《電磁感應現(xiàn)象的兩類情況》教案

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1、《電磁感應現(xiàn)象的兩類情況》教 案2 電磁感應現(xiàn)象的兩類情況 【教學目標】 1、知識與技能： (1)、了解感生電動勢和動生電動勢的概念及不同。 (2)、了解感生電動勢和動生電動勢產(chǎn)生的原因。 (3)、能用動生電動勢和感生電動勢的公式進行分析和計算。 2、過程與方法 通過探究感生電動勢和動生電動勢產(chǎn)生的原因，培養(yǎng)學生對知識的理解和邏輯推理能力。 3、情感態(tài)度與價值觀 從電磁感應現(xiàn)象中我們找到產(chǎn)生感生電動勢和動生電動勢的個性與共性問題，培養(yǎng)學生對不同事物進行分析，找出共性與個性的辯證唯物主義思想。 【教學重點】感生電動勢和動生電動勢。 【教學難點】感生電動勢和動生電動勢產(chǎn)生

2、的原 因。 【教學方法】類比法、練習法 【教具準備】 多媒體課件 【教學過程】 一、復習提問： 1、法拉第電磁感應定律的內(nèi)容是什么？數(shù)學表達式是什么？ 答：感應電動勢的大小與磁通量的變化率成正 比，即E=。 t 2、導體在磁場中切割磁感線產(chǎn)生的電動勢與什么因素有關，表達式是什么，它成立的條件又是什么？ 答：導體在磁場中切割磁感線產(chǎn)生的電動勢的大小與導體棒的有效長度、磁場強弱、導體棒的運動速度有關，表達式是E=BLvsin0,該表達式只能適用于勻強磁場中。 二引入新課 在電磁感應現(xiàn)象中，由于引起磁通量的變化的原因不同感應電動勢產(chǎn)生的機理也不同，本節(jié)課我們就一起來學習感

3、應電動勢產(chǎn)生的機理。 三、進行新課 （一）、感生電動勢和動生電動勢 由于引起磁通量的變化的原因不同感應電動勢產(chǎn)生的機理也不同，一般分為兩種：一種是磁場不變，導體運動引起的磁通量的變化而產(chǎn)生的感應電動勢，這種電動勢稱作動生電動勢，另外一種是導體不動，由于磁場變化引起磁通量的變化而產(chǎn)生的電動勢稱作感生電動勢。 1、感應電場 19世紀60年代，英國物理學家麥第心克斯韋在他的電磁場理論中指出，I—\E 變化的磁場會在周圍空間激發(fā)一種電場，我們把這種電場叫做感應電場。 靜止的電荷激發(fā)的電場叫靜電場，靜電場的 電場線是由正電荷發(fā)出，到負電荷終止，電場線不閉合，而感應電場是一種渦旋電場，電場

4、線是封閉的，如圖所示，如果空間存在閉合導體，導體中的自由電荷就會在電場力的作用下定向移動，而產(chǎn)生感應電流，或者說導體中產(chǎn)生感應電動勢。 感應電場是產(chǎn)生感應電流或感應電動勢的原因，感應電場的方向也可以由楞次定律來判斷。感應電流的方向與感應電場的方向相同。 2、感生電動勢 (1)產(chǎn)生：磁場變化時會在空間激發(fā)電場，閉合導體中的自由電子在電場力的作用下定向運動，產(chǎn)生感應電流，即產(chǎn)生了感應電動勢。 (2)定義：由感生電場產(chǎn)生的感應電動勢成為感生電動勢。 (3)感生電場方向判斷：右手螺旋定則。 例題，在空間出現(xiàn)如圖所示的閉合電  場，電場線為一簇閉合曲線，這可能是（） A.沿A昉向磁場

