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    電磁感應定律物理教案

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    一、教學目標

    1.在物理知識方面的要求.

    (1)掌握導體切割磁感線的情況下產生的感應電動勢.

    (2)掌握穿過閉合電路的磁通量變化時產生的感應電動勢.

    (3)了解平均感應電動勢和感應電動勢的即時值.

    2.通過推理論證的過程培養學生的推理能力和分析問題的能力.

    3.運用能的轉化和守恒定律來研究問題,滲透物理思想的教育.

    二、重點、難點分析

    1.重點是使學生掌握動生電動勢和感生電動勢與哪些因素有關.

    2.在論證過程中怎樣運用能的轉化和守恒思想是本節的難點.

    三、主要教學過程

    (一)引入新課

    復習提問:在發生電磁感應的情況下,用什么方法可以判定感應電流的方向?要求學生回答出:切割磁感線時用右手定則;磁通量變化時用楞次定律

    (二)教學過程設計

    1.設問.

    既然會判定感應電流的方向,那么,怎樣確定感應電流的強弱呢?既然有感應電流,那么就一定存在感應電動勢.只要能確定感應電動勢的大小,根據歐姆定律就可以確定感應電流了.

    2.導線切割磁感線的情況.

    

    (1)如圖所示,矩形閉合金屬線框abcd置于有界的勻強磁場B中,現以速度v勻速拉出磁場,我們來看感應電動勢的大小.

    在水平方向ab邊受到安培力Fm=BIl的作用.因為金屬線框是做勻速運動,所以拉線框的外力F的大小等于這個安培力,即F=BIl.

    在勻速向外拉金屬線框的過程中,拉力做功的功率P=F•v=BIlv.

    拉力的功并沒有增加線框的動能,而是使線框中產生了感應電流I.根據能的轉化和守恒定律可知,拉力F的功率等于線框中的電功率P′.

    閉合電路中的電功率等于電源電動勢ε(在這里就是感應電動勢)與電流I的乘積.

    顯然Fv=εI,

    即BIv=εI.

    得出感應電動勢ε=Blv.(1)

    式中的l是垂直切割磁感線的有效長度(ab),v是垂直切割磁感線的有效速度.

    (2)當ab邊與磁感線成θ角(如圖2)做切割磁感線運動時,可以把速度v分解,其有效切割速度v⊥=v•sinθ.那么,公式(1)可改寫為:

    ε=Blvsinθ.(2)

    

    這就是導體切割磁感線時感應電動勢的公式.在國際單位制中,

    它們的單位滿足:V=Tm2/s.

    3.穿過閉合電路的磁通量變化時.

    (1)參看前圖,若導體ab在Δt時間內移動的位移是Δl,那么

    

    式中lΔl是ab邊在Δt時間內掃過的面積.lΔlsinθ是ab邊在Δt時間內垂直于磁場方向掃過的有效面積.BlΔlsinθ是ab邊在Δt時間內掃過的磁通量(磁感線的條數),對于金屬線框abcd來說這個值也就是穿過線框磁通量在Δt時間內的變化量ΔФ.這樣(3)式可簡化為

    

    (2)在一般情況下,線圈多是由很多匝(n匝)線框構成,每匝產生的感應電動勢均為(4)式的值,串聯起來n匝,則線圈產生的感應電動勢可用

    

    表示.這個公式可以用精密的實驗驗證.這就是法拉第電磁感應定律的表達式.

    (3)電路中感應電動勢的大小,跟穿過這一電路的磁通量的變化率成正比.這就是法拉第電磁感應定律.

    4.幾個應該說明的問題.

    (1)在法拉第電磁感應定律中感應電動勢ε的大小不是跟磁通量Ф成正比,也不是跟磁通量的變化量ΔФ成正比,而是跟磁通量的變化率成正比.

    (2)法拉第電磁感應定律反映的是在Δt一段時間內平均感應電動勢.只有當Δt趨近于零時,才是即時值.

    (3)公式ε=Blvsinθ中,當v取即時速度則ε是即時值,當v取平均速度時,ε是平均感應電動勢.

    (4)當磁通量變化時,對于閉合電路一定有感應電流.若電路不閉合,則無感應電流,但仍然有感應電動勢.

    (5)感應電動勢就是電源電動勢,是非靜電力使電荷移動增加電勢能的結果.電路中感應電流的強弱由感應電動勢的大小ε和電路總電阻決定,符合歐姆定律.

    (三)課堂小結

    1.導體做切割磁感線運動時,感應電動勢可由ε=Blvsinθ確定.

    2.穿過電路的磁通量發生變化時,感應電動勢由法拉第電磁感應定

    

    3.感應電動勢就是電源電動勢.有關閉合電路相關量的計算在這里都適用.

    4.同學們應該會證明單位關系:V=Wb/s.

    五、教學說明

    1.這一節課是從能的轉化和守恒定律入手展開的,其目的在于滲透一點物理思想.

    2.這一節課先講動生電動勢再過渡到感生電動勢,其目的是隱含地告訴學生在某些情況下兩者是一致的、統一的.

    3.建議本節課后安排一節習題課來加以鞏固.

    

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