高二物理《法拉第电磁感应定律》教案

时间:2019-03-13 作者:佚名 教案来源:网络

高二物理《法拉第电磁感应定律》教案

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高二物理《法拉第电磁感应定律》教案

【教学目标】

知识与技能

● 知道什么叫感应电动势

● 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、

● 理解法拉第电磁感应定律内容、数学表达式

● 知道E=BLvsinθ如何推得

● 会用 和E=BLvsinθ解决问题

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

情感态度与价值观

● 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

● 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

【重点难点】

重点:法拉第电磁感应定律

难点:平均电动势与瞬时电动势区别

【教学内容】

[导入新课]

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,电路中产生电流的条件是什么?

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。

[新课教学]

一.感应电动势

1.在图a与图b中,若电路是断开的,有无电流?有无电动势?

电路断开,肯定无电流,但有电动势。

2.电流大,电动势一定大吗?

电流的大小由电动势和电阻共同决定,电阻一定的情况下,电流越大,表明电动势越大。

3.图b中,哪部分相当于a中的电源?螺线管相当于电源。

4.图b中,哪部分相当于a中电源内阻?螺线管自身的电阻。

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。

分析图4.2-1、4.2-3、4.2-6、4.2-7中的电源是哪一部分。

二.电磁感应定律

感应电动势跟什么因素有关?结合第二节中的几个演示实验,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? 穿过电路的Φ变化 产生E感 产生I感.

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? 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。

问题3:在图4.2-2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?

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 。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,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=

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

比较:磁通量Φ、磁通量的变化量△Φ、磁通量的变化率 的意义

(1)磁通量Φ是穿过某一面积的磁感线的条数;磁通量的变化量△Φ=Φ1-Φ2表示磁通量变化的多少,并不涉及这种变化所经历的时间;磁通量的变化率 表示磁通量变化的快慢。

(2)当磁通量很大时,磁通量的变化量△Φ可能很小。同理,当磁通量的变化量△Φ很大时,若经历的时间很长,则磁通量的变化率也可能较小。

(3)磁通量Φ和磁通量的变化量△Φ的单位是Wb,磁通量变化率的单位是Wb/s。

(4)磁通量的变化量△Φ与电路中感应电动势大小没有必然关系,穿过电路的△Φ≠0是电路中存在感应电动势的前提;而磁通量的变化率与感应电动势的大小相联系, 越大,电路中的感应电动势越大,反之亦然。

(5)磁通量的变化率 ,是Φ-t图象上某点切线的斜率。

三.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?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= =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。

比较:公式E=n 与E=BLvsinθ的区别与联系

(1)研究对象不同:E=n 的研究对象是一个回路,而E=BLvsinθ研究对象是磁场中运动的一段导体。

(2)物理意义不同:E=n 求得是Δt时间内的平均感应电动势,当Δt→0时,则E为瞬时感应电动势;而E=BLvsinθ,如果v是某时刻的瞬时速度,则E也是该时刻的瞬时感应电动势;若v为平均速度,则E为平均感应电动势。

(3)E=n 求得的电动势是整个回路的感应电动势,而不是回路中某部分导体的电动势。整个回路的电动势为零,其回路中某段导体的感应电动势不一定为零。

(4)E=BLvsinθ和E=n 本质上是统一的。前者是后者的一种特殊情况。但是,当导体做切割磁感线运动时,用E=BLvsinθ求E比较方便;当穿过电路的磁通量发生变化,用E= 求E比较方便。

四.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。

 

若条件许可,尽可能演示p13“做一做”,进而得出:I=

【典型例题】

【例1】如图所示,有一夹角为θ的金属角架,角架所围区域内存在匀强磁场中,磁场的磁感强度为B,方向与角架所在平面垂直,一段直导线ab,从角顶c贴着角架以速度v向右匀速运动,求:

(1)t时刻角架的瞬时感应电动势;

(2)t时间内角架的平均感应电动势?

解:(1)E=BLv=Bv2tanθ·t

(2)

【例2】有一面积为S=100cm2的金属环,电阻为R=0.1Ω,环中磁场变化规律如图所示,磁场方向垂直环面向里,则在t1-t2时间内通过金属环的电荷量为________C.(10-2C)文章来
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