5、在迅速減弱 B.沿A昉向磁場在迅速增強 C.沿8防向磁場在迅速減弱 D.沿B?向磁場在迅速增強 分析：根據(jù)電磁感應，閉合回路中的磁通量變化時，使閉合回路中產(chǎn)生感應電流，該電流可用楞次定律來判斷，根據(jù)麥克斯韋電磁理論，閉合回路中 產(chǎn)生感應電流，使因為閉合回路中受到了電場力的作用，而變化的磁場產(chǎn)生電場，與是否存在閉合回路沒有關系，故空間磁場變化產(chǎn)生的電場方向，仍可用楞次定律來判斷，四指環(huán)繞方向即感 應電場的方向，由此可知AOE確正確答案：AC 點評：已知感應電場方向求原磁通量的變化情 況的基本思路是: 楞次定律 感應電場的店累間則 楞次定律 感應磁場 右手螺旋定則 的

6、方向 磁通量的變化情況 3、感生電動勢的產(chǎn)生 由感應電場使導體產(chǎn)生的電動勢叫做感生電動勢，感生電動勢在電路中的作用就是充當電源，其電路是內(nèi)電路，當它和外電路連接后就會對外電路供電。 變化的磁場在閉合導體所在的空間產(chǎn)生電場，導體內(nèi)自由電荷在電場力作用下產(chǎn)生感應電流，或者說產(chǎn)生感應電動勢。其中感應電場就相當于電源內(nèi)部所謂的非靜電力，對電荷產(chǎn)生作用。例如磁場變化時產(chǎn)生的感應電動勢為E=NSbt cos0 （二）、洛倫茲力與動生電動勢 導體切割磁感線時會產(chǎn)生感應電動勢，該電動勢產(chǎn)生的機理是什么呢？導體切割磁感線產(chǎn)生的感應電動勢與哪些因素有關？他是如何將 其他形式的能轉化為電能的

7、? 1、動生電動勢 (1)產(chǎn)生：導體切割磁感線運動產(chǎn)生動生電動勢 ⑵大小：E=BLv(B的方向與v的方向垂直) (3)動生電動勢大小的推導： ab棒處于勻強磁場中，磁感應強度為B,垂直 紙面向里，棒沿光滑導軌以速用v勻啊研t動, XX_X4X11N 已知導軌寬度為L,經(jīng)過時間t由M雉動導?N,如 圖所示, 由法拉第電磁感應定律可得: E=BSBLvtBLvttt 故動生電動勢大小為E=BLv 2、動生電動勢原 因分析 導體在磁場中切 XXX XXX B' XXX D, XX XX> XX XX 7

8、 割磁感線時，產(chǎn)生動生電動勢，它是由于導體中的自由電子受到洛倫茲力的作用而引起的。 如圖所示，一條直導線CD在云強磁場B中以速度v向右運動，并且導線CD與B、v的方向垂直，由于導體中的自由電子隨導體一起以速度v運動，因此每個電子受到的洛倫茲力為： F洛=Bev F的方向豎直向下，在力F的作用下，自由電子沿導體向下運動，使導體下端出現(xiàn)過剩的負電荷，導體上端出現(xiàn)過剩的正電荷，結果使導體上端D的

9、電勢高于下端C的電勢，出現(xiàn)由D指向C的靜電場，此電場對電子的靜電力F'的方向向上，與洛倫茲力F方向相反，隨著導體兩端正負電荷的積累，電場不斷增強，當作用在自由電子上的靜電力與電子受到的洛倫茲力相平衡時，DC兩 端產(chǎn)生一個穩(wěn)定的電勢差如果用另外的導線把CD兩端連接起來，由于D段的電勢比C段的電勢高，自由電子在靜電力的作用下將在導線框中沿順時針流動，形成逆時針方向的電流，如圖乙所示，電荷的流動使CD兩端積累的電荷不斷減少，洛倫茲力又不斷使自由電子從D端運動到C端從而在CD兩端維持一個穩(wěn)定的電動勢。 可見運動的導體CD就是一個電源，D端是電源的正極，C端是電源的負極，自由電子受洛倫茲力的用，從D

