2019-2020年高中物理 1.6《法拉第電磁感應定律的應用（二）》教案 粵教版選修3-2.doc

2019-2020年高中物理 1.6法拉第電磁感應定律的應用（二）教案 粵教版選修3-2一、教學目標1在物理知識方面要求(1)通過復習，進一步理解感生電動勢的概念，明確感生電動勢的作用；(2)在復習鞏固的基礎上，熟練掌握法拉第電磁感應定律2通過本節(jié)復習，培養(yǎng)學生運用物理知識，分析和解決一些實際問題的能力二、重點、難點分析1重點是對法拉第電磁感應定律的進一步理解和運用；2難點是法拉第電磁感應定律的綜合運用三、教具投影片(或小黑板)四、主要教學過程(一)復習引入新課1敘述法拉第電磁感應定律的內容2寫出其表達式3.說明和=BLv的區(qū)別和聯系4.由 推導由圖1所示，講清圖中各示意，引導學生共同推導設在t時間內，導體MN以速度v切割磁感線，移動距離為d=vt，設MN長為L，這一過程中，回路磁通量變化為=2-1=B(s+d)L-BsL=BLd根據法拉第電磁感應定律，說明：上述推導需條件：磁感應強度B、導線切割速度v與長度L三者互相垂直，若上述三垂直中只有二垂直，而v與B不垂直，設夾角為，再請全體學生推導的計算式教師指點方法：將v分解，其中與磁感線平行的速度分量沒有作用，有效切割速度為vsin(圖2)，因此得：=BLvsin指出上式中當=90時，=BLvsin90=BLv5關于=BLvsin的意義(1)sin的意義是把公式中的B、L、v轉化為兩兩垂直：vsin=v，是將切割磁感線的速度v分解為垂直于B和L的有效分量；Bsin=B，是將磁感應強度B分解為垂直于v和L的有效分量；Lsin=L，是將導體長L等價成垂直于B和v的有效長度在上述分解和轉化的方法是等價的，所得結果完全相同(2)在上式中，若速度v是即時速度，則電動勢即為即時電動勢；若速度v是平均速度，則電動勢即為平均電動勢(二)主要教學過程設計例1如圖3所示，寬L=0.5m的平行長金屬導軌與水平面夾角=37與導軌平面垂直的勻強磁場磁感應強度B=1.0T質量m=100g的金屬棒ab垂直兩導軌放置，其電阻r=1，與導軌間滑動摩擦因數=0.25兩導軌由R=9的電阻在下端相連導軌及導軌與ab棒接觸電阻不計(取sin37=0.6，cos37=0.8，g=10m/s2)求：(1)當ab沿軌道向下運動，速度v=10m/s時，ab棒運動的加速度(2)ab棒沿軌道下滑的最大速度(3)ab棒以最大速度運動時，重力對ab棒做功的功率，ab棒產生的電功率以及輸出電功率首先留出點時間，讓學生認真審題、分析和思考，并能寫出初步的解答方案對較困難的學生，教師可適當引導，然后找兩個典型解答，請同學在黑板上板演 ab棒在導軌上下滑時受力情況如圖4所示， 其中磁場力摩擦力，根據牛頓第二定律，在沿軌道方向上當v=10m/s時，ab棒運動的加速度大小是當ab棒在導軌上運動加速度變?yōu)榱銜r，開始做勻速運動，這時ab運動速度有最大值由上述方程可知：mgsin-mcos-B2L2v/(Rr)=0，=16(m/s)重力做功的功率P1=mgvsin=0.110160.6=9.6(W)金屬棒ab產生的電功率輸出電功率適當歸納解答本題的思路，然后提出作為導體轉動的情況其感生電動勢應如何求例2 