《電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況》教案

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1、《電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況》教 案2 電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況 【教學(xué)目標(biāo)】 1、知識(shí)與技能： (1)、了解感生電動(dòng)勢和動(dòng)生電動(dòng)勢的概念及不同。 (2)、了解感生電動(dòng)勢和動(dòng)生電動(dòng)勢產(chǎn)生的原因。 (3)、能用動(dòng)生電動(dòng)勢和感生電動(dòng)勢的公式進(jìn)行分析和計(jì)算。 2、過程與方法 通過探究感生電動(dòng)勢和動(dòng)生電動(dòng)勢產(chǎn)生的原因，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和邏輯推理能力。 3、情感態(tài)度與價(jià)值觀 從電磁感應(yīng)現(xiàn)象中我們找到產(chǎn)生感生電動(dòng)勢和動(dòng)生電動(dòng)勢的個(gè)性與共性問題，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)不同事物進(jìn)行分析，找出共性與個(gè)性的辯證唯物主義思想。 【教學(xué)重點(diǎn)】感生電動(dòng)勢和動(dòng)生電動(dòng)勢。 【教學(xué)難點(diǎn)】感生電動(dòng)勢和動(dòng)生電動(dòng)勢產(chǎn)生

2、的原 因。 【教學(xué)方法】類比法、練習(xí)法 【教具準(zhǔn)備】 多媒體課件 【教學(xué)過程】 一、復(fù)習(xí)提問： 1、法拉第電磁感應(yīng)定律的內(nèi)容是什么？數(shù)學(xué)表達(dá)式是什么？ 答：感應(yīng)電動(dòng)勢的大小與磁通量的變化率成正 比，即E=。 t 2、導(dǎo)體在磁場中切割磁感線產(chǎn)生的電動(dòng)勢與什么因素有關(guān)，表達(dá)式是什么，它成立的條件又是什么？ 答：導(dǎo)體在磁場中切割磁感線產(chǎn)生的電動(dòng)勢的大小與導(dǎo)體棒的有效長度、磁場強(qiáng)弱、導(dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)，表達(dá)式是E=BLvsin0,該表達(dá)式只能適用于勻強(qiáng)磁場中。 二引入新課 在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，由于引起磁通量的變化的原因不同感應(yīng)電動(dòng)勢產(chǎn)生的機(jī)理也不同，本節(jié)課我們就一起來學(xué)習(xí)感

3、應(yīng)電動(dòng)勢產(chǎn)生的機(jī)理。 三、進(jìn)行新課 （一）、感生電動(dòng)勢和動(dòng)生電動(dòng)勢 由于引起磁通量的變化的原因不同感應(yīng)電動(dòng)勢產(chǎn)生的機(jī)理也不同，一般分為兩種：一種是磁場不變，導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)引起的磁通量的變化而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢，這種電動(dòng)勢稱作動(dòng)生電動(dòng)勢，另外一種是導(dǎo)體不動(dòng)，由于磁場變化引起磁通量的變化而產(chǎn)生的電動(dòng)勢稱作感生電動(dòng)勢。 1、感應(yīng)電場 19世紀(jì)60年代，英國物理學(xué)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(huì)在周圍空間激發(fā)一種電場，我們把這種電場叫做感應(yīng)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(fù)電荷終止，電場線不閉合，而感應(yīng)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(dǎo)體，導(dǎo)體中的自由電荷就會(huì)在電場力的作用下定向移動(dòng)，而產(chǎn)生感應(yīng)電流，或者說導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。 感應(yīng)電場是產(chǎn)生感應(yīng)電流或感應(yīng)電動(dòng)勢的原因，感應(yīng)電場的方向也可以由楞次定律來判斷。感應(yīng)電流的方向與感應(yīng)電場的方向相同。 2、感生電動(dòng)勢 (1)產(chǎn)生：磁場變化時(shí)會(huì)在空間激發(fā)電場，閉合導(dǎo)體中的自由電子在電場力的作用下定向運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生感應(yīng)電流，即產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢。 (2)定義：由感生電場產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢成為感生電動(dòng)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(qiáng) C.沿8防向磁場在迅速減弱 D.沿B?向磁場在迅速增強(qiáng) 分析：根據(jù)電磁感應(yīng)，閉合回路中的磁通量變化時(shí)，使閉合回路中產(chǎn)生感應(yīng)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(yīng)電流，使因?yàn)殚]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(guān)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(yīng)電場的方向，由此可知AOE確正確答案：AC 點(diǎn)評(píng)：已知感應(yīng)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(yīng)電場的店累間則 楞次定律 感應(yīng)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(dòng)勢的產(chǎn)生 由感應(yīng)電場使導(dǎo)體產(chǎn)生的電動(dòng)勢叫做感生電動(dòng)勢，感生電動(dòng)勢在電路中的作用就是充當(dāng)電源，其電路是內(nèi)電路，當(dāng)它和外電路連接后就會(huì)對(duì)外電路供電。 變化的磁場在閉合導(dǎo)體所在的空間產(chǎn)生電場，導(dǎo)體內(nèi)自由電荷在電場力作用下產(chǎn)生感應(yīng)電流，或者說產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。其中感應(yīng)電場就相當(dāng)于電源內(nèi)部所謂的非靜電力，對(duì)電荷產(chǎn)生作用。例如磁場變化時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為E=NSbt cos0 （二）、洛倫茲力與動(dòng)生電動(dòng)勢 導(dǎo)體切割磁感線時(shí)會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，該電動(dòng)勢產(chǎn)生的機(jī)理是什么呢？導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢與哪些因素有關(guān)？他是如何將 其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的

