电磁感应定律的应用教案
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4.5电磁感应定律的应用肥城一中 于茂刚 [教学目标] (一)知识与技能1.知道感生电场和动生电场。
2.了解感生电动势和动生电动势及其区别与联系。
3.了解电磁感应现象中的洛伦兹力。
(二)过程与方法通过同学们之间的讨论、研究增强对两种电动势的认知深度,同时提高学习物理的兴趣。
(三)情感、态度与价值观通过学习两种感应电场,辩证的、联系的看问题,本质的看问题,丰富学生的视野。
[教学重点]感生电动势与电磁感应现象中的洛伦兹力。
[教学难点]对感生电动势与动生电动势实质的理解。
[教学方法]讨论法,讲练结合教学过程(一)引入新课什么是电源?什么是电动势?电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电能的装置。
如果电源移送电荷q 时非静电力所做的功为W ,那么W 与q 的比值qW,叫做电源的电动势。
用E 表示电动势,则:qW E在电磁感应现象中,要产生电流,必须有感应电动势。
这种情况下,哪一种作用扮演了非静电力的角色呢?下面我们就来学习相关的知识。
(二)进行新课1、感应电场与感生电动势投影教材图4.5-1,穿过闭会回路的磁场增强,在回路中产生感应电流。
是什么力充当非静电力使得自由电荷发生定向运动呢?英国物理学家麦克斯韦认为,磁场变化时在空间激发出一种电场,这种电场对自由电荷产生了力的作用,使自由电荷运动起来,形成了电流,或者说产生了电动势。
这种由于磁场的变化而激发的电场叫感生电场。
感生电场对自由电荷的作用力充当了非静电力。
解析:电子带负电,他在电场中受到的电场力与电场的方向相反。
电子沿逆时针方向运动,为使电子加速,产生的电场应沿顺时针方向。
磁场方向由下向上。
根据楞次定律名为使真空室中,产生顺时针方向的感生电场,磁场应该由弱变强,也就是说,为使电子加速,电磁铁中的电流应该有小变大。
2、洛伦兹力与动生电动势 (投影)思考与讨论。
1.导体中自由电荷(正电荷)具有水平方向的速度,由左手定则可判断受到沿棒向上的洛伦兹力作用,其合运动是斜向上的。
2.2 法拉第电磁感应定律(第一课时)教学目标:(一)知识与技能1、从实验中得出影响感生电动势大小的因素,学会分析实验的方法。
2、知道磁通量的变化率是表示磁通量变化快慢的物理量,并能区别Φ、ΔΦ、t∆∆Φ。
3、理解法拉第电磁感应定律内容、数学表达式及应用。
(二)过程与方法培养学生的探究实验能力、定性分析和总结的能力。
(三)情感态度与价值观1、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2、通过探究实验,引导学生把握主要矛盾,忽略次要因素。
【教学难点】法拉第电磁感应定律的物理意义【教学重点】实验分析,得出影响感应电动势的因素,感应电动势公式的应用【教学方法】实验、讨论分析、总结归纳【教学过程设计】(一)引入新课:复习提问:1、在电磁感应现象中,产生感应电流的条件是什么?答:闭合回路、磁通量发生变化2、恒定电流中学过,电路中存在持续电流的条件是什么?答:电路闭合,一定有电源。
3、试从本质上比较甲、乙两电路的异同相同点:两电路都是闭合的,有电流不同点:甲中有电池(电源),乙中有螺线管(相当于电源)既然闭合电路中有感应电流,这个电路中就一定有电动势。
问题4上图中,若开关断开,电路中有电流吗?(没有)问题5:如果电路不是闭合的,电路中就没有电流,电源的电动势是否还存在呢?(存在)由此可见,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,但产生感应电流还需要电路闭合,因此研究感应电动势更有意义。
