2019-2020年高中物理 1.6《法拉第電磁感應(yīng)定律的應(yīng)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(yīng)定律的應(yīng)用（二）教案 粵教版選修3-2一、教學(xué)目標(biāo)1在物理知識方面要求(1)通過復(fù)習(xí)，進(jìn)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(fù)習(xí)鞏固的基礎(chǔ)上，熟練掌握法拉第電磁感應(yīng)定律2通過本節(jié)復(fù)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用物理知識，分析和解決一些實(shí)際問題的能力二、重點(diǎn)、難點(diǎn)分析1重點(diǎn)是對法拉第電磁感應(yīng)定律的進(jìn)一步理解和運(yùn)用；2難點(diǎn)是法拉第電磁感應(yīng)定律的綜合運(yùn)用三、教具投影片(或小黑板)四、主要教學(xué)過程(一)復(fù)習(xí)引入新課1敘述法拉第電磁感應(yīng)定律的內(nèi)容2寫出其表達(dá)式3.說明和=BLv的區(qū)別和聯(lián)系4.由 推導(dǎo)由圖1所示，講清圖中各示意，引導(dǎo)學(xué)生共同推導(dǎo)設(shè)在t時(shí)間內(nèi)，導(dǎo)體MN以速度v切割磁感線，移動距離為d=vt，設(shè)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(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，說明：上述推導(dǎo)需條件：磁感應(yīng)強(qiáng)度B、導(dǎo)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(shè)夾角為，再請全體學(xué)生推導(dǎo)的計(jì)算式教師指點(diǎn)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(dāng)=90時(shí)，=BLvsin90=BLv5關(guān)于=BLvsin的意義(1)sin的意義是把公式中的B、L、v轉(zhuǎn)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(yīng)強(qiáng)度B分解為垂直于v和L的有效分量；Lsin=L，是將導(dǎo)體長L等價(jià)成垂直于B和v的有效長度在上述分解和轉(zhuǎn)化的方法是等價(jià)的，所得結(jié)果完全相同(2)在上式中，若速度v是即時(shí)速度，則電動勢即為即時(shí)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(xué)過程設(shè)計(jì)例1如圖3所示，寬L=0.5m的平行長金屬導(dǎo)軌與水平面夾角=37與導(dǎo)軌平面垂直的勻強(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1.0T質(zhì)量m=100g的金屬棒ab垂直兩導(dǎo)軌放置，其電阻r=1，與導(dǎo)軌間滑動摩擦因數(shù)=0.25兩導(dǎo)軌由R=9的電阻在下端相連導(dǎo)軌及導(dǎo)軌與ab棒接觸電阻不計(jì)(取sin37=0.6，cos37=0.8，g=10m/s2)求：(1)當(dāng)ab沿軌道向下運(yùn)動，速度v=10m/s時(shí)，ab棒運(yùn)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(yùn)動時(shí)，重力對ab棒做功的功率，ab棒產(chǎn)生的電功率以及輸出電功率首先留出點(diǎn)時(shí)間，讓學(xué)生認(rèn)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(xué)生，教師可適當(dāng)引導(dǎo)，然后找兩個(gè)典型解答，請同學(xué)在黑板上板演 ab棒在導(dǎo)軌上下滑時(shí)受力情況如圖4所示， 其中磁場力摩擦力，根據(jù)牛頓第二定律，在沿軌道方向上當(dāng)v=10m/s時(shí)，ab棒運(yùn)動的加速度大小是當(dāng)ab棒在導(dǎo)軌上運(yùn)動加速度變?yōu)榱銜r(shí)，開始做勻速運(yùn)動，這時(shí)ab運(yùn)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(chǎn)生的電功率輸出電功率適當(dāng)歸納解答本題的思路，然后提出作為導(dǎo)體轉(zhuǎn)動的情況其感生電動勢應(yīng)如何求例2 