表示时间，则有v=at ①导体杆切割磁感线,产生的感应电动势为E=Blv ②在杆、轨道和电阻组成的闭合电路中,有感应电流产生，据闭合电路欧姆定律，有I= ③杆受到的安培力为F安=BIL ④据牛顿第二定律，有F－F安=ma ⑤由以上各式解得F=ma+ ⑥在图线上取两点,代入⑥式，可解得a=10m/s2m5.解析:给ef一个向右的初速度,ef在匀强磁场中做切割磁感线运动,产生感应电流.据右手定则ef中感应电流的方向是由f到e.当ef中有感应电流时，ef在匀强磁场中要受到安培力作用,据左手定则可知,ef所受安培力的方向向左,与ef运动的方向相反,故ef杆做减速运动。由于ef杆的速度不断减小，产生的感应电动势不断减小，回路中的感应电流不断减小，ef杆所受的安培力不断减小。据牛顿第二定律可知，ef杆的加速度不断减小，故ef杆做加速度减小的减速运动,直到停止。综上所述应选择A。答案：A6.解析：设任一时刻t，两金属杆甲、乙之间的距离为x,速度分别为v1和v2，经过很短的时间Δt，杆甲移动距离v1Δt，杆乙移动距离v2Δt，回路面积改变ΔS=［(x－v2Δt）+v1Δt]l－lx=(v1－v2）lΔt ①由法