2.2 法拉第电磁感应定律.docx

第二章 电磁感应 第2节 法拉第电磁感应定律 法拉第电磁感应定律是电磁学的核心内容。从知识发展来看，它既与电场、磁场和稳恒电流有紧密联系，又是后面学习交流电、电磁振荡和电磁波的基础。它既是本章的教学重点，也是教学难点。 物理观念：知道感应电动势的定义. 科学思维：通过实验理解法拉第电磁感应定律及数学表达式 科学探究：经历分析推理得出法拉第电磁感应定律的过程，体会用变化率定义物理量的方法 科学态度与责任：感受科学家对规律的研究过程，学习他们对工作严肃认真不怕困难的科学态度。 1、教学重点：法拉第电磁感应定律的建立和应用 2、教学难点：对磁通量，磁通量的变化量和磁通量变化率的理解 多媒体课件 思考引入：让学生思考并回答以下问题 问题1：什么叫电磁感应现象？ 学生回答：利用磁场产生电流的现象 问题2：产生感应电流的条件是什么？ 学生回答：（1）闭合电路（2）磁通量变化 问题3：试从本质上比较甲、乙两电路的异同 既然闭合电路中有感应电流，这个电路中就一定有电动势。 问题4： 穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，闭合导体回路中就有感应电流。感应电流的大小跟哪些因素有关？ 让学生分组讨论，进行大胆的猜想感应电流的大小跟这些因素有关 学生回答： 1.磁场强弱 2.运动速度 3.线圈匝数 4.磁场方向与导体运动方向 5.磁通量大小 6.磁通量的变化率 课件展示：实验装置如图所示，线圈的两端与电压表相连。将强磁体从长玻璃管上端由静止下落，穿过线圈。分别使线圈距离上管口20cm、30cm、40cm和50cm,记录电压表的示数以及发生的现象。 分别改变线圈的匝数、磁体的强度，重复上面的实验，得出定性的结论。 一、电磁感应定律： 1. 内容：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量变化率 ΔΦ/Δ t 成正比。 当电动势单位为V,磁通量单位为Wb，时间单位为s时，K的取值为1. 当线圈为n匝时 2.法拉第电磁感应定律的理解 (1)感应电动势的大小由线圈的匝数和穿过线圈的磁通量的变化率共同决定，而与磁通量Φ的大小、变化量ΔΦ的大小没有必然联系 (2)磁通量的变化率对应Φ­t图线上某点切线的斜率． 思考与讨论 让学生思考并回答以下问题： 问题1：磁通量大,磁通量变化一定大吗? 问题2：磁通量变化大,磁通量的变化率一定大吗? 教师总结：磁通量的变化率和磁通量、磁通量的变化无直接关系:磁通量大(小,零)，磁通量的变化率不一定大(小,零);磁通量的变化大(小)，磁通量的变化率不一定大(小). (可以类比速度、速度的变化和加速度.) 理解:Φ、△Φ、ΔΦ/Δt的意义（课件展示） 应用法拉第电磁感应定律的三种情况 (1)磁通量的变化是由面积变化引起时，ΔΦ＝B·ΔS，则 (2)磁通量的变化是由磁场变化引起时，ΔΦ＝ΔB·S，则 (3)磁通量的变化是由面积和磁场变化共同引起时，则根据定义求，ΔΦ＝Φ末－Φ初 通过以下例题让学生学会运用公式 例题1：有一个50匝的线圈，如果穿过它的磁通量的变化率为0.5Wb/s，求感应电动势。 例题2：一个100匝的线圈，在0.5s内穿过它的磁通量从0.01Wb增加到0.09Wb。求线圈中的感应电动势。 二、导体切割磁感线运动时的感应电动势 1、导体垂直切磁感线 . 动生电动势：由于导体运动而产生的电动势。 2.导体斜切磁感线 （θ为v与B夹角） 若v//B：E=0（无切割） L应指切割磁感线的有效长度 公式BLv中的L指的是切割磁感线的有效长度。在上图中E=BLv，L是圆弧切割磁感线的有效长度。 