高三電磁感應物理教案
【教學目標】
1、知識與技能:
(1)、知道感應電動勢,及決定感應電動勢大小的因素。
(2)、知道磁通量的變化率是表示磁通量變化快慢的物理量,並能區別Φ、ΔΦ、 。
(3)、理解法拉第電磁感應定律的內容、數學表達式。
(4)、知道E=BLvsinθ如何推得。
(5)、會用 解決問題。
2、過程與方法
(1)、透過學生實驗,培養學生的動手能力和探究能力。
(2)、透過推導閉合電路,部分導線切割磁感線時的感應電動勢公式E=BLv,掌握運用理論知識探究問題的方法。
3、情感態度與價值觀
(1)、從不同物理現象中抽象出個性與共性問題,培養學生對不同事物進行分析,找出共性與個性的辯證唯物主義思想。
(2)、透過比較感應電流、感應電動勢的特點,引導學生忽略次要矛盾、把握主要矛盾。
【教學重點】法拉第電磁感應定律。
【教學難點】感應電流與感應電動勢的產生條件的區別。
【教學方法】實驗法、歸納法、類比法
【教具準備】
多媒體課件、多媒體電腦、投影儀、檢流計、螺線管、磁鐵。
【教學過程】
一、複習提問:
1、在電磁感應現象中,產生感應電流的條件是什麼?
答:穿過閉合迴路的磁通量發生變化,就會在迴路中產生感應電流。
2、恆定電流中學過,電路中存在持續電流的條件是什麼?
答:電路閉合,且這個電路中一定有電源。
3、在發生電磁感應現象的情況下,用什麼方法可以判定感應電流的方向?
答:由楞次定律或右手定則判斷感應電流的方向。
二、引入新課
1、問題1:既然會判定感應電流的方向,那麼,怎樣確定感應電流的強弱呢?
答:既然有感應電流,那麼就一定存在感應電動勢.只要能確定感應電動勢的大小,根據閉合電路歐姆定律就可以確定感應電流大小了.
2、問題2:如圖所示,在螺線管中插入一個條形磁鐵,問
①、在條形磁鐵向下插入螺線管的過程中,該電路中是否都有電流?爲什麼?
答:有,因爲磁通量有變化
②、有感應電流,是誰充當電源?
答:由恆定電流中學習可知,對比可知左圖中的虛線框內線圈部分相當於電源。
③、上圖中若電路是斷開的,有無感應電流電流?有無感應電動勢?
答:電路斷開,肯定無電流,但仍有電動勢。
3、產生感應電動勢的條件是什麼?
答:迴路(不一定是閉合電路)中的磁通量發生變化.
4、比較產生感應電動勢的條件和產生感應電流的條件,你有什麼發現?
答:在電磁感應現象中,不論電路是否閉合,只要穿過迴路的.磁通量發生變化,電路中就有感應電動勢,但產生感應電流還需要電路閉合,因此研究感應電動勢比感應電流更有意義。(情感目標)
本節課我們就來一起探究感應電動勢
三、進行新課
(一)、探究影響感應電動勢大小的因素
(1)探究目的:感應電動勢大小跟什麼因素有關?(學生猜測)
(2)探究要求:
①、將條形磁鐵迅速和緩慢的插入拔出螺線管,記錄錶針的最大擺幅。
②、迅速和緩慢移動導體棒,記錄錶針的最大擺幅。
③、迅速和緩慢移動滑動變阻器滑片,迅速和緩慢的插入拔出螺線管,分別記錄錶針的最大擺幅;
(3)、探究問題:
問題1、在實驗中,電流表指針偏轉原因是什麼?
問題2:電流表指針偏轉程度跟感應電動勢的大小有什麼關係?
問題3:在實驗中,快速和慢速效果有什麼相同和不同?
(4)、探究過程
安排學生實驗。(能力培養)
教師引導學生分析實驗,(課件展示)回答以上問題
學生甲:穿過電路的Φ變化 產生E感 產生I感.
學生乙:由全電路歐姆定律知I= ,當電路中的總電阻一定時,E感越大,I越大,指針偏轉越大。
學生丙:磁通量變化相同,但磁通量變化的快慢不同。
可見,感應電動勢的大小跟磁通量變化和所用時間都有關,即與磁通量的變化率有關.
