物理选择性必修 第二册2 法拉第电磁感应定律教案

2020-2021学年人教版（2019）选择性必修第二册

2.2法拉第电磁感应定律 教案

教学目标

一、知识与技能

1、知道感应电动势的定义，会区分的物理意义。

2、理解法拉第电磁感应定律的内容和数学表达式，并能解答相关问题。

3、知道公式的推导过程及适用条件，并能解答相关问题。

二、过程与方法

1、通过对电磁感应电路与直流电路的分析、比较，学会类比的学习方法，并激发学生学习的积极性和主动性。

2、经历由推导的过程，加深学生对感应电动势物理本质的理解。

三、情感态度与价值观

通过对各种电磁感应现象的分析，培养学生对不同事物进行分析，找出共性与个性的辩证唯物主义思想。

重点难点

1、知道感应电动势的定义，会区分的物理意义。（重点）

2、理解并能应用法拉第电磁感应定律。（重点）

3、的区别与联系。（难点）

4、应用法拉第电磁感应定律解答相关问题。（难点）

教学准备

课件

教学过程

一、导入新课：

【教师引入课程】回忆上一节课的内容，在电磁感应现象中，产生感应电流的条件是什么？在电磁感应现象中，磁通量发生变化的方式有哪些情况？恒定电流中学过，电路中存在持续电流的条件是什么？

穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，闭合导体回路中就有感应电流产生。那么，感应电流的大小跟哪些因素有关？

