法拉第電磁感應定律復習課教學設計揚州大學附屬中學陳永根【設計思路】法拉第電磁感應定律是電磁學的核心內容，它既與電場、磁場和穩恒電流有緊密聯系，又是集力學、電磁學于一體的綜合應用單元，同時也是后面學習交流電、傳感器等知識的理論根底。高三一輪復習在理解物理概念，歸納總結定理定律的根底上，對知識點進行梳理，逐步滲透、建立模型，重視知識的內涵與外延，逐步形成系統化、網絡化，為第二輪復習打下堅實的根底。本節課從磁通量的變化情況入手，應用類比的方法理解磁通量的變化與變化率，歸納總結出法拉第電磁感應定律，并演繹出感生電動勢與動生電動勢，主要討論動生電動勢的形成原因、公式及其使用。電磁感應問題綜合要求較高，要幫助學生建立一些常規模型，形成解決問題的一般思路，特別重視電磁感應的三個問題：電路問題、動力學問題與能量轉化問題。本節課的磁通量概念、切割磁感線及電磁感應中的電路結構等問題對學生的空間想象能力、抽象思維能力要求較高，為解決這一難題，設計了系列幾何畫板課件，變抽象為直觀，變靜態為動態，有利于學生理解抽象的知識，建立空間模型，大大提高了課堂教學效率。【教學目標】〔一〕知識和能力目標1．知道感應電動勢的概念，會區分Φ、ΔΦ、并理解它們的物理意義。2．理解法拉第電磁感應定律的內容和數學表達式，并能解答有關問題。3．知道感生電動勢與動生電動勢，知道公式的推導過程及適用條件，并能解答有關問題。〔二〕過程與方法目標1．教師通過類比法學習感應電動勢，通過動畫演示，指導學生觀察分析，總結規律。2．通過分析具體問題幫助學生建立常規模型，掌握解決電磁感應的三類問題。〔三〕情感、態度、價值觀目標1．讓學生在探究過程中體驗解決問題的成功喜悅，增進學生學習物理的情感。2．了解物理學史，體驗科學家發現物理規律的艱辛和培養堅持不懈的精神。【重點與難點】重點：法拉第電磁感應定律難點：理解感生電動勢與動生電動勢【教學過程】復習提問1、一個電路中怎樣才會有電流？2、產生感應電流的條件？(二)新課引入電磁感應的產生其精髓在于一個“變”字，即磁通量的變化，磁通量是如何定義的？怎樣計算？又有哪些變化情況呢？(三)新課教學一、磁通量及其變化1、定義：穿過閉合回路磁感線的條數。2、公式：只適用于勻強磁場且B⊥S一般情況：，其中θ為磁感線與面夾角〔幾何畫板課件1〕3、磁通量的變化：線面垂直只有磁感應強度變化線面垂直只有面積變化磁通量是標量但有方向〔幾何畫板課件2〕〔根底檢測4〕4、磁通量的變化率：表示磁通量變化的快慢〔為什么要提出變化率，因為實驗說明感應電流大小與變化快慢有關〕類比：Φ、ΔΦ、三者關系與υ、Δυ、相似二、法拉第電磁感應定律1、定律：n為線圈匝數，相當于n個相同電源串聯2、感生電動勢和動生電動勢⑴感生電動勢：由于磁場變化而引起的電動勢〔注意是隨時間變化，不是隨空間變化〕感生電動勢產生的機理〔幾何畫板課件3〕Φ－t圖象的斜率即為磁通量的變化率tΦ0tΦ0tΦ0tΦ0磁通量不變均勻變化拐點處變化率為零，Φ為零處變化率最大例1．(2014江蘇卷)如下圖，一正方形線圈的匝數為n，邊長為a，線圈平面與勻強磁場垂直，且一半處在磁場中．在Δt時間內，磁感應強度的方向不變，大小由B均勻地增大到2B.在此過程中，線圈中產生的感應電動勢為()A.eq\f(Ba2,2Δt)B.eq\f(nBa2,2Δt)C.eq\f(nBa2,Δt)D.eq\f(2nBa2,Δt)拓展：如何理解均勻變化？哪局部導體相當于電源？其正極在哪端？⑵動生電動勢：由于導體在磁場中切割磁感線產生的電動勢動生電動勢產生的機理〔幾何畫板課件4〕條件：υ⊥B和棒，假設υ與B有夾角θ，那么E=BLνsinθ假設υ不垂直于棒或導體棒彎曲注意：L為在磁場中的垂直于速度的有效長度〔幾何畫板課件5、6〕例2．如下圖，一直角三角形金屬框，向左勻速穿過一個方向垂直于紙面向里的勻強磁場，磁場僅限于虛線邊界所圍的區域內，該區域的形狀與金屬框完全相同，且金屬框的下邊與磁場區域的下邊在一條直線上。