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一、教學(xué)目標(biāo)
1.在物理知識(shí)方面的要求.
(1)掌握導(dǎo)體切割磁感線的情況下產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).
(2)掌握穿過閉合電路的磁通量變化時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).
(3)了解平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的即時(shí)值.
2.通過推理論證的過程培養(yǎng)學(xué)生的推理能力和分析問題的能力.
3.運(yùn)用能的轉(zhuǎn)化和守恒定律來研究問題,滲透物理思想的教育.
二、重點(diǎn)、難點(diǎn)分析
1.重點(diǎn)是使學(xué)生掌握動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生電動(dòng)勢(shì)與哪些因素有關(guān).
2.在論證過程中怎樣運(yùn)用能的轉(zhuǎn)化和守恒思想是本節(jié)的難點(diǎn).
三、主要教學(xué)過程
(一)引入新課
復(fù)習(xí)提問:在發(fā)生電磁感應(yīng)的情況下,用什么方法可以判定感應(yīng)電流的方向?要求學(xué)生回答出:切割磁感線時(shí)用右手定則;磁通量變化時(shí)用楞次定律.
(二)教學(xué)過程設(shè)計(jì)
1.設(shè)問.
既然會(huì)判定感應(yīng)電流的方向,那么,怎樣確定感應(yīng)電流的強(qiáng)弱呢?既然有感應(yīng)電流,那么就一定存在感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).只要能確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小,根據(jù)歐姆定律就可以確定感應(yīng)電流了.
2.導(dǎo)線切割磁感線的情況.
(1)如圖所示,矩形閉合金屬線框abcd置于有界的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中,現(xiàn)以速度v勻速拉出磁場(chǎng),我們來看感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小.
在水平方向ab邊受到安培力Fm=BIl的作用.因?yàn)榻饘倬€框是做勻速運(yùn)動(dòng),所以拉線框的外力F的大小等于這個(gè)安培力,即F=BIl.
在勻速向外拉金屬線框的過程中,拉力做功的功率P=F•v=BIlv.
拉力的功并沒有增加線框的動(dòng)能,而是使線框中產(chǎn)生了感應(yīng)電流I.根據(jù)能的轉(zhuǎn)化和守恒定律可知,拉力F的功率等于線框中的電功率P′.
閉合電路中的電功率等于電源電動(dòng)勢(shì)ε(在這里就是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì))與電流I的乘積.
顯然Fv=εI,
即BIv=εI.
得出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)ε=Blv.(1)
式中的l是垂直切割磁感線的有效長(zhǎng)度(ab),v是垂直切割磁感線的有效速度.
(2)當(dāng)ab邊與磁感線成θ角(如圖2)做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí),可以把速度v分解,其有效切割速度v⊥=v•sinθ.那么,公式(1)可改寫為:
ε=Blvsinθ.(2)
這就是導(dǎo)體切割磁感線時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的公式.在國際單位制中,
它們的單位滿足:V=Tm2/s.
3.穿過閉合電路的磁通量變化時(shí).
(1)參看前圖,若導(dǎo)體ab在Δt時(shí)間內(nèi)移動(dòng)的位移是Δl,那么
式中l(wèi)Δl是ab邊在Δt時(shí)間內(nèi)掃過的面積.lΔlsinθ是ab邊在Δt時(shí)間內(nèi)垂直于磁場(chǎng)方向掃過的有效面積.BlΔlsinθ是ab邊在Δt時(shí)間內(nèi)掃過的磁通量(磁感線的條數(shù)),對(duì)于金屬線框abcd來說這個(gè)值也就是穿過線框磁通量在Δt時(shí)間內(nèi)的變化量ΔФ.這樣(3)式可簡(jiǎn)化為
(2)在一般情況下,線圈多是由很多匝(n匝)線框構(gòu)成,每匝產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)均為(4)式的值,串聯(lián)起來n匝,則線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可用
表示.這個(gè)公式可以用精密的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證.這就是法拉第電磁感應(yīng)定律的表達(dá)式.
(3)電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小,跟穿過這一電路的磁通量的變化率成正比.這就是法拉第電磁感應(yīng)定律.
4.幾個(gè)應(yīng)該說明的問題.
(1)在法拉第電磁感應(yīng)定律中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)ε的大小不是跟磁通量Ф成正比,也不是跟磁通量的變化量ΔФ成正比,而是跟磁通量的變化率成正比.
(2)法拉第電磁感應(yīng)定律反映的是在Δt一段時(shí)間內(nèi)平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).只有當(dāng)Δt趨近于零時(shí),才是即時(shí)值.
(3)公式ε=Blvsinθ中,當(dāng)v取即時(shí)速度則ε是即時(shí)值,當(dāng)v取平均速度時(shí),ε是平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).
(4)當(dāng)磁通量變化時(shí),對(duì)于閉合電路一定有感應(yīng)電流.若電路不閉合,則無感應(yīng)電流,但仍然有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).
(5)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就是電源電動(dòng)勢(shì),是非靜電力使電荷移動(dòng)增加電勢(shì)能的結(jié)果.電路中感應(yīng)電流的強(qiáng)弱由感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小ε和電路總電阻決定,符合歐姆定律.
(三)課堂小結(jié)
1.導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可由ε=Blvsinθ確定.
2.穿過電路的磁通量發(fā)生變化時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)由法拉第電磁感應(yīng)定
3.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就是電源電動(dòng)勢(shì).有關(guān)閉合電路相關(guān)量的計(jì)算在這里都適用.
4.同學(xué)們應(yīng)該會(huì)證明單位關(guān)系:V=Wb/s.
五、教學(xué)說明
1.這一節(jié)課是從能的轉(zhuǎn)化和守恒定律入手展開的,其目的在于滲透一點(diǎn)物理思想.
2.這一節(jié)課先講動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)再過渡到感生電動(dòng)勢(shì),其目的是隱含地告訴學(xué)生在某些情況下兩者是一致的、統(tǒng)一的.
3.建議本節(jié)課后安排一節(jié)習(xí)題課來加以鞏固.