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福利彩票双色球开奖号码查询:法拉第电磁感应定律复习课教学设计

福彩号码查询 www.edasl.tw 法拉第电磁感应定律复习课教学设计
扬州大学附属中学 陈永根 【设计思路】 法拉第电磁感应定律是电磁学的核心内容,它既与电场、磁场和稳恒电流有紧密联系, 又是集力学、电磁学于一体的综合应用单元,同时也是后面学习交流电、传感器等知识的理 论基础。高三一轮复习在理解物理概念,归纳总结定理定律的基础上,对知识点进行梳理, 逐步渗透、建立模型,重视知识的内涵与外延,逐步形成系统化、网络化,为第二轮复习打 下坚实的基础。 本节课从磁通量的变化情况入手, 应用类比的方法理解磁通量的变化与变化率, 归纳总 结出法拉第电磁感应定律, 并演绎出感生电动势与动生电动势, 主要讨论动生电动势的形成 原因、公式及其使用。电磁感应问题综合要求较高,要帮助学生建立一些常规模型,形成解 决问题的一般思路, 特别重视电磁感应的三个问题: 电路问题、 动力学问题与能量转化问题。 本节课的磁通量概念、 切割磁感线及电磁感应中的电路结构等问题对学生的空间想象能 力、抽象思维能力要求较高,为解决这一难题,设计了系列几何画板课件,变抽象为直观, 变静态为动态,有利于学生理解抽象的知识,建立空间模型,大大提高了课堂教学效率。 【教学目标】 (一)知识和能力目标 1.知道感应电动势的概念,会区分Φ 、Δ Φ 、

?? 并理解它们的物理意义。 ?t

2.理解法拉第电磁感应定律的内容和数学表达式,并能解答有关问题。 3.知道感生电动势与动生电动势,知道公式 E ? BLv sin ? 的推导过程及适用条件,并 能解答有关问题。 (二)过程与方法目标 1.教师通过类比法学习感应电动势,通过动画演示,指导学生观察分析,总结规律。 2.通过分析具体问题帮助学生建立常规模型,掌握解决电磁感应的三类问题。 (三)情感、态度、价值观目标 1.让学生在探究过程中体验解决问题的成功喜悦,增进学生学习物理的情感。 2.了解物理学史,体验科学家发现物理规律的艰辛和培养坚持不懈的精神。 【重点与难点】 重点:法拉第电磁感应定律 难点:理解感生电动势与动生电动势 【教学过程】 (一) 复习提问 1、一个电路中怎样才会有电流? 2、产生感应电流的条件? (二)新课引入 电磁感应的产生其精髓在于一个“变”字,即磁通量的变化,磁通量是如何定义的?怎 样计算?又有哪些变化情况呢? (三)新课教学 一、磁通量及其变化 1、定义:穿过闭合回路磁感线的条数。 2、公式: ? ? BS 只适用于匀强磁场且 B⊥S 一般情况: ? ? BS sin ? ,其中 θ 为磁感线与面夹角(几何画板课件 1)

3、磁通量的变化: ?? ? ?2 ? ?1 线面垂直只有磁感应强度变化 线面垂直只有面积变化 磁通量是标量但有方向 (几何画板课件 2) (基础检测 4) 4、磁通量的变化率:

?? ? S ?B ?? ? B?S

?? 表示磁通量变化的快慢 ?t

(为什么要提出变化率,因为实验表明感应电流大小与变化快慢有关) 类比:Φ、Δ Φ、

?? ?v 三者关系与 υ、 Δ υ 、 相似 ?t ?t

二、法拉第电磁感应定律 1、定律: E ? n

?? ?t

n 为线圈匝数,相当于 n 个相同电源串联 2、感生电动势和动生电动势⑴感生电动势:由于磁场变化而引起的电动势(注意是随时间 变化,不是随空间变化) 感生电动势产生的机理(几何画板课件 3)

