届高考物理专项复习电磁感应法拉第电磁感应定律自感练习2教案

届高考物理专项复习电磁感应法拉第电磁感应定律自感练习2教案一、教学目标1.深入理解法拉第电磁感应定律的内容、表达式及应用，能够熟练运用该定律解决各种电磁感应问题。2.清晰掌握自感现象及其规律，理解自感系数的概念，并能分析相关自感电路中的物理过程。3.通过对练习题的分析与解答，培养学生的逻辑思维能力、分析问题和解决问题的能力，提高学生运用物理知识解决实际问题的能力。

二、教学重难点

（一）教学重点1.法拉第电磁感应定律的应用，包括感应电动势大小的计算、方向的判断以及电磁感应中的动力学和能量问题。2.自感现象的本质、自感电动势的特点及自感系数的影响因素，自感电路的分析与计算。

（二）教学难点1.电磁感应中复杂情境下的综合问题，如与电路、磁场、力学等知识的结合，如何引导学生建立正确的物理模型并运用相应规律求解。2.对自感现象中暂态过程的理解，特别是自感电动势对电路中电流变化的阻碍作用，以及自感现象与其他电磁学知识的综合应用。

三、教学方法1.讲授法：系统讲解法拉第电磁感应定律和自感现象的基本概念、规律及应用方法，使学生形成清晰的知识框架。2.例题分析法：通过典型例题的详细分析，引导学生掌握解题思路和方法，培养学生运用物理知识解决问题的能力。3.讨论法：组织学生对一些较难的问题进行讨论，激发学生的思维，促进学生之间的交流与合作，拓宽学生的解题思路。4.练习法：安排适量的针对性练习题，让学生通过练习巩固所学知识，提高解题能力，同时及时反馈学生的学习情况，以便调整教学策略。

四、教学过程

（一）知识回顾1.请学生回顾法拉第电磁感应定律的内容和表达式。学生回答：闭合电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比，表达式为\(E=n\frac{\Delta\varPhi}{\Deltat}\)。2.提问自感现象的概念和自感电动势的表达式。学生回答：由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象叫自感现象。自感电动势\(E=L\frac{\DeltaI}{\Deltat}\)，其中\(L\)是自感系数。3.强调磁通量变化率\(\frac{\Delta\varPhi}{\Deltat}\)与磁通量\(\varPhi\)、磁通量变化量\(\Delta\varPhi\)的区别。引导学生思考并举例说明不同情况下三者的含义，加深对概念的理解。

（二）典型例题讲解1.法拉第电磁感应定律的应用例1：如图所示，固定于水平面上的金属架\(CDEF\)处在竖直向下的匀强磁场中，金属棒\(MN\)沿框架以速度\(v\)向右做匀速运动。\(t=0\)时，磁感应强度为\(B_0\)，此时\(MN\)到达的位置恰好使\(MDEN\)构成一个边长为\(l\)的正方形。为使\(MN\)棒中不产生感应电流，从\(t=0\)开始，磁感应强度\(B\)应怎样随时间\(t\)变化？请推导这种情况下\(B\)与\(t\)的关系式。

分析：要使\(MN\)棒中不产生感应电流，则穿过闭合回路\(MDEN\)的磁通量不变。已知\(MN\)向右匀速运动，回路面积\(S=l^2\)随时间变化，根据磁通量\(\varPhi=BS\)，可列出磁通量不变的等式求解\(B\)与\(t\)的关系。

解答：设\(t\)时刻的磁感应强度为\(B\)，经过时间\(t\)，回路面积\(S=l^2+lvt\)。因为磁通量不变，所以\(B_0l^2=B(l^2+lvt)\)。解得\(B=\frac{B_0l^2}{l^2+lvt}=\frac{B_0}{1+\frac{v}{l}t}\)。

总结：本题关键在于根据磁通量不变这一条件，结合导体棒的运动情况，找出磁通量与时间的关系，进而求解磁感应强度与时间的关系。强调解题时要明确物理过程，准确运用法拉第电磁感应定律的各种表达式进行分析计算。

例2：如图所示，半径为\(r\)的金属圆盘在垂直于盘面的匀强磁场\(B\)中，绕\(O\)轴以角速度\(\omega\)沿逆时针方向匀速转动，则通过电阻\(R\)的电流的大小和方向如何（圆盘的电阻不计）？