二、进行新课如图所示,产生感应电动势的那部分导体相当于电源(一)、感应电动势1、定义:在电磁感应现象中产生的电动势。
2、条件:只要穿过电路的磁通量发生变化,电路中就产生感应电动势。
与电路是否闭合无关。
3、电磁感应现象的本质磁通量变化是电磁感应的根本原因; 产生感应电动势是电磁感应现象的本质,产生感应电流只不过是一个现象,表示电路中输送着电能;而产生感应电动势才是电磁感应现象的本质,它表示电路已经具备随时输出电能的能力。
选修 3-2 第四章第2节法拉第电磁感应定律授课人:定南县第二中学彭金福教学目标1、知识与技能:(1)知道感应电动势概念,及决定感应电动势大小的因素。
(2)知道磁通量的变化率,并能区别Φ、ΔΦ、t∆∆Φ。
(3)理解法拉第电磁感应定律内容、数学表达式。
2、过程与方法(1)经历学生实验,培养学生的动手能力和探究能力。
3、情感态度与价值观(1)从不同物理现象中抽象出个性与共性问题,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。
(2)通过比较感应电流、感应电动势的特点,引导学生把握主要矛盾。
教学重点1、实验探究感应电动势的影响因素2、法拉第电磁感应定律理解和应用教学难点1、探究实验的思考、推理过程2、区分Φ、ΔΦ、t∆∆Φ。
设计思路在学习本节内容之前,学生已经掌握了恒定电流、电磁感应现象和磁通量的相关知识,并且也知道了变化量和变化率的概念。
本节课的实验是上节课所演示过的,只不过研究的侧重点不同。
本节课的重点法拉第电磁感应定律的建立过程,通过探究实验学生自己动手做,思考讨论,教师引导找出规律的方法,使学生能够深刻理解法拉第电磁感应定律的建立过程。
教学流程教师活动学生活动一. 情景引入展示三峡电站图片,引入课题通过图片的吸引,想学习本课内容二、概念:感应电动势1、得出概念(1)演示电磁感应现象(2)提问:感应电流产生的条件(3)比较:电流形成的条件,----- I感的产生必须有电动势(4)感应电动势:电磁感应现象中产生的电动势。
1、观察现象,回答:是什么现象2、产生感应电流的条件①闭合回路②磁通量发生变化3、对比两幅图,从图中,Φ变化的线圈产生电动势,相当于电源,2、E感产生条件(1)开关断开,重复上面的演示E感的产生与电路是否闭合无关(2)产生条件:Φ发生变化电磁感应现象的本质——感应电动势,观察:没有感应电流思考:E感产生了吗?三、探究影响E感大小的因素1、猜想:从演示的实验、产生的条件猜想,排除干扰因素,确定影响因素。
1法拉电磁感应定律【知能准备】一、法拉第电磁感应定律及数学表达式:回路中的感应电动势的大小和 成正比。
ε=1、要严格区分磁通量、磁通量的变化量、磁通量的变化率。
2、磁通量的变化率与匝数的多少无关。
3、由ε=Δφ/Δt 算出的通常是时间Δt 内的 ,一般不等于初态与末态电动势的平均值。
4、若Δφ由磁场的变化引起,则Δφ/Δt 常用 来计算。
5、若Δφ是由回路面积的变化引起,则Δφ/Δt 常 用 来计算。
6、感应电量:在Δt 时间内通过电路中某一横截面的电量q=二、用公式Blv =ε求电动势时,应注意以下几点:1、此公式一般应用于 (或导体所在处各点的B 相同),导体各部分的磁感应强度相同的情况;2、 若导体棒绕某一固定轴旋转切割磁感应线,虽然棒上各点的线速度并不相同,但可用棒各点的平均速度(即棒的中点速度)代替切割速度。
3、 式中的L 指导体的有效切割长度,即导体首末两端的连线在既垂直于B ,又垂直于运动方向的投影长度。