7、? 1、動(dòng)生電動(dòng)勢 (1)產(chǎn)生：導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生動(dòng)生電動(dòng)勢 ⑵大?。篍=BLv(B的方向與v的方向垂直) (3)動(dòng)生電動(dòng)勢大小的推導(dǎo)： ab棒處于勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,垂直 紙面向里，棒沿光滑導(dǎo)軌以速用v勻啊研t動(dòng), XX_X4X11N 已知導(dǎo)軌寬度為L,經(jīng)過時(shí)間t由M雉動(dòng)導(dǎo)?N,如 圖所示, 由法拉第電磁感應(yīng)定律可得: E=BSBLvtBLvttt 故動(dòng)生電動(dòng)勢大小為E=BLv 2、動(dòng)生電動(dòng)勢原 因分析 導(dǎo)體在磁場中切 XXX XXX B' XXX D, XX XX> XX XX 7

8、 割磁感線時(shí)，產(chǎn)生動(dòng)生電動(dòng)勢，它是由于導(dǎo)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(dǎo)線CD在云強(qiáng)磁場B中以速度v向右運(yùn)動(dòng)，并且導(dǎo)線CD與B、v的方向垂直，由于導(dǎo)體中的自由電子隨導(dǎo)體一起以速度v運(yùn)動(dòng)，因此每個(gè)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(dǎo)體向下運(yùn)動(dòng)，使導(dǎo)體下端出現(xiàn)過剩的負(fù)電荷，導(dǎo)體上端出現(xiàn)過剩的正電荷，結(jié)果使導(dǎo)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(duì)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(dǎo)體兩端正負(fù)電荷的積累，電場不斷增強(qiáng)，當(dāng)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(shí)，DC兩 端產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的電勢差如果用另外的導(dǎo)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(dǎo)線框中沿順時(shí)針流動(dòng)，形成逆時(shí)針方向的電流，如圖乙所示，電荷的流動(dòng)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(yùn)動(dòng)到C端從而在CD兩端維持一個(gè)穩(wěn)定的電動(dòng)勢。 可見運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體CD就是一個(gè)電源，D端是電源的正極，C端是電源的負(fù)極，自由電子受洛倫茲力的用，從D