E?n

?? ?B ? nS ?t ?t

Φ -t 图象的斜率即为磁通量的变化率
Φ Φ Φ

0 0 磁通量不变
t

t

0 均匀变化

t

拐点处变化率为零,Φ 为零处变化 率最大 例 1.(2014 江苏卷)如图所示,一正方形线圈的匝数为 n,边长为 a,线圈平面与匀强磁场 垂直,且一半处在磁场中.在 Δt 时间内,磁感应强度的方向不变,大小由 B 均匀地增大到 2B.在此过程中,线圈中产生的感应电动势为( ) A. 2Δ t

Ba2

B. 2Δ t

nBa2

C.

nBa2 Δt

2nBa D. Δt

2

拓展:如何理解均匀变化?哪部分导体相当于电源?其正极在哪端? ⑵动生电动势:由于导体在磁场中切割磁感线产生的电动势 动生电动势产生的机理(几何画板课件 4) ?? ?S ?x E? ?B ? BL ? BLv ?t ?t ?t 条件:υ ⊥B 和棒,若 υ 与 B 有夹角 θ ,则 E=BLνsinθ 若 υ 不垂直于棒或导体棒弯曲 注意:L 为在磁场中的垂直于速度的有效长度(几何画板课件 5、6)

例 2.如图所示,一直角三角形金属框,向左匀速穿过一个方向垂直于纸面向里的匀强磁 场,磁场仅限于虚线边界所围的区域内,该区域的形状与金属框完全相同,且金属框的下 边与磁场区域的下边在一条直线上。若取顺时针方向为感应电流的正方向,则金属框穿过 磁场过程中的感应电流 i 随时间 t 变化的图像是下图所示的( )

(两种情况及两个公式的对比小结: 我们现在将感应电动势演绎成两种情况是为了同学们更 好地理解法拉第电磁感应定律, 而当初法拉第经历的过程与我们相反, 他历经十年归纳总结 了许多电磁感应规律才最终得出法拉第电磁感应定律, 为电磁学的发展奠定了基础。 实际上 我们学知识往往都是这样从表象到内涵,再由内涵到表象,不断地归纳和演绎,希望能给同 学们以后的学习一些启示。 ) (对这两个公式一般用 E ? n

?? 求平均电动势,而用 E ? BLv 求瞬时电动势,当然也可用 ?t

后者求平均电动势,此时的 υ 应理解为一段时间的平均速度。 ) 例 3.如图所示,磁感强度 B=1.2T 的匀强磁场中有一折成 37° 角的金属导轨 aob,导轨平面 垂直磁场方向。一条与导轨材料相同的直导线 MN 垂直 ob 方向放置在轨道上并接触良好。 当 MN 以 υ=4m/s 从导轨 O 点开始向右平动时,若所有导线单位长度的电阻 r =0.1Ω/m。求: ⑴经过时间 t 后,闭合回路的感应电动势的瞬时值和平均值; ⑵闭合回路中的电流大小和方向。 解:(1)设运动时间为 t 后,在 ob 上移动 S=νt=4t,MN 的有效长度
L ? vt tan 37? ? 3t (m) E ? BLv ? 1.2 ? 3t ? 4 ? 14.4t (V ) 1 E ? B Lv ? B Lv ? 7.2t (V ) 2

(2)回路总长度 S ' ? 4t ? 3t ? 5t ? 12t (m) 总电阻 R ? rS' ? 1.2t (?)
I? E 14.4t ? ? 12( A) R 1.2t

υ
37°

电流为恒定值,因为 L 均匀变化,方向逆时针 3、转动切割: (几何画板课件 8)
1 1 1 2 LS L ? L? L ? ? ?t ?? ?S 1 2 2 E? ?B ?B ?B ?B2 ? BL2? ?t ?t ?t ?t ?t 2

B o

ω a

也可由动生电动势公式推导: E ? BLv ? BL 0 ? ? L ? 1 BL2?
2 2

再由右手定则确定电势高低

例 4.(2013 全国卷 17)纸面内两个半径均为 R 的圆相切于 O 点,两圆形区域内分别存在垂 直于纸面的匀强磁场,磁感应强度大小相等、方向相反,且不随时间变化.一长为 2R 的导 体杆 OA 绕 O 点且垂直于纸面的轴顺时针匀速旋转,角速度为 ω,t=0 时,OA 恰好位于两 圆的公切线上,如图所示,若选取从 O 指向 A 的电动势为正,下列描述导体杆中感应电动 势随时间变化的图像可能正确的是( ) (几何画板课件 7)