式中的V 是指有效切割速度。
在具体运用时,是分解B ,还是分解V ,还是投影导体,要具体问题具体分析。
4、 若切割速度V 不变,ε为恒定值;若切割速度为即时速度,则ε为瞬时电动势。
【同步导学】1.疑难分析(一).要严格区分磁通量、磁通量的变化、磁通量的变化率这三个概念.1.Φ,ΔΦ,ΔΦ/Δt大小没有直接关系,可以与运动学中v,Δv,Δv/Δt三者类比。
2.关于磁通量变化在匀强磁场中,磁通量Φ=B ∙S ∙sin α(α是B 与S 的夹角),磁通量的变化ΔΦ=Φ2-2 Φ1有多种形式,主要有:①S 、α不变,B 改变,这时ΔΦ=ΔB ∙S sin α②B 、α不变,S 改变,这时ΔΦ=ΔS ∙B sin α③B 、S 不变,α改变,这时ΔΦ=BS (sin α2-sin α1)当B 、S 、α中有两个或三个一起变化时,就要分别计算Φ1、Φ2,再求Φ2-Φ1了。
在非匀强磁场中,磁通量变化比较复杂。
第四节 法拉第电磁感应定律1.教学目标1.理解法拉第电磁感应定律的内容及数学表达式。
2.知道公式E =Blv 的推导过程。
3.会用E =n ΔΦΔt和E =Blv 解决问题。
分析前面几节的内容是从感应电流的角度来认识电磁感应现象的。
本节是从感应电流进一步深入到感应电动势来理解的,即研究“决定感应电动势大小的因素”。
教科书在这个问题的处理上并没有通过实验探究,而是以陈述事实的方式,引入法拉第电磁感应定律,即教科书用“在法拉第、纽曼、韦伯等人工作的基础上,人们认识到……感应电动势……成正比”的表述给出了电磁感应定律。
教科书之所以这样处理,是力图通过这一物理规律的教学,充分体现人类认识事物的一种真实图景。
也就是说,物理学中多数定律的得出,并不一定是直接归纳的结果,而是在分析了很多间接的实验事实后被“悟”出来的,并且定律的正确往往也是由它的推论的正确性来证实的。
3.教学重点难点本节教学的重点和难点都是对法拉第电磁感应定律的理解与应用。
导入新课:教学任务1:温故知新,通过问题和图片导入新课。
师生活动:问题导入:【问题1】 每日一题见课件。
学生作答,其他学生补充。
【问题2】 对比两图,观察有何异同?引入新课:在电磁感应现象中,产生感应电流的那部分导体就相当于电源,其所在电路就是内电路,电源的电动势就是感应电动势。
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。
因此研究感应电动势比研究感应电流更有意义。
那么感应电动势的大小跟哪些因素有关?这节课要研究感应电动势的大小跟哪些因素有关的问题。
推进新课教学任务2:探究感应电动势的大小跟哪些因素有关。
问题导入:【问题1】上节课我们用实验探究的方法找到了感应电流方向的规律,这节课我们是否可以再用同样的器材来探究感应电动势的大小跟哪些因素有关?【问题2】怎样判断感应电动势的大小?如果不能直接测量,可以用测量哪些量来代替电动势?【问题3】感应电流的方向跟磁通量的变化量有关,那么感应电动势的大小是否也跟磁通量的变化有关,用实验的方法怎样来研究这个问题?学生活动:【学生分组实验探究】将条形磁铁插入线圈中。
法拉第电磁感应定律教学设计法拉第电磁感应定律是电磁学中的重要定律之一。
在物理学教学中,法拉第电磁感应定律是必须掌握的基础知识。
本文将从理论与实践两个方面介绍法拉第电磁感应定律。
一、理论介绍法拉第电磁感应定律是指:磁通量的变化率与电动势的大小成正比,方向垂直于磁通量变化率和磁场方向的平面。
这个定律可以用公式表示为:ε=-dΦ/dt,其中ε是电动势,Φ是磁通量,t是时间。
通过这个公式可以看出,只有磁通量随时间变化时,才会产生电动势。