如圖5所示，長L=10cm的金屬棒ab在磁感應(yīng)強(qiáng)度B=2T的勻強(qiáng)磁場中以a端為軸，在垂直磁場方向的平面內(nèi)以角速度=10rad/s做順時(shí)針方向的勻速轉(zhuǎn)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(diǎn)為軸轉(zhuǎn)動，其它條件不變，ab兩端電勢差為_V組織同學(xué)審題后，學(xué)生會發(fā)現(xiàn)，本題中金屬棒ab轉(zhuǎn)動時(shí)，棒上各點(diǎn)速率不同因此欲求其感生電動勢，需要找出一個(gè)等效點(diǎn)，采用求平均的方法，這時(shí)采用表達(dá)式另外有的同學(xué)也可能提出運(yùn)用表達(dá)式=/t的方法這時(shí)，教師應(yīng)按同學(xué)的思路，找在t時(shí)間內(nèi)，棒ab轉(zhuǎn)過的角度=t，掃過的面積S相應(yīng)的磁通量變化=BS然后利用方法一：(1)ab導(dǎo)體以a端為軸做切割磁感線運(yùn)動時(shí)，導(dǎo)體上各點(diǎn)速度大小不同b端速度vb=L，a端速度為零其它各點(diǎn)的速度與該點(diǎn)到a點(diǎn)的距離成正比計(jì)算ab切割磁感線產(chǎn)生感生電動勢時(shí)的速度可采用a、b兩點(diǎn)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(gòu)成閉合電路時(shí)，ab兩端電勢差就是電動勢(2)以ab中點(diǎn)為軸轉(zhuǎn)動時(shí)，a端、b端電勢都比中點(diǎn)電勢高而且a、b與中點(diǎn)的電動勢相等，a、b兩點(diǎn)電勢相等，電勢差為零四個(gè)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(dǎo)體圓環(huán)的電阻為4，半徑為0.05m，圓環(huán)平面垂直勻強(qiáng)磁場，如圖6所示放置磁感應(yīng)強(qiáng)度為4T，兩根電阻均為2的導(dǎo)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(shí)針沿圓環(huán)轉(zhuǎn)動求：當(dāng)Ob的b端從a端滑過180時(shí)，通過導(dǎo)線Oa中的電流是多少？組織學(xué)生審題后，學(xué)生會發(fā)現(xiàn)，本題是金屬導(dǎo)線Oa、Ob繞O軸轉(zhuǎn)動欲求感生電動勢，應(yīng)該選用哪個(gè)表達(dá)式會感到困惑這時(shí)可引導(dǎo)學(xué)生，由于棒上各點(diǎn)速率不同到底選哪個(gè)點(diǎn)合適，可提出等效取平均的方法可仿效例2解法一當(dāng)然還可以用其它方法但因有兩根又如何？方法一：導(dǎo)線Ob在磁場中繞著O點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢不變方法二：由法拉第電磁感應(yīng)定律來看，導(dǎo)線Ob在單位時(shí)間內(nèi)掃過的面積是：Ob導(dǎo)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(dāng)Ob從Oa轉(zhuǎn)180，有R1=R2=2，代入上式路結(jié)構(gòu)變化時(shí)的方法和步驟，使學(xué)生在學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容時(shí)，也對電路問題作了一定的復(fù)習(xí)與鞏固工作最后提出線圈在磁場中轉(zhuǎn)動時(shí)，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(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，磁感線與線框平面垂直當(dāng)線框由圖示位置轉(zhuǎn)過180角過程中，流過線框?qū)Ь€橫截面的電量是多少？學(xué)生審題后會發(fā)現(xiàn)，本題與前三例均不同，這情況感生電動勢的求法一時(shí)難以想象出，不過這時(shí)可做些提示，具體如下：線框在磁場中轉(zhuǎn)動過程中，轉(zhuǎn)到不同位置時(shí)，線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的即時(shí)值不同，因而線框中的感應(yīng)電流也不同解答本題的關(guān)鍵是如何理解和計(jì)算轉(zhuǎn)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(gè)平面有正、反兩面，從正面穿入的磁通量設(shè)為正值，則從另一面穿入的磁通量就是負(fù)值、線框處于如圖8所示位置時(shí)，磁感線從線框一面穿入，磁通量是1=BS=Ba2，轉(zhuǎn)過180后磁感線從線框的另一面穿入，這時(shí)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(fù)不同，那么線框轉(zhuǎn)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(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)定律求轉(zhuǎn)180過程中的平均感應(yīng)電動勢，最后應(yīng)用歐姆定律和電流強(qiáng)度的定義式就可以求通過線框截面的電量設(shè)線框轉(zhuǎn)180所用時(shí)間為t，在這段時(shí)間內(nèi)穿過線框的磁通量的變化量為=2Ba2，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可得這一過程中平均感應(yīng)電動勢的大小為根據(jù)歐姆定律，t時(shí)間內(nèi)線框中平均電流強(qiáng)度為在t內(nèi)流過線框某橫截面積的電量組織學(xué)生歸納本類問題的解答思路與方法同時(shí)提出前述四例均是磁場恒定，即磁感應(yīng)強(qiáng)度B為恒矢量在有的例題中求感生電動勢應(yīng)用化時(shí)又該如何解答呢？