2019-2020年高中物理 1.4《法拉第電磁感應(yīng)定律》習(xí)題課教案 粵教版選修3-2.doc
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2019-2020年高中物理 1.4法拉第電磁感應(yīng)定律習(xí)題課教案 粵教版選修3-2一、教學(xué)目標(biāo)1在物理知識(shí)方面要求(1)通過復(fù)習(xí),進(jìn)一步理解感生電動(dòng)勢(shì)的概念,明確感生電動(dòng)勢(shì)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(shí),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(duì)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=BLv的區(qū)別和聯(lián)系由圖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(dòng)距離為d=vt,設(shè)MN長(zhǎng)為L(zhǎng),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(zhǎng)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(qǐng)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(zhǎng)L等價(jià)成垂直于B和v的有效長(zhǎng)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(dòng)勢(shì)即為即時(shí)電動(dòng)勢(shì);若速度v是平均速度,則電動(dòng)勢(shì)即為平均電動(dòng)勢(shì)(二)主要教學(xué)過程設(shè)計(jì)例1 投影片如圖3所示,寬L=0.5m的平行長(zhǎng)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(chǎng)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(dòng)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(dòng),速度v=10m/s時(shí),ab棒運(yùn)動(dòng)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(dòng)時(shí),重力對(duì)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(duì)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(qǐng)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(chǎng)力F=BIL=當(dāng)v=10m/s時(shí),ab棒運(yùn)動(dòng)的加速度大小是當(dāng)ab棒在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)加速度變?yōu)榱銜r(shí),開始做勻速運(yùn)動(dòng),這時(shí)ab運(yùn)動(dòng)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(dòng)的情況其感生電動(dòng)勢(shì)應(yīng)如何求例2 如圖5所示,長(zhǎng)L=10cm的金屬棒ab在磁感應(yīng)強(qiáng)度B=2T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中以a端為軸,在垂直磁場(chǎng)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(dòng)ab兩端的電勢(shì)差是_V,a、b兩端_端電勢(shì)高,_端電勢(shì)低若ab以中點(diǎn)為軸轉(zhuǎn)動(dòng),其它條件不變,ab兩端電勢(shì)差為_V組織同學(xué)審題后,學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn),本題中金屬棒ab轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),棒上各點(diǎn)速率不同因此欲求其感生電動(dòng)勢(shì),需要找出一個(gè)等效點(diǎn),采用求平另外有的同學(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(dòng)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(dòng)勢(shì)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(shì)高若沒有構(gòu)成閉合電路時(shí),ab兩端電勢(shì)差就是電動(dòng)勢(shì)(2)以ab中點(diǎn)為軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),a端、b端電勢(shì)都比中點(diǎn)電勢(shì)高而且a、b與中點(diǎn)的電動(dòng)勢(shì)相等,a、b兩點(diǎn)電勢(shì)相等,電勢(shì)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(chǎng),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(dòng)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(huì)發(fā)現(xiàn),本題是金屬導(dǎo)線Oa、Ob繞O軸轉(zhuǎn)動(dòng)欲求感生電動(dòng)勢(shì),應(yīng)該選用哪個(gè)表達(dá)式會(huì)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(chǎng)中繞著O點(diǎn)旋轉(zhuǎn),切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(duì)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(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),如何求其感生電動(dòng)勢(shì)例4 如圖8所示,邊長(zhǎng)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(chǎng)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(huì)發(fā)現(xiàn),本題與前三例均不同,這情況感生電動(dòng)勢(shì)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(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)過程中,轉(zhuǎn)到不同位置時(shí),線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(duì)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(dòng)勢(shì),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(dòng)勢(shì)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(chǎng)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(dòng)勢(shì)應(yīng)用化時(shí)又該如何解答呢?請(qǐng)看投影片例5 如圖9 所示,在一個(gè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)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(chǎng)方向垂直如果勻強(qiáng)磁場(chǎng)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(zhǎng)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(chǎng)方向成角在這種情況下,有哪些量發(fā)生變化?請(qǐng)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(chǎng)中,線圈的平面與磁場(chǎng)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(duì)磁場(chǎng)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(píng)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)說明由于是習(xí)題課,故設(shè)計(jì)安排了較多的內(nèi)容而且,前后知識(shí)的聯(lián)系有一段距離,學(xué)生可能會(huì)感到有些吃力,特別是基礎(chǔ)較差的學(xué)生會(huì)困難更多也正因?yàn)槭沁@樣,教師可在課前作些知識(shí)準(zhǔn)備這樣可降低難度,學(xué)生會(huì)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(dòng)性和能動(dòng)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(zhēng)論,并及時(shí)做出評(píng)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(shí),以此來進(jìn)行有效的銜接對(duì)于較差的學(xué)校,教師可靈活掌握- 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