这是因为,当磁通量发生变化时,磁场也会发生变化,电场就会被激发产生,从而产生了电动势。
二、实践应用法拉第电磁感应定律在实践中有很多应用。
其中,最常见的应用就是电磁感应发电机。
发电机的原理就是利用磁通量的变化来产生电动势,从而产生电能。
在电动机中,法拉第电磁感应定律也起着重要的作用。
电动机的转子是由电流产生的磁场所产生的转矩所驱动的。
当电动机的转子在磁场中旋转时,磁通量就会发生变化,从而产生了电动势。
这个电动势又会产生电流,进而产生更强的磁场,从而推动电动机继续旋转。
在实际生活中,法拉第电磁感应定律也有很多应用。
例如,变压器就是利用法拉第电磁感应定律来实现电能的传输和转换的。
当电流通过变压器的一侧绕制的线圈时,就会产生磁场,从而引起磁通量的变化。
这个变化的磁通量会通过变压器的铁芯传输到另一侧的线圈中,从而产生电动势,进而产生电流。
法拉第电磁感应定律是电磁学中的基础定律之一。
在实践中,它有着广泛的应用,涉及到电磁感应发电机、电动机、变压器等领域。
掌握这个定律的原理和应用,对于深入理解电磁学的基础知识、提高电学技能水平具有重要的意义。
法拉第电磁感应定律教学设计在物理学的学习中,法拉第电磁感应定律是一个非常重要的概念。
掌握这个定律对于学生能够更好地理解电磁现象,从而更好地理解电学和磁学的内容,进而提高学生学习的效率和兴趣。
如何设计好法拉第电磁感应定律的课堂教学呢?以下是一些有用的建议和思路。
第一步:激发学生的兴趣在教学开始前,教师需要想办法引起学生的兴趣,让学生主动去思考和发问。
可以通过一些例子或者实验来介绍电磁感应定律,从而引发学生的思考和好奇心。
例如,向学生展示一个变化的磁场通过一个线圈时所产生的电流,或者让学生观察电磁现象在日常生活中的应用,例如电磁炉的工作原理。
第二步:简化概念教师需要注意到,学生对于电磁学和电学的概念可能会比较陌生,因此需要适当地简化和解释这些概念。
例如,可以先向学生介绍电流和磁场的概念,然后慢慢过渡到电磁感应的现象。
在介绍一些重要概念的时候,可以给出一些生活中的例子来帮助学生更好地理解相关原理。
第三步:实验与演示理论知识需要与实际应用相结合才能更好地加深学生的掌握。
因此,在教学中,应该设计一些有趣的实验或者演示来展示电磁感应定律的应用。
例如,可以通过实验来展示电磁感应现象,或者可以让学生通过操作电磁铁的好处来更好地理解其原理。
第四步:小组讨论学生的合作学习能够有效地促进学生的参与和学习兴趣。
在教学中,可以设置小组活动,让学生在小组中探讨电磁感应定律的应用和原理。
这样可以让学生相互交流、分享彼此的看法和理解,增强他们对于相关概念的掌握。
第五步:评估和反馈在教学结束后,需要对学生的学习成果进行评估和反馈。
可以通过小测验、作业或者小组报告来检验学生的掌握程度。
同时,也需要提供及时的反馈和指导,帮助学生更好地理解电磁感应定律的应用和原理。
总结设计好法拉第电磁感应定律的教学需要教师与学生之间的相互协作和理解。
在教学过程中,教师需要设计一些课堂活动和实验来引发学生的兴趣和好奇心,简化相关概念的介绍,注重实践应用,同时也要适当地检验学生的掌握程度并且及时地做出反馈。
物理电磁感应教案物理电磁感应教案作为一名辛苦耕耘的教育工作者,编写教案是必不可少的,借助教案可以有效提升自己的教学能力。
那么问题来了,教案应该怎么写?以下是小编整理的物理电磁感应教案,供大家参考借鉴,希望可以帮助到有需要的朋友。
物理电磁感应教案1一、教学任务分析电磁感应现象是在初中学过的电磁现象和高中学过的电场、磁场的基础上,进一步学习电与磁的关系,也为后面学习电磁波打下基础。