假設取順時針方向為感應電流的正方向，那么金屬框穿過磁場過程中的感應電流i隨時間t變化的圖像是以下圖所示的()〔兩種情況及兩個公式的比照小結：我們現在將感應電動勢演繹成兩種情況是為了同學們更好地理解法拉第電磁感應定律，而當初法拉第經歷的過程與我們相反，他歷經十年歸納總結了許多電磁感應規律才最終得出法拉第電磁感應定律，為電磁學的開展奠定了根底。實際上我們學知識往往都是這樣從表象到內涵，再由內涵到表象，不斷地歸納和演繹，希望能給同學們以后的學習一些啟示。〕〔對這兩個公式一般用求平均電動勢，而用求瞬時電動勢，當然也可用后者求平均電動勢，此時的υ應理解為一段時間的平均速度。〕例3．如下圖，磁感強度B=1.2T的勻強磁場中有一折成37°角的金屬導軌aob，導軌平面垂直磁場方向。一條與導軌材料相同的直導線MN垂直ob方向放置在軌道上并接觸良好。當MN以υ=4m/s從導軌O點開始向右平動時，假設所有導線單位長度的電阻r=0.1Ω/m。求：⑴經過時間t后，閉合回路的感應電動勢的瞬時值和平均值；⑵閉合回路中的電流大小和方向。解：(1)設運動時間為t后，在ob上移動S=νt=4t，MN的有效長度υ37υ37°(2)回路總長度總電阻電流為恒定值，因為L均勻變化，方向逆時針3、轉動切割：ωoaωoaB也可由動生電動勢公式推導：再由右手定那么確定電勢上下例4．(2013全國卷17)紙面內兩個半徑均為R的圓相切于O點，兩圓形區域內分別存在垂直于紙面的勻強磁場，磁感應強度大小相等、方向相反，且不隨時間變化．一長為2R的導體桿OA繞O點且垂直于紙面的軸順時針勻速旋轉，角速度為ω，t＝0時，OA恰好位于兩圓的公切線上，如下圖，假設選取從O指向A的電動勢為正，以下描述導體桿中感應電動勢隨時間變化的圖像可能正確的選項是〔〕〔幾何畫板課件7〕ABCDABCD4、感應電量：與變化所需時間無關根底檢測4、小結求感應電量的方法：假設電流恒定優先用，感應電流為變量只能用三、電磁感應中三類問題1、電路問題⑴首先確定電源：產生感應電動勢的那局部導體相當于，其電阻相當于；感應電動勢與外電路關，由法拉第電磁感應定律計算出感應電動勢。⑵其次分析電路結構，畫出等效電路圖。RNSRNSAABBνR1R2ABBR1R2Erω〔發生電磁感應局部的導體相當于電源內電路，其余局部為外電路，利用楞次定律確定電源極性。解決電磁感應的首要問題是識別并畫出等效電路圖，有些電磁感應的電路比擬復雜。ω〔幾何畫板課件10〕能力提升1：圖中有一半徑為r的金屬圓環位于一勻強磁場中，有一沿半徑方向的金屬棒繞環心O以角速度ω勻速轉動，其另一端與圓環接觸良好，燈泡電阻為R，棒的電阻為R0，不計圓環電阻，求通過燈泡的電流的大小和方向。拓展：假設為圓盤道理相同？假設計圓環電阻？2、動力學問題⑴感應電動勢形成的電流會使導體在原磁場中受力，該力影響導體的合外力從而改變其運動狀態〔即改變速度v〕，速度v的改變又會影響感應電動勢及感應電流，這樣使得各物理量之間相互牽連，相互制約。畫一流程圖⑵一般切割磁感線的問題最終會到達一種收尾狀態，即加速度為的平衡狀態。能力提升2：(2013安徽卷16)如下圖，足夠長平行金屬導軌傾斜放置，傾角為37°，寬度為0.5m，電阻忽略不計，其上端接一小燈泡，電阻為1Ω。一導體棒MN垂直于導軌放置，質量為0.2kg，接入電路的電阻為1Ω，兩端于導軌接觸良好，與導軌間的動摩擦因數為0.5。在導軌間存在著垂直于導軌平面的勻強磁場，磁感應強度為0.8T。將導體棒MN由靜止釋放，運動一端時間后，小燈泡穩定發光，此后導體棒MN的運動速度及小燈泡消耗的電功率分別為〔重力加速度g取10m/s2，sin37°=0.6〕〔〕A．2.5m/s1WB．5m/s1WC．7.5m/s9WD．15m/s9W3、能量轉化問題⑴只要有感應電流產生，電磁感應現象中總伴隨著的轉化。切割磁感線問題中的安培力是一個重要角色，它對導體棒所做功即對應著能的轉化。⑵電磁感應的題目往往與知識相結合，牢固樹立起能量守恒的思想對解決電磁感應問題可起到事半功倍的效果。能力提升3：(2014江蘇卷)如下圖，在勻強磁場中有一傾斜的平行金屬導軌，導軌間距為L，長為3d，導軌平面與水平面的夾角為θ，在導軌的中部刷有一段長為d的薄絕緣涂層．勻強磁場的磁感應強度大小為B，方向與導軌平面垂直．質量