二、讲授新课： 

1、电磁感应定律

【探究一】电磁感应现象中产生感应电动势的本质。

【演示实验】

【教师提问】在图a与图b中，若电路是断开的，有无电流？有无电动势？图b中有电流时，哪一部分是电源？

【学生回答】如图a示的电路中有电流。如图b所示的电路中，条形磁铁插入或拔出时有电流。线圈相当于电源。

【思考】线圈既然是电源，就一定有电动势，同时线圈的电阻即为电源的内阻。如图b所示的电路中，若电路不闭合，当条形磁铁插入拔出时，有无电流？有无电动势？

如果电路不闭合，无电流，但有电动势。

【教师总结】在电磁感应现象中，不论电路是否闭合，只要穿过电路的磁通量发生变化，电路中就有感应电动势。有感应电动势是电磁感应现象的本质。

【探究二】探究影响感应电动势大小的因素

（1）感应电动势的大小可能跟哪些因素有关呢？

可能与磁通量变化的大小有关，也可能与磁通量变化的快慢有关。

（2）进行如图所示的实验，思考一下，电压表的示数大，说明了什么？

电流表的示数大说明产生的感应电动势大。

【小组讨论】应用上述实验器材继续进行实验，并思考下列问题：

（1）改变条形磁铁的条数，以同样的速度插入线圈，观察电压表的示数。会观察到什么实验现象？说明了什么？

现象：条形磁铁的条数不同，以同样的速度插入线圈，磁铁条数多的产生的感应电动势大。说明了相同时间内，磁通量变化越大，产生的感应电动势越大。

（2）条形磁铁的条数相同，以不同的速度插入线圈，观察电压表的示数。会观察到什么实验现象？说明了什么？

条形磁铁的条数相同，以不同的速度插入线圈，快速插入线圈时产生的感应电动势大，说明了磁通量变化相同的情况下，所用时间越短时产生的感应电动势越大。

【教师总结】感应电动势的大小与磁通量的变化率有关。

【探究三】法拉第电磁感应定律的表达式

（1）法拉第电磁感应定律的内容：闭合电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。

（2）法拉第电磁感应定律表达式的推导：

【教师提问】（1）如果在极短的时间内，穿过线圈的磁通量的变化量为，如何用 E 表示闭合电路中的感应电动势？

【学生讨论】在极短的时间内，磁通量的变化量为，那么，磁通量的变化率为。

根据电磁感应定律的内容，感应电动势 ，则可表示为。

那么，电磁感应定律可表示为

【教师提问】（2）如果线圈的匝数为n，电磁感应定律该如何表示呢？

可表示为

（3）磁通量、磁通量的变化量、磁通量的变化率有何不同？

磁通量是穿过某一面积的磁感线的条数；磁通量的变化量表示磁通量变化的多少，并不涉及这种变化所经历的时间；磁通量的变化率表示磁通量变化的快慢。

当磁通量很大时，磁通量的变化量可能很小。同理，当磁通量的变化量很大时，若经历的时间很长，则磁通量的变化率也可能较小。

2、导线切割磁感线时的感应电动势

【教师提问】如图所示的电路中，闭合电路的一部分导体 MN 处于匀强磁场中，磁感应强度为 B，MN 的长度为l，以速度v匀速切割磁感线。

（1）求产生的感应电动势。

（2）当导体的运动方向跟磁感线的方向有一个夹角时感应电动势可用上面的公式计算吗？

【小组讨论】学生自主完成

【教师引导】（1） 是由在一定条件下推导出来的；

（2）导线的运动方向与导线本身垂直，但与磁感线方向夹角为θ时，如图所示，E＝Blvsinθ。

【教师总结】对公式的理解

1、公式与的区别与联系

2、导体切割磁感线的三种情况

课堂练习

1、如图所示，处在匀强磁场中的线圈，匝数为n，面积为S，磁场方向平行于线圈轴线向右.若在时间内，磁感应强度大小由均匀增加到，则该段时间内线圈两端a和b之间的电势差(   )

A.恒为 B.从0均匀变化到

C.恒为 D.从0均匀变化到

答案：C

2、如图所示的几种情况中，金属导体中产生的感应电动势为的是(   )

A. B. C. D.

答案：BCD

3、在光滑水平桌面上有一边长为的正方形线框边右侧有一等腰直角三角形匀强磁场区域，三角形腰长为，磁感应强度方向竖直向下，在同一直线上，其俯视图如图所示，线框从图示位置在水平拉力F作用下向右匀速穿过磁场区域，线框中感应电流图像正确的是(以逆时针方向为电流的正方向，时间单位为)(   )

A. B. C. D.

答案：B

4、如图所示，在竖直向下的匀强磁场中，将一水平放置的金属棒以垂直于棒的水平速度抛出，设在整个过程中金属棒的方向不变且不计空气阻力，则金属棒运动过程中产生的感应电动势的大小变化情况是(   )

A.保持不变      B.越来越小      C.越来越大      D.无法判断

答案：A

5、如图所示，直角三角形金属框放置在匀强磁场中，磁感应强度大小为B，方向平行于边向上.两金属棒分别串有电压表、电流表，当金属框绕边以逆时针转动时，下列判断正确的是(   )

A.电压表有读数，电流表没有读数 B.电压表有读数，电流表也有读数

C.电压表没有读数，电流表有读数 D.电压表没有读数，电流表也没有读数

答案：D

6、如图甲所示，边长为0.1 m的正方形单匝线框中存在垂直线框平面的匀强磁场，以垂直平面向里为正方向，磁场随时间变化的图像如图乙所示。已知线框单位长度的电阻为，则下列说法正确的是(   )

A.0~0.2 s内，线框中感应电动势的大小为0.01 V

B.0.2~0.4 s内，线框中的感应电流沿逆时针方向

C.0~0.2 s内，流过线框的电荷量q为0.04 C

D.若磁场恒为0.1 T，当线框以的速度水平向运动时，产生的感应电流的大小为0.1 A

答案： AD

板书设计

2.2法拉第电磁感应定律

一、电磁感应定律

1、感应电动势

电磁感应现象中产生的电动势叫做感应电动势，产生感应电动势的那部分导体相当于电源。

2、法拉第电磁感应定律

（1）内容：闭合电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。

（2）公式：。

若闭合电路是一个匝数为n的线圈，则 。

（3）在国际单位制中，磁通量的单位是韦伯(Wb)，感应电动势的单位是伏特(V)。

二、导线切割磁感线时的感应电动势

1、导线垂直于磁场运动，B、l、v两两垂直时，如图1所示，E＝Blv。

2、导线的运动方向与导线本身垂直，但与磁感线方向夹角为θ时，如图2所示，E＝Blvsinθ。

                              图1              图2

教学后记

引导学生对本节多学知识进行自主交流探究，根据学生表述，查漏补缺，并有针对性地进行讲解补充。