以实验创设情景,通过对问题的讨论,引入学习电磁感应现象,通过学生实验探究,找出产生感应电流的条件。
用现代技术手段“DIS 实验”来测定微弱的地磁场磁通量变化产生的感应电流,使学生感受现代技术的重要作用。
通过“历史回眸”,介绍法拉第发现电磁感应现象的过程,领略科学家的献身精神,懂得学习、继承、创新是科学发展的动力。
在探究感应电流产生的条件时,使学生感受猜想、假设、实验、比较、归纳等科学方法,经历提出问题→猜想假设→设计方案→实验验证的科学探究过程;在学习法拉第发现电磁感应现象的过程时,体验科学家在探究真理过程中的献身精神。
二、教学目标1.知识与技能(1)知道电磁感应现象及其产生的条件。
(2)理解产生感应电流的条件。
(3)学会用感应电流产生的条件解释简单的实际问题。
2.过程与方法通过有关电磁感应的探究实验,感受猜想、假设、实验、比较、归纳等科学方法在得出感应电流产生的条件中的重要作用。
3.情感、态度价值观(1)通过观察和动手操作实验,体验乐于科学探究的情感。
(2)通过介绍法拉第发现电磁感应现象的过程,领略科学家在探究真理过程中的献身精神。
三、教学重点与难点重点和难点:感应电流的产生条件。
四、教学资源1、器材(1)演示实验:①电源、导线、小磁针、投影仪。
②10米左右长的电线、导线、小磁针、投影仪。
(2)学生实验:①条形磁铁、灵敏电流计、线圈。
②灵敏电流计、原线圈、副线圈、电键、滑动变阻器、导线若干。
③DIS实验:微电流传感器、数据采集器、环形实验线圈。
高二物理教案法拉第电磁感应定律9篇法拉第电磁感应定律 1教学目标知识目标1、知道决定感应电动势大小的因素;2、知道磁通量的变化率是表示磁通量变化快慢的物理量,并能对“磁通量的变化量”、“磁通量的变化率”进行区别;3、理解法拉第电磁感应定律的内容和数学表达式;4、会用法拉第电磁感应定律解答有关问题;5、会计算导线切割磁感线时感应电动势的大小;能力目标1、通过学生实验,培养学生的动手能力和探究能力.情感目标1、培养学生对实际问题的分析与推理能力。
培养学生的辨证唯物注意世界观,尤其在分析问题时,注意把握主要矛盾.教学建议教材分析理解和应用法拉第电磁感应定律,教学中应该使学生注意以下几个问题:⑴要严格区分磁通量、磁通量的变化、磁通量的变化率这三个概念.⑵求磁通量的变化量一般有三种情况:当回路面积不变的时候,;当磁感应强度不变的时候,;当回路面积和磁感应强度都不变,而他们的相对位置发生变化(如转动)的时候,(是回路面积在与垂直方向上的投影).⑶ E是时间内的平均电动势,一般不等于初态和末态感应电动势瞬时值的平均值,即:⑷注意课本中给出的法拉第电磁感应定律公式中的磁通量变化率取绝对值,感应电动势也取绝对值,它表示的是感应电动势的大小,不涉及方向.⑸公式表示导体运动切割磁感线产生的感应电动势的大小,是一个重要的公式.要使学生知道它是法拉第电磁感应定律的一个特殊形式,当导体做切割磁感线的运动时,使用比较方便.使用它计算时要注意B、L、v这三个量的方向必须是互相垂直的,遇到不垂直的情况,应取垂直分量.建议在具体教学中,教师帮助学生形成知识系统,以便加深对已经学过的概念和原理的理解,有助于理解和掌握新学的概念和原理.在法拉第电磁感应定律的教学中,有以下几个内容与前面的知识有联系,希望教师在教学中加以注意:⑴由“恒定电流”知识知道,闭合电路中要维持持续电流,其中必有电动势的存在;在电磁感应现象中,闭合电路中有感应电流也必然要存在对应的感应电动势,由此引出确定感应电动势的大小问题.⑵电磁感应现象中产生的感应电动势,为人们研制新的电源提供了可能,当它作为电源向外供电的时候,我们应当把它与外电路做为一个闭合回路来研究,这和直流电路没有分别;⑶用能量守恒和转化来研究问题是中学物理的一个重要的方法.