10、端搬運到C端，也可以看做是正電荷受洛倫茲力作用從C端搬運到D端，這里洛倫茲力就相當于電源中的非靜電力，根據(jù)電動勢的定義，電動勢等于單位正電荷從負極通過電源內(nèi)部移動到電源的正極非靜電力所做的功，作用在單位電荷上的洛倫茲力為： F=F洛/e=Bv 于是動生電動勢就是： E=FL=BLv 上式與法拉第電磁感應定律得到的結果一致。 （三）、動生電動勢和感生電動勢具有相對性 動生電動勢和感生電動勢的劃分，在某些情況下只有相對意義，如本章開始的實驗中，將條形磁鐵插入線圈中，如果在相對于磁鐵靜止的參考系觀察，磁鐵不動，空間各點的磁場也沒有發(fā)生變化，而線圈在運動，線圈中的電動勢是動生的；但是，如果

11、在相對于線圈靜止的參考系內(nèi)觀察，則看到磁鐵在運動，引起空間磁場發(fā)生變化，因而，線圈中的電動勢是感生的，在這種情況下，究竟把電動勢看作動生的還是感生的，決定于觀察者所在的參考系，然而，并不是在任何情況下都能通過轉換參考系把一種電動勢歸結為另一種電動勢，不管是哪一種電動勢，法拉第電磁感應定律、楞次定律都成立。 （四）應用——電子感應加速器 即使沒有導體存在，變化的磁場以在空間激發(fā)渦旋狀的感應電場，電子感應器就是應用了這個原理，電子加速器是加速電子的裝置，他的主要部分如圖所示，畫斜線的部分為電磁鐵兩極， 在其間隙安放一個環(huán)形真空室，電磁鐵用頻率為每秒數(shù)十周的強大交流電流來勵磁，使兩極間的磁感應

12、強度B往返變化，從而在環(huán)形真空室內(nèi)感應出很強的感應渦旋電場，用電子槍將電子注入喚醒真空室，他們在渦旋電場的作用下被加速，同時在磁場里受到洛倫茲力的作用，沿圓規(guī)道運動。 如何使電子維持在恒定半徑為R的圓規(guī)道上加速，這對磁場沿徑向分布有一定的要求，設電子軌道出的磁場為B,電子做圓周運動時所受的向心力為洛倫茲力，因此： eBv=mv2/Rmv=ReB也就是說，只要電子動量隨磁感應強度成正 比例增加，就可以維持電子在一定的軌道上運動。 【課堂小結】 本節(jié)課我們學習了感生電動勢和動生電動勢產(chǎn)生的原因，感生電動勢是在感應電場作用下，自由電子定向運動形成的感應電流。動生電動勢是自由電子在洛倫

13、茲力的作用些下定向運動形成感應電流，感應電場對電荷的作用力和洛倫茲力充當了電源里的非靜電力。 【板書設計】 第五節(jié)：電磁感應定律的應用 一、感生電動勢 (1)產(chǎn)生：磁場變化時會在空間激發(fā)電場，閉合導體中的自由電子在電場力的作用下 定向運動，產(chǎn)生感應電流，即產(chǎn)生了感應電動勢。 (2)定義：由感生電場產(chǎn)生的感應電動勢成為感生電動勢。 (3)感生電場方向判斷：右手螺旋定則。 二、動生電動勢 (1)產(chǎn)生：導體切割磁感線運動產(chǎn)生動生電動勢，由于導體中的自由電子受到洛倫茲力 的作用而引起的 (2)大?。篍=BLv(B的方向與v的方向垂直) (3)動生電動勢大小的推導 【布置作業(yè)】選修3-2課本第20頁“思考與討論”課后作業(yè)：第20-21頁1、2、3、4題 【課后反思】 讓學生知道電磁感應產(chǎn)生的機理，激勵學生探求知識的來源和根源。有利于培養(yǎng)學生的學習精神。