练1：求下面图示情况下，a、b、c三段导体两端的感应电动势各为多大？ 练2：如图,一个水平放置的导体框架,宽度L=1.50m,接有电阻R=0.20Ω,设匀强磁场和框架平面垂直,磁感应强度B=0.40T,方向如图.今有一导体棒ab跨放在框架上,并能无摩擦地沿框滑动,框架及导体ab电阻均不计,当ab以v=4.0m/s的速度向右匀速滑动时，试求： (1)导体ab上的感应电动势的大小 (2)回路上感应电流的大小 E=BLv=0.80V 3.导体转动切割磁感线 导体棒在磁场中转动时，长为L的导体棒OA以端点为轴，在匀强磁场中垂直于磁感线方向匀速转动产生感应电动势 思考与讨论 如图导体棒CD在匀强磁场中运动。自由电荷受洛伦兹力，自由电荷相当于纸面向哪个方向运动？（认为导体棒中的自由电荷是正电荷）导体棒一直运动下去，自由电荷是否总会沿着导体棒运动？为什么？导体棒哪段的电势比较高？ 一段导线在做切割磁感线的运动时相当于一个电源，通过上面的分析可以看到，这时的非静电力与洛伦兹力有关。由于导体棒运动产生感应电动势，电路中有电流通过，导体棒在运动过程中会受到安培力的作用。可以判断，安培力的方向与推动导体棒运动的力的方向是相反的。这时即使导体棒做匀速运动，推力也做功。如果没有推力的作用，导体棒将克服安培力做功而消耗本身的机械能 课堂练习 1、关于电磁感应，下述说法中正确的是( D ) A、穿过线圈的磁通量越大,感应电动势越大 B、穿过线圈的磁通量为零,感应电动势一定为零 C、穿过线圈的磁通量的变化越大,感应电动势越大 D、穿过线圈的磁通量变化越快,感应电动势越大 2、单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，转轴垂直于磁场。若线圈所围面积里磁通量随时间变化的规律如图所示，则：( ABD ) A、线圈中0时刻感应电动势最大 B、线圈中D时刻感应电动势为零 C、线圈中D时刻感应电动势最大 D、线圈中0到D时间内平均感应电动势为0.4V 3、在磁感应强度为B的匀强磁场中,有一矩形线框,边长ab=L1,bc=L2线框绕中心轴00'以角速度ω由图示位置逆时针方向转动。求: (1)线圈转过1/4周的过程中的平均感应电动势 (2)线圈转过1/2周的过程中的平均感应电动势 4、如图,水平面上有两根相距0.5m的足够长的平行金属导轨MN和PQ,它们的电阻不计,在M和P之间接有R=3.0Ω的定值电阻,导体棒长ab=0.5m,其电阻为r=1.0Ω,与导轨接触良好.整个装置处于方向竖直向下的匀强磁场中,B=0.4T.现使ab以v=10m／s的速度向右做匀速运动. (1)ab中的电流多大? ab两点间的电压多大? (2)维持ab做匀速运动的外力多大? (3)ab向右运动1m的过程中, 外力做的功是多少?电路中产生的热量是多少? （1）I=0.5AU=1.5V （2）F=0.1N （3）WF=0.1JQ=0.1J 5、如图,有一匀强磁场B=1.0×10-3T，在垂直磁场的平面内,有一金属棒AO,绕平行于磁场的O轴顺时针转动,已知棒长L=0.20m，角速度ω=20rad/s，求：棒产生的感应电动势有多大？ X&X 本节课作为一节理论探究课，比较抽象，学生在学习本节知识时有一定的难度。所以如何化繁为简，化抽象为具体，为本节课面对的难点之一，为此我通过把知识的理论推导过程通过定量探究的方式，引导学生实验探究，通过控制变量法、转化法、类比法等科学方法，让学生在探究学习的过程中，既深刻的了解科学思想在研究物理规律的重要作用，又亲身经历动手实践，直观具体的体会探究物理规律的过程，真正做到了教学三维目标的全面落实。通过打破教材的限制，把这节理论探究课引导学生开展成实验验证探究课，是本节的亮度，更是突破难点的巧妙所在。