化学电源中的电动势表征的是把化学能转化为电能的本领,感应电动势表征的是把机械能转化为电能的本领.教法建议法拉第电磁感应定律的重点是研究决定感应电动势大小的因素是什么,这一知识点无法从前面的知识得出,因此做好实验,从实验中分析归纳出法拉第电磁感应定律的内容,是学好这部分知识的关键;由于上一节学习产生感应电流的条件时,就使学生明确了穿过闭合电路的磁通量变化与否,决定了感应电流的有无,因此,本节实验的重点是使学生观察感应电流的大小与什么因素有关.对于程度比较好的学校,建议将实验改为学生分组完成,学生自己进行探究,教师加以引导分析.关于感应电动势的几点教学建议本节教材讲述了感应电动势的概念,通过对实验的定性分析,得出感应电动势的大小跟哪些因素有关系,最后给出了计算感应电动势大小的公式:,但没有讲述法拉第电磁感应定律.在讲授这节教材时,要注意概念、定律的建立过程,使学生知其所以然,防止学生死记几条干巴巴的结论.(1)感应电动势概念的建立:如何搞好物理概念的教学,这是一个很值得研究的课题.对此,各人虽有不同主张,但都很注意在抓好概念的引入、理解和应用这些环节上下功夫.在感应电动势概念的教学中,也应注意这几个环节.①引入感应电动势的概念时,教材利用前面几章学过的电动势、闭合电路欧姆定律等知识来分析产生感应电流的电路,得出既然闭合电路里有感应电流,那么这个电路中必然有电动势.在电磁感应现象中,产生的电动势叫感应电动势.教学实践表明,这样引入学生较易接受.②比较概念之间的内在联系,是一种使学生深刻理解概念本质的好方法.由感应电流过渡到感应电动势,对学生来说是从具体到抽象,从现象到本质的认识深化过程.为了让学生认识感应电流与感应电动势的区别和联系,教师可以用大型电流表和电压表演示电路在接通与断开条件下的回路电流与路端电压,让学生看到回路断开时,没有感应电流,但路端电压(即感应电动势)仍存在.而电路中出现感应电流,是要以电路闭合与电动势的同时存在为前提条件.从而说明感应电动势的有无,完全决定于穿过回路的磁通量的变化,与回路的通断,回路的组成情况等无关.而电路中的感应电流存在,只是在闭合电路中有感应电动势存在的必然结果.对纯电阻电路,感应电流强度与感应电动势的数量关系满足 .教师通过上述演示和分析对比,使学生了解到,电磁感应现象中感应电动势比感应电流更能反映电磁感应现象的本质.③让学生把初学的概念在实际问题中加以应用,对巩固和深化概念很有效.教师可以教材中产生感应电流的二个实验,即图1、图2为例,让学生找一找,电路中哪部分导体产生了感应电动势,起到了电源的作用(在图1中是AB导体、图2中是线圈B).(3)感应电动势的大小:可利用课本图4-1和图4-2的实验装置,演示在闭合电路内磁通量变化快慢不同的情况下,产生的感应电流大小不同,从而分析出感应电动势的大小跟穿过闭合电路的磁通量改变快慢有关.然后直接指出:理论和实践证明,导体在匀强磁场中作切割磁感线运动时,在B、l、v互相垂直的情况下,产生的感应电动势的大小可用公式来计算,即感应电动势的大小跟磁感应强度、导体长度、导体运动速度成正比.在演示中要注意说明:①磁铁相对线圈运动的快慢不同时或导体切割磁感线的快慢不同时,磁通量变化的快慢不同.②由于产生感应电流的闭合回路情况没有变化,所以感应电流大小的变化反映了感应电动势大小的变化.由于必修课中不讲法拉第电磁感应定律,公式不能从理论推导出来,为了便于学生接受和理解与B、l、v的正比关系,可以采用下述教法.利用图2来分析与B、l、v的关系.图中abcd为放在匀强磁场中的矩形线框,线框平面跟磁感线垂直,让线框中长为l的可滑动导体ab,以速度v向右运动,单位时间内运动到 .