如圖5所示，長L=10cm的金屬棒ab在磁感應強度B=2T的勻強磁場中以a端為軸，在垂直磁場方向的平面內以角速度=10rad/s做順時針方向的勻速轉動ab兩端的電勢差是_V，a、b兩端_端電勢高，_端電勢低若ab以中點為軸轉動，其它條件不變，ab兩端電勢差為_V組織同學審題后，學生會發(fā)現，本題中金屬棒ab轉動時，棒上各點速率不同因此欲求其感生電動勢，需要找出一個等效點，采用求平均的方法，這時采用表達式另外有的同學也可能提出運用表達式=/t的方法這時，教師應按同學的思路，找在t時間內，棒ab轉過的角度=t，掃過的面積S相應的磁通量變化=BS然后利用方法一：(1)ab導體以a端為軸做切割磁感線運動時，導體上各點速度大小不同b端速度vb=L，a端速度為零其它各點的速度與該點到a點的距離成正比計算ab切割磁感線產生感生電動勢時的速度可采用a、b兩點速度的平均值，即若在a、b兩端接上外電路，由右手定則可知感生電流由b端流出，ab作為電源，b端電勢高若沒有構成閉合電路時，ab兩端電勢差就是電動勢(2)以ab中點為軸轉動時，a端、b端電勢都比中點電勢高而且a、b與中點的電動勢相等，a、b兩點電勢相等，電勢差為零四個空依次填：0.1，b，a，0方法二：(略)歸納本題解答思路，提出將本題改造如下例3 投影片一導體圓環(huán)的電阻為4，半徑為0.05m，圓環(huán)平面垂直勻強磁場，如圖6所示放置磁感應強度為4T，兩根電阻均為2的導線Oa和Ob，Oa固定，a端b端均與環(huán)接觸，Ob以4rad/s的角速度逆時針沿圓環(huán)轉動求：當Ob的b端從a端滑過180時，通過導線Oa中的電流是多少？組織學生審題后，學生會發(fā)現，本題是金屬導線Oa、Ob繞O軸轉動欲求感生電動勢，應該選用哪個表達式會感到困惑這時可引導學生，由于棒上各點速率不同到底選哪個點合適，可提出等效取平均的方法可仿效例2解法一當然還可以用其它方法但因有兩根又如何？方法一：導線Ob在磁場中繞著O點旋轉，切割磁感線產生感應電動勢不變方法二：由法拉第電磁感應定律來看，導線Ob在單位時間內掃過的面積是：Ob導線b端在圓環(huán)上的位置變化，只改變了圖7中R1與R2的阻值由閉合電路歐姆定律，Oa中的電流：當Ob從Oa轉180，有R1=R2=2，代入上式路結構變化時的方法和步驟，使學生在學習這部分內容時，也對電路問題作了一定的復習與鞏固工作最后提出線圈在磁場中轉動時，如何求其感生電動勢例4 如圖8所示，邊長為a，總電阻為R的閉合正方形單匝線框，放在磁應強度為B的勻強磁場中，磁感線與線框平面垂直當線框由圖示位置轉過180角過程中，流過線框導線橫截面的電量是多少？學生審題后會發(fā)現，本題與前三例均不同，這情況感生電動勢的求法一時難以想象出，不過這時可做些提示，具體如下：線框在磁場中轉動過程中，轉到不同位置時，線框中產生的感應電動勢的即時值不同，因而線框中的感應電流也不同解答本題的關鍵是如何理解和計算轉180角過程中穿過線框的磁通量的變化量可以這樣理解：一個平面有正、反兩面，從正面穿入的磁通量設為正值，則從另一面穿入的磁通量就是負值、線框處于如圖8所示位置時，磁感線從線框一面穿入，磁通量是1=BS=Ba2，轉過180后磁感線從線框的另一面穿入，這時的磁通量就是2=-BS=-Ba2，先后兩次穿過線框磁通量的值相等，但正負不同，那么線框轉180過程中磁通量的變化量為=2-1=-Ba2-Ba2=-2Ba2取絕對值就是2Ba2由此，可應用法拉第電磁感應定律求轉180過程中的平均感應電動勢，最后應用歐姆定律和電流強度的定義式就可以求通過線框截面的電量設線框轉180所用時間為t，在這段時間內穿過線框的磁通量的變化量為=2Ba2，根據法拉第電磁感應定律可得這一過程中平均感應電動勢的大小為根據歐姆定律，t時間內線框中平均電流強度為在t內流過線框某橫截面積的電量組織學生歸納本類問題的解答思路與方法同時提出前述四例均是磁場恒定，即磁感應強度B為恒矢量在有的例題中求感生電動勢應用化時又該如何解答呢？