分析：可将圆盘看成由无数个沿半径方向的导体棒组成，这些导体棒切割磁感线产生感应电动势。根据法拉第电磁感应定律求出每根导体棒的感应电动势，再结合电路知识确定通过电阻\(R\)的电流。

解答：取圆盘边缘的一小段导体棒\(ab\)，其长度为\(l=r\)，线速度\(v=\omegar\)。由\(E=Blv\)可得，这一小段导体棒产生的感应电动势\(E_0=Br\omegar=B\omegar^2\)。整个圆盘产生的感应电动势相当于这些导体棒并联，所以圆盘产生的总感应电动势\(E=B\omegar^2\)。根据闭合电路欧姆定律，通过电阻\(R\)的电流\(I=\frac{E}{R+r_0}\)（\(r_0\)为圆盘中心与边缘之间的电阻，因圆盘电阻不计，\(r_0=0\)），即\(I=\frac{B\omegar^2}{R}\)。由右手定则可判断出电流方向为从\(b\)经\(R\)到\(a\)。

总结：本题运用了微元法，将圆盘分割成无数个小导体棒，通过分析每个小导体棒的电磁感应情况，进而得出整个圆盘的感应电动势。强调微元法在解决复杂电磁感应问题中的应用，培养学生从局部到整体的分析思维能力。

2.自感现象例3：如图所示，\(L\)是自感系数很大的线圈，但其自身的电阻几乎为零。\(A\)和\(B\)是两个完全相同的小灯泡。（1）当开关\(S\)由断开变为闭合时，灯泡\(A\)、\(B\)的亮度如何变化？（2）当开关\(S\)由闭合变为断开时，灯泡\(A\)、\(B\)的亮度又如何变化？

分析：（1）开关\(S\)闭合瞬间，根据自感现象中自感电动势的特点，分析通过灯泡\(A\)、\(B\)的电流变化情况，从而判断灯泡亮度变化。（2）开关\(S\)断开瞬间，线圈\(L\)会产生自感电动势，形成一个与原电流方向相同的感应电流，再分析此时通过灯泡\(A\)、\(B\)的电流变化及灯泡亮度变化。

解答：（1）开关\(S\)闭合瞬间，由于线圈\(L\)的自感作用，\(L\)中电流从无到有，自感电动势阻碍电流增加，所以此时通过\(A\)灯的电流逐渐增大，\(A\)灯逐渐变亮；而\(B\)灯立即有电流通过，且电流大小等于稳定后的电流，所以\(B\)灯一开始就正常发光，亮度不变。（2）开关\(S\)断开瞬间，线圈\(L\)中电流要减小，自感电动势阻碍电流减小，会产生一个与原电流方向相同的感应电流，这个电流通过\(A\)、\(B\)灯形成回路，所以\(A\)、\(B\)灯都会闪亮一下后逐渐熄灭，且\(A\)、\(B\)灯熄灭前的亮度相同。

总结：本题重点考查了自感现象中自感电动势对电流变化的阻碍作用，以及自感现象在不同电路情况下的表现。强调学生要理解自感现象的本质，掌握分析自感电路中电流和灯泡亮度变化的方法。

例4：如图所示的电路中，\(A_1\)和\(A_2\)是完全相同的灯泡，线圈\(L\)的电阻可以忽略。下列说法中正确的是（）A.合上开关\(S\)接通电路时，\(A_2\)先亮，\(A_1\)后亮，最后一样亮B.合上开关\(S\)接通电路时，\(A_1\)和\(A_2\)始终一样亮C.断开开关\(S\)切断电路时，\(A_2\)立刻熄灭，\(A_1\)过一会儿才熄灭D.断开开关\(S\)切断电路时，\(A_1\)和\(A_2\)都要过一会儿才熄灭

分析：依据自感现象的规律，判断开关闭合和断开时，通过灯泡\(A_1\)、\(A_2\)的电流变化情况，进而确定灯泡亮度变化。

解答：合上开关\(S\)接通电路时，由于线圈\(L\)的自感作用，\(L\)中电流从无到有，自感电动势阻碍电流增加，所以此时通过\(A_2\)的电流立即达到最大值，\(A_2\)先亮；而\(A_1\)所在支路电流逐渐增大，\(A_1\)后亮，当电流稳定后，\(A_1\)和\(A_2\)一样亮，A正确，B错误。断开开关\(S\)切断电路时，线圈\(L\)中电流要减小，自感电动势阻碍电流减小，会产生一个与原电流方向相同的感应电流，通过\(A_1\)和\(A_2\)形成回路，所以\(A_1\)和\(A_2\)都要过一会儿才熄灭，C错误，D正确。