由图可以看出,lv是导体在单位时间内扫过的面积大小,Blv是单位时间内导体切割磁感线的条数,即单位时间内磁通量的变化.由此可见,当B、l、v 各量越大时,单位时间内穿过闭合回路的磁通量变化越大,或者说磁通量变化得越快,这时产生的感应电动势就越大.公式反映了感应电动势跟B、l、v成正比.讲完决定感应电动势大小的规律之后,可让学生通过练习来掌握规律.除了做节后的例题之外,还可把课本中练习二(1)题和习题(5)题在课堂上讨论,必要时可再适当补充一些基础练习.法拉第电磁感应定律的教学设计方案引入部分示例:复习提问:1:要使闭合电路中有电流必须具备什么条件?(引导学生回答:这个电路中必须有电源,因为电流是由电源的电动势引起的)2:如果电路不是闭合的,电路中没有电流,电源的电动势是否还存在呢?(引导学生回答:电动势反映了电源提供电能本领的物理量,电路不闭合电源电动势依然存在)引入新课:在电磁感应现象里,既然闭合电路里有感应电流,那么这个电路中也必定有电动势,在电磁感应现象里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就相当于电源.1:引导学生找出下图中相当于电源的那部分导体?法拉第电磁感应定律 2教学目标知识目标1、知道决定感应电动势大小的因素;2、知道磁通量的变化率是表示磁通量变化快慢的物理量,并能对“磁通量的变化量”、“磁通量的变化率”进行区别;3、理解的内容和数学表达式;4、会用解答有关问题;5、会计算导线切割磁感线时感应电动势的大小;能力目标1、通过学生实验,培养学生的动手能力和探究能力.情感目标1、培养学生对实际问题的分析与推理能力。
《电磁感应定律》教案一、教学目标1. 让学生了解电磁感应现象的产生条件和特点。
2. 使学生掌握法拉第电磁感应定律的表述和应用。
3. 培养学生的实验操作能力和科学思维。
二、教学内容1. 电磁感应现象的产生条件和特点2. 法拉第电磁感应定律的表述3. 电磁感应现象的应用4. 楞次定律5. 电磁感应的定量计算三、教学重点与难点1. 教学重点:电磁感应现象的产生条件和特点,法拉第电磁感应定律的表述和应用。
2. 教学难点:楞次定律的理解和应用,电磁感应的定量计算。
四、教学方法1. 采用问题驱动法,引导学生思考电磁感应现象的产生条件和特点。
2. 利用实验演示法,让学生直观地了解电磁感应现象。
3. 运用讲解法,详细解析法拉第电磁感应定律的表述和应用。
4. 采用讨论法,引导学生探讨楞次定律的意义和应用。
5. 利用案例分析法,让学生了解电磁感应现象在实际生活中的应用。
五、教学过程1. 引入新课:通过讲解电磁感应现象的发现历程,激发学生的兴趣。
2. 讲解电磁感应现象的产生条件和特点:引导学生了解电磁感应现象的原理。
3. 阐述法拉第电磁感应定律:详细解析定律的表述和应用。
4. 介绍楞次定律:讲解楞次定律的意义和应用。
5. 电磁感应的定量计算:教授计算方法和注意事项。
6. 实验演示:安排学生进行实验,观察电磁感应现象。
7. 案例分析:分析电磁感应现象在实际生活中的应用。
8. 课堂讨论:引导学生探讨电磁感应现象的奥秘。
9. 总结与复习:梳理本节课的主要内容和知识点。
10. 作业布置:布置相关练习题,巩固所学知识。
六、教学评价1. 课堂表现:观察学生在课堂上的参与程度和表现。
2. 作业完成情况:检查学生对知识的掌握和运用能力。
3. 实验报告:评估学生在实验操作和观察方面的能力。
4. 课堂讨论:评价学生在探讨问题和交流互动中的表现。
七、教学资源1. 教材:《电磁学》等相关教材。
2. 实验设备:电磁感应实验装置。