10、端搬運(yùn)到C端，也可以看做是正電荷受洛倫茲力作用從C端搬運(yùn)到D端，這里洛倫茲力就相當(dāng)于電源中的非靜電力，根據(jù)電動(dòng)勢的定義，電動(dòng)勢等于單位正電荷從負(fù)極通過電源內(nèi)部移動(dòng)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(dòng)生電動(dòng)勢就是： E=FL=BLv 上式與法拉第電磁感應(yīng)定律得到的結(jié)果一致。 （三）、動(dòng)生電動(dòng)勢和感生電動(dòng)勢具有相對(duì)性 動(dòng)生電動(dòng)勢和感生電動(dòng)勢的劃分，在某些情況下只有相對(duì)意義，如本章開始的實(shí)驗(yàn)中，將條形磁鐵插入線圈中，如果在相對(duì)于磁鐵靜止的參考系觀察，磁鐵不動(dòng)，空間各點(diǎn)的磁場也沒有發(fā)生變化，而線圈在運(yùn)動(dòng)，線圈中的電動(dòng)勢是動(dòng)生的；但是，如果

11、在相對(duì)于線圈靜止的參考系內(nèi)觀察，則看到磁鐵在運(yùn)動(dòng)，引起空間磁場發(fā)生變化，因而，線圈中的電動(dòng)勢是感生的，在這種情況下，究竟把電動(dòng)勢看作動(dòng)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(zhuǎn)換參考系把一種電動(dòng)勢歸結(jié)為另一種電動(dòng)勢，不管是哪一種電動(dòng)勢，法拉第電磁感應(yīng)定律、楞次定律都成立。 （四）應(yīng)用——電子感應(yīng)加速器 即使沒有導(dǎo)體存在，變化的磁場以在空間激發(fā)渦旋狀的感應(yīng)電場，電子感應(yīng)器就是應(yīng)用了這個(gè)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(gè)環(huán)形真空室，電磁鐵用頻率為每秒數(shù)十周的強(qiáng)大交流電流來勵(lì)磁，使兩極間的磁感應(yīng)

12、強(qiáng)度B往返變化，從而在環(huán)形真空室內(nèi)感應(yīng)出很強(qiáng)的感應(yīng)渦旋電場，用電子槍將電子注入喚醒真空室，他們?cè)跍u旋電場的作用下被加速，同時(shí)在磁場里受到洛倫茲力的作用，沿圓規(guī)道運(yùn)動(dòng)。 如何使電子維持在恒定半徑為R的圓規(guī)道上加速，這對(duì)磁場沿徑向分布有一定的要求，設(shè)電子軌道出的磁場為B,電子做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)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(dòng)量隨磁感應(yīng)強(qiáng)度成正 比例增加，就可以維持電子在一定的軌道上運(yùn)動(dòng)。 【課堂小結(jié)】 本節(jié)課我們學(xué)習(xí)了感生電動(dòng)勢和動(dòng)生電動(dòng)勢產(chǎn)生的原因，感生電動(dòng)勢是在感應(yīng)電場作用下，自由電子定向運(yùn)動(dòng)形成的感應(yīng)電流。動(dòng)生電動(dòng)勢是自由電子在洛倫

13、茲力的作用些下定向運(yùn)動(dòng)形成感應(yīng)電流，感應(yīng)電場對(duì)電荷的作用力和洛倫茲力充當(dāng)了電源里的非靜電力。 【板書設(shè)計(jì)】 第五節(jié)：電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用 一、感生電動(dòng)勢 (1)產(chǎn)生：磁場變化時(shí)會(huì)在空間激發(fā)電場，閉合導(dǎo)體中的自由電子在電場力的作用下 定向運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生感應(yīng)電流，即產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢。 (2)定義：由感生電場產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢成為感生電動(dòng)勢。 (3)感生電場方向判斷：右手螺旋定則。 二、動(dòng)生電動(dòng)勢 (1)產(chǎn)生：導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生動(dòng)生電動(dòng)勢，由于導(dǎo)體中的自由電子受到洛倫茲力 的作用而引起的 (2)大小：E=BLv(B的方向與v的方向垂直) (3)動(dòng)生電動(dòng)勢大小的推導(dǎo) 【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(xué)生知道電磁感應(yīng)產(chǎn)生的機(jī)理，激勵(lì)學(xué)生探求知識(shí)的來源和根源。有利于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)精神。