总结：本题进一步巩固了自感现象的相关知识，通过对不同选项的分析，加深学生对自感电路中电流变化和灯泡亮度变化的理解。提醒学生在解答此类问题时要仔细分析电路结构和自感现象的特点，避免出错。

（三）课堂练习1.如图所示，一正方形线圈\(abcd\)在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴\(OO'\)匀速转动，沿\(OO'\)观察，线圈沿逆时针方向转动。已知匀强磁场的磁感应强度为\(B\)，线圈匝数为\(n\)，边长为\(l\)，转动的角速度为\(\omega\)。当线圈转至图示位置时，求：（1）线圈中感应电动势的大小；（2）如果线圈电阻为\(R\)，从图示位置开始计时，写出线圈中感应电流的瞬时表达式。

2.如图所示，\(L\)为自感系数很大、直流电阻不计的线圈，\(D_1\)、\(D_2\)是两个完全相同的灯泡，下列说法正确的是（）A.闭合开关\(S\)时，\(D_1\)、\(D_2\)同时亮，且一样亮B.闭合开关\(S\)时，\(D_1\)先亮，\(D_2\)后亮，最后\(D_1\)熄灭C.断开开关\(S\)时，\(D_2\)立即熄灭，\(D_1\)过一会儿才熄灭D.断开开关\(S\)时，\(D_1\)和\(D_2\)都要过一会儿才熄灭

3.如图所示，两根足够长的光滑金属导轨\(MN\)、\(PQ\)平行放置，间距为\(L\)，导轨平面与水平面夹角为\(\theta\)，导轨电阻不计。在导轨上端连接一个阻值为\(R\)的电阻，在两导轨间有垂直导轨平面向上的匀强磁场，磁感应强度为\(B\)。一根质量为\(m\)的金属棒\(ab\)从静止开始沿导轨下滑，下滑过程中金属棒始终与导轨垂直且接触良好，已知金属棒与导轨间的动摩擦因数为\(\mu\)。求：（1）金属棒下滑的最大速度\(v_m\)；（2）当金属棒下滑速度为\(v\)时（\(v\ltv_m\)），金属棒的加速度\(a\)。

（四）课堂总结1.请学生回顾本节课所学内容，包括法拉第电磁感应定律的应用和自感现象的相关知识。学生回答：掌握了法拉第电磁感应定律中感应电动势大小的计算方法，能根据磁通量变化率、导体切割磁感线等情况求解感应电动势；理解了自感现象的本质，会分析自感电路中电流和灯泡亮度的变化。2.教师总结强调重点知识和解题方法：重点知识：法拉第电磁感应定律\(E=n\frac{\Delta\varPhi}{\Deltat}\)是解决电磁感应问题的核心，要熟练掌握其在不同情境下的应用。自感现象中自感电动势\(E=L\frac{\DeltaI}{\Deltat}\)的特点，以及自感对电路中电流变化的阻碍作用。解题方法：对于电磁感应问题，关键是明确物理过程，找准磁通量变化、导体切割磁感线等条件，正确运用法拉第电磁感应定律和其他相关规律进行分析计算。分析自感电路时，要注意开关闭合和断开瞬间自感电动势的影响，以及自感电流对电路中其他元件的作用。在解决综合问题时，要善于将电磁感应知识与电路、磁场、力学等知识相结合，建立正确的物理模型，逐步分析求解。

（五）课后作业1.如图所示，在竖直向上的匀强磁场中，水平放置一个不变形的单匝金属圆线圈，规定线圈中感应电流的正方向如图所示，当磁场的磁感应强度\(B\)随时间\(t\)如图变化时，图中正确表示线圈中感应电动势\(E\)变化的是（）

2.如图所示，\(A\)、\(B\)是完全相同的两个小灯泡，\(L\)是自感系数很大、电阻可以忽略的自感线圈。下列说法正确的是（）A.开关\(S\)闭合瞬间，\(A\)、\(B\)同时发光，且亮度相同B.开关\(S\)闭合瞬间，\(A\)灯立即发光，\(B\)灯逐渐变亮C.开关\(S\)断开瞬间，\(A\)、\(B\)灯同时熄灭D.开关\(S\)断开瞬间，\(B\)灯立即熄灭，\(A\)灯过一会儿才熄灭

3.如图所示，两根相距为\(L\)的足够长的平行金属导轨位于