把 定義爲磁通量的變化率。
上面的實驗,我們可用磁通量的變化率來解釋:
學生甲:實驗中,將條形磁鐵快插入(或拔出)比慢插入或(拔出)時, 大,I感大,
E感大。
實驗結論:電動勢的大小與磁通量的變化快慢有關,磁通量的變化越快電動勢越大。磁通量的變化率越大,電動勢越大。
(二)、法拉第電磁感應定律
從上面的實驗我們可以發現, 越大,E感越大,即感應電動勢的大小完全由磁通量的變化率決定。精確的實驗表明:電路中感應電動勢的大小,跟穿過這一電路磁通量的變化率成正比,即E∝ 。這就是法拉第電磁感應定律。
(師生共同活動,推導法拉第電磁感應定律的表達式)(課件展示)
E=k
在國際單位制中,電動勢單位是伏(V),磁通量單位是韋伯(Wb),時間單位是秒(s),可以證明式中比例係數k=1,(同學們可以課下自己證明),則上式可寫成
E=
設閉合電路是一個N匝線圈,且穿過每匝線圈的磁通量變化率都相同,這時相當於n個單匝線圈串聯而成,因此感應電動勢變爲
E=n
1.內容:電動勢的大小與磁通量的變化率成正比
2.公式:ε=n
3.定律的理解:
⑴磁通量、磁通量的變化量、磁通量的變化量率的區別Φ、ΔΦ、ΔΦ/Δt
⑵感應電動勢的大小與磁通量的變化率成正比
⑶感應電動勢的方向由楞次定律來判斷
⑷感應電動勢的不同表達式由磁通量的的因素決定:
當ΔΦ=ΔBScosθ則ε=ΔB/ΔtScosθ
當ΔΦ=BΔScosθ則ε=BΔS/Δtcosθ
當ΔΦ=BSΔ(cosθ)則ε=BSΔ(cosθ)/Δt
注意: 爲B.S之間的夾角。
4、特例——導線切割磁感線時的感應電動勢
用課件展示電路,閉合電路一部分導體ab處於勻強磁場中,磁感應強度爲B,ab的長度爲L,以速度v勻速切割磁感線,求產生的感應電動勢?(課件展示)
解析:設在Δt時間內導體棒由原來的位置運動到a1b1,這時線框面積的變化量爲
ΔS=LvΔt
穿過閉合電路磁通量的變化量爲
ΔΦ=BΔS=BLvΔt
據法拉第電磁感應定律,得
E= =BLv
這是導線切割磁感線時的感應電動勢計算更簡捷公式,需要理解
(1)B,L,V兩兩垂直
(2)導線的長度L應爲有效切割長度
(3)導線運動方向和磁感線平行時,E=0
(4)速度V爲平均值(瞬時值),E就爲平均值(瞬時值)
問題:當導體的運動方向跟磁感線方向有一個夾角θ,感應電動勢可用上面的公式計算嗎?
用課件展示如圖所示電路,閉合電路的一部分導體處於勻強磁場中,導體棒以v斜向切割磁感線,求產生的感應電動勢。
解析:可以把速度v分解爲兩個分量:垂直於磁感線的分量v1=vsinθ和平行於磁感線的分量v2=vcosθ。後者不切割磁感線,不產生感應電動勢。前者切割磁感線,產生的感應電動勢爲
E=BLv1=BLvsinθ
強調:在國際單位制中,上式中B、L、v的單位分別是特斯拉(T)、米(m)、米每秒(m/s),θ指v與B的夾角。
5、公式比較
與功率的兩個公式比較得出E=ΔΦ/Δt:求平均電動勢
E=BLV : v爲瞬時值時求瞬時電動勢,v爲平均值時求平均電動勢
課堂練習:
例題1:下列說法正確的是( D )
A、線圈中磁通量變化越大,線圈中產生的感應電動勢一定越大
B、線圈中的磁通量越大,線圈中產生的感應電動勢一定越大
C、線圈處在磁場越強的位置,線圈中產生的感應電動勢一定越大
D、線圈中磁通量變化得越快,線圈中產生的感應電動勢越大
例題2:一個匝數爲100、面積爲10cm2的線圈垂直磁場放置,在0. 5s內穿過它的磁場從1T增加到9T。求線圈中的感應電動勢。
解:由電磁感應定律可得E=nΔΦ/Δt①
ΔΦ= ΔB×S②
由① ②聯立可得E=n ΔB×S/Δt
代如數值可得E=1.6V
例題3、在磁感強度爲0.1T的勻強磁場中有一個與之垂直的金屬框ABCD,框電阻不計,上面接一個長0.1m的可滑動的金屬絲ab,已知金屬絲質量爲0.2g,電阻R=0.2Ω,不計阻力,求金屬絲ab勻速下落時的速度。(4m/s)
問1:將上題的框架豎直倒放,使框平面放成與水平成30°角,不計阻力,B垂直於框平面,求v ?
答案:(2m/s)
問2:上題中若ab框間有摩擦阻力,且μ=0.2,求v ?
答案:(1.3m/s)
問3:若不計摩擦,而將B方向改爲豎直向上,求v ?
答案:(2.67m/s)
問4:若此時再加摩擦μ=0.2,求v ?
答案:(1.6m/s)
【課堂小結】
1、讓學生概括總結本節的內容。請一個同學到黑板上總結,其他同學在筆記本上總結,然後請同學評價黑板上的小結內容。
2、認真總結概括本節內容,並把自己這節課的體會寫下來、比較黑板上的小結和自己的小結,看誰的更好,好在什麼地方。
3、讓學生自己總結所學內容,允許內容的順序不同,從而構建他們自己的知識框架。
【佈置作業】選修3-2課本第16頁“思考與討論”
課後作業:第17頁1、2、3、5題
【課後反思】
讓學生概括總結本節的內容。請一個同學到黑板上總結,其他同學在筆記本上總結,然後請同學評價黑板上的小結內容。讓學生自己總結所學內容,允許內容的順序不同,從而構建他們自己的知識框架,把書本知識轉化爲自己的知識,讓學生有收穫成功感。
本節課,重點是理解法拉第電磁感應定律,不要過多的進行訓練,不能急於求成,應該循序漸進。
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