A

B

C

D

4、感应电量: q ? I ?t ? 基础检测 4、

E ?? ?t ? n R R

与变化所需时间无关

小结求感应电量的方法:若电流恒定优先用 q ? It ,感应电流为变量只能用 q ? n 三、电磁感应中三类问题 1、电路问题 ⑴首先确定电源:产生感应电动势的那部分导体相当于 ,其电阻相当于 感应电动势与外电路 关,由法拉第电磁感应定律计算出感应电动势。 ⑵其次分析电路结构,画出等效电路图。 ⑶感应电动势与感应电流满足 定律。
S N A B R R1 ν R2 B R1 B E

?? R

;

A

r B

R2

(发生电磁感应部分的导体相当于电源内电路, 其余部分为外电路, 利用楞次定律确定 电源极性。 解决电磁感应的首要问题是识别并画出等效电路图, 有些电磁感应的电路比较复 杂。 ) ω (几何画板课件 10) 能力提升 1:图中有一半径为 r 的金属圆环位于一匀强磁场中, 有一沿半径方向的金属棒绕环心 O 以角速度 ω 匀速转动, 其另 一端与圆环接触良好,已知灯泡电阻为 R,棒的电阻为 R0,不 计圆环电阻,求通过灯泡的电流的大小和方向。

拓展:若为圆盘道理相同?若计圆环电阻?

2、动力学问题 ⑴感应电动势形成的电流会使导体在原磁场中受 力,该力影响导体的合外力从 而改变其运动状态(即改变速度 v) ,速度 v 的改变又会影响感应电动势及感应电流,这样 使得各物理量之间相互牵连,相互制约。 画一流程图 ⑵一般切割磁感线的问题最终会达到一种收尾状态,即加速度为 的平衡状态。 能力提升 2:(2013 安徽卷 16)如图所示,足够长平行金属导轨倾斜放置,倾角为 37°,宽 度为 0.5m,电阻忽略不计,其上端接一小灯泡,电阻为 1Ω。一导体棒 MN 垂直于导轨放置, 质量为 0.2kg,接入电路的电阻为 1Ω,两端于导轨接触良好,与导轨间的动摩擦因数为 0.5。 在导轨间存在着垂直于导轨平面的匀强磁场,磁感应强度为 0.8T。将导体棒 MN 由静止释 放,运动一端时间后,小灯泡稳定发光,此后导体棒 MN 的运动速度及小灯泡消耗的电功率 分别为(重力加速度 g 取 10m/s2,sin37° =0.6) ( ) A.2.5m/s 1W B.5m/s 1W C.7.5m/s 9W D.15m/s 9W

3、能量转化问题 ⑴只要有感应电流产生,电磁感应现象中总伴随着 的转化。切割磁感线问题中 的安培力是一个重要角色,它对导体棒所做功即对应着 能的转化。 ⑵电磁感应的题目往往与 知识相结合, 牢固树立起能量守恒的思想对解决电 磁感应问题可起到事半功倍的效果。 能力提升 3:(2014 江苏卷)如图所示,在匀强磁场中有一倾斜的平行金属导轨,导轨间距为 L, 长为 3d, 导轨平面与水平面的夹角为 θ, 在导轨的中部刷有一段长为 d 的薄绝缘涂层. 匀 强磁场的磁感应强度大小为 B,方向与导轨平面垂直.质量为 m 的导体棒从导轨的顶端由 静止释放,在滑上涂层之前已经做匀速运动,并一直匀速滑到导轨底端.导体棒始终与导轨 垂直,且仅与涂层间有摩擦,接在两导轨间的电阻为 R,其他部分的电阻均不计,重力加速 度为 g。求: (1)导体棒与涂层间的动摩擦因数 μ; (2)导体棒匀速运动的速度大小 v; (3)整个运动过程中,电阻产生的焦耳热 Q.

四、电磁感应的实际应用 1、发电机 2、自感现象 3、生活中的电磁感应 【教学后记】


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