請看投影片例5 如圖9 所示，在一個勻強磁場中，有兩個用粗細相同的同種金屬導線制成的閉合圓環(huán)a和b，它們半徑之比為21，線圈平面與磁場方向垂直如果勻強磁場的磁感應強度隨時間均勻增大，則a、b環(huán)中感應電流之比為_，感應電流電功率之比為_給出一定時間，讓學生思考磁感應強度B隨時間均勻變化，在面積S不變的情況下，則穿過該面積S的磁通量也同樣均勻變化將學生引導到這一步，問題也就真相大白了具體分析解答如下：(1)設金屬導線單位長電阻為R0，b環(huán)的半徑為rb，a環(huán)半徑為ra，其中ra=2rb則a、b環(huán)導線電阻Ra=4raR0，Rb=2rbR0磁感應強度隨時間均勻變化，即磁感應強度變化率不變磁感應強度隨時間均勻變化用表示，它是一個恒量，a。b環(huán)中感應電動勢分別為感應電流分別為(2)感應電流電功率Pa、Pb分別為a、b的電功率之比兩個空依次填 21，81組織同學歸納總結本題的解答思路提出解答這類問題時應注意的問題然后提出，在本題中改造一下例如，把線圈(或圓環(huán))的方位調整一下，可使線圈平面與磁場方向成角在這種情況下，有哪些量發(fā)生變化？請看投影片例6 如圖10所示，一閉合圓形線圈放在勻強磁場中，線圈的平面與磁場方向成角，磁感應強度隨時間均勻變化，變化率為一定值在下述辦法中用哪一種可以使線圈中感應電流的強度增加一倍 A線圈的匝數增加一倍B把線圈的半徑增加一倍C把線圈的面積增加一倍D改變線圈軸線對磁場的方向E把線圈的匝數減少到原來的一半分析本題有一定困難教師可先給學生一定時間，思考和討論一下這樣學生之間互相啟發(fā)，可使他們的思路寬廣些這時教師及時做出評價，歸納解答的基本思路首先要考慮影響線圈中電流強度的因素，由歐姆定律可得：I=/R由法拉第電磁感應定律可知其中線圈垂直于磁感線的有效面積S為S=r2cos再由電阻定律上式中的S0是線圈導線的橫截面積，是導線的電阻率聯立上述公式可得：上式表明：當磁感應強度均勻變化(即變化率一定)時，在閉合線圈導線的截面積S0和電阻率不變的條件下，線圈中的電流強度I僅與線圈的半徑r和線圈軸線與磁感線方向夾角的余弦有關要使I增加一倍，只有使r增加一倍因為cos的最大值不能超過1，改變的值不能使cos增加一倍所以本題的正確選項只能是B(三)課堂小結組織學生歸納總結法拉第電磁感應定律應用的基本思路與方法五、教學說明由于是復習課，故設計安排了較多的內容而且，前后知識的聯系有一段距離，學生可能會感到有些吃力，特別是基礎較差的學生會困難更多也正因為是這樣，教師可在課前作些知識準備這樣可降低難度，學生會接受好些從時間上講，由于內容量和難度關系，可安排兩課時完成教師在講述問題時，切不可就題論題，應把重點放在充分發(fā)揮學生學習的主動性和能動性上每個問題都應留給學生一定思考、分析、討論的時間，教師應允許課上爭論，并及時做出評價這樣師生共同總結歸納運用法拉第電磁感應定律解答問題的基本思路與方法順便指出，復習課上的例題由于綜合性比較強，教師可在其中穿插些過渡性知識，以此來進行有效的銜接對于較差的學校，教師可靈活掌握