請看投影片例5 如圖9 所示，在一個(gè)勻強(qiáng)磁場中，有兩個(gè)用粗細(xì)相同的同種金屬導(dǎo)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(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間均勻增大，則a、b環(huán)中感應(yīng)電流之比為_，感應(yīng)電流電功率之比為_給出一定時(shí)間，讓學(xué)生思考磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)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(xué)生引導(dǎo)到這一步，問題也就真相大白了具體分析解答如下：(1)設(shè)金屬導(dǎo)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(dǎo)線電阻Ra=4raR0，Rb=2rbR0磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間均勻變化，即磁感應(yīng)強(qiáng)度變化率不變磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間均勻變化用表示，它是一個(gè)恒量，a。b環(huán)中感應(yīng)電動勢分別為感應(yīng)電流分別為(2)感應(yīng)電流電功率Pa、Pb分別為a、b的電功率之比兩個(gè)空依次填 21，81組織同學(xué)歸納總結(jié)本題的解答思路提出解答這類問題時(shí)應(yīng)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(diào)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(qiáng)磁場中，線圈的平面與磁場方向成角，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)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(yīng)電流的強(qiáng)度增加一倍 A線圈的匝數(shù)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(shù)減少到原來的一半分析本題有一定困難教師可先給學(xué)生一定時(shí)間，思考和討論一下這樣學(xué)生之間互相啟發(fā)，可使他們的思路寬廣些這時(shí)教師及時(shí)做出評價(jià)，歸納解答的基本思路首先要考慮影響線圈中電流強(qiáng)度的因素，由歐姆定律可得：I=/R由法拉第電磁感應(yīng)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(dǎo)線的橫截面積，是導(dǎo)線的電阻率聯(lián)立上述公式可得：上式表明：當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻變化(即變化率一定)時(shí)，在閉合線圈導(dǎo)線的截面積S0和電阻率不變的條件下，線圈中的電流強(qiáng)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(guān)要使I增加一倍，只有使r增加一倍因?yàn)閏os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(xiàng)只能是B(三)課堂小結(jié)組織學(xué)生歸納總結(jié)法拉第電磁感應(yīng)定律應(yīng)用的基本思路與方法五、教學(xué)說明由于是復(fù)習(xí)課，故設(shè)計(jì)安排了較多的內(nèi)容而且，前后知識的聯(lián)系有一段距離，學(xué)生可能會感到有些吃力，特別是基礎(chǔ)較差的學(xué)生會困難更多也正因?yàn)槭沁@樣，教師可在課前作些知識準(zhǔn)備這樣可降低難度，學(xué)生會接受好些從時(shí)間上講，由于內(nèi)容量和難度關(guān)系，可安排兩課時(shí)完成教師在講述問題時(shí)，切不可就題論題，應(yīng)把重點(diǎn)放在充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和能動性上每個(gè)問題都應(yīng)留給學(xué)生一定思考、分析、討論的時(shí)間，教師應(yīng)允許課上爭論，并及時(shí)做出評價(jià)這樣師生共同總結(jié)歸納運(yùn)用法拉第電磁感應(yīng)定律解答問題的基本思路與方法順便指出，復(fù)習(xí)課上的例題由于綜合性比較強(qiáng)，教師可在其中穿插些過渡性知識，以此來進(jìn)行有效的銜接對于較差的學(xué)校，教師可靈活掌握