3. 多媒体课件:用于讲解和展示电磁感应现象。
第四节法拉第电磁感应定律(教案)教学目标:(一)知识与技能1.让学生知道什么叫感应电动势,知道电路中哪部分相当于电源2.让学生知道磁通量的变化率是表示磁通量变化快慢的物理量。
3.让学生理解法拉第电磁感应定律内容、数学表达式。
4.知道E=BLv sinθ如何推得.(二)过程与方法(1)通过实验,培养学生的动手能力和探究能力。
(2)通过推导导线切割磁感线时的感应电动势公式E=BLv,掌握运用理论知识探究问题的方法。
(三)情感、态度与价值观了解法拉第探索科学的方法,学习他的执著的科学探究精神。
教学重点1、让学生探究影响感应电动势的因素,并能定性地找出感应电动势与磁通量的变化率的关系。
2、会推导导线切割磁感线时的感应电动势的表达式。
教学难点如何设计探究实验定性研究感应电动势与磁通量的变化率之间的关系。
教学用具多媒体电脑、PPT课件、8组探究实验器材(线圈、蹄形磁铁、导线、电流计等)教学过程:课堂前准备将实验器材提前分组发给学生.以便分组实验。
引入新课师:在物理学史上,有这样一位科学家,他是一个贫穷的铁匠的儿子,做过订书学徒,干过非常卑贱的工作,但却取得了非凡的成就。
他用一个线圈和一个磁铁,改变了整个世界。
今天,从美国的阿拉斯加到中国的青藏高原,从北极附近的格陵兰岛,到南极考察站,都里不开他一百多年前的发现,这位科学家是谁?——英国科学家法拉第。
下面大家各小组在重新做一下这一有着划时代意义的实验:(学生做实验)在学生组装实验器材做实验的同时,教师进行巡视,指导。
学生可能出现的情况:组装器材缓慢,接触不好,现象不明显等.教师应加以必要的指导。
师:同学们,我们用一个线圈和一个磁铁竟然使闭合电路中产生了电流,这是多么令人惊奇的发现!根据电路的知识,在这个实验电路中哪一部分相当于电源呢?(学生回答)师:如果你是法拉第,当你发现了电磁感应现象以后,下一步你要进一步研究什么呢?(学生回答)好,下面我们就来探究一下影响感应电动势的因素。
电磁感应教学设计优秀10篇(经典版)编制人:__________________审核人:__________________审批人:__________________编制单位:__________________编制时间:____年____月____日序言下载提示:该文档是本店铺精心编制而成的,希望大家下载后,能够帮助大家解决实际问题。
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二 法拉第电磁感应定律〔教案〕教学目标:1.熟练掌握法拉第电磁感应定律,及各种情况下感应电动势的计算方法。
2.知道自感现象及其应用,日光灯教学重点:法拉第电磁感应定律教学难点:法拉第电磁感应定律的应用教学内容:一、法拉第电磁感应定律1.法拉第电磁感应定律 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,即t k E ∆∆Φ=,在国际单位制中可以证明其中的k =1,所以有t E ∆∆Φ=。
对于n 匝线圈有tn E ∆∆Φ=。
在导线切割磁感线产生感应电动势的情况下,由法拉第电磁感应定律可推出感应电动势的大小是:E=BLv sin θ〔θ是B 与v 之间的夹角〕。
[例1]如下图,长L 1宽L 2的矩形线圈电阻为R ,处于磁感应强度为B 的匀强磁场边缘,线圈与磁感线垂直。
求:将线圈以向右的速度v 匀速拉出磁场的过程中,⑴拉力F 大小; ⑵拉力的功率P ;⑶拉力做的功W ;⑷线圈中产生的电热Q ;⑸通过线圈某一截面的电荷量q 。
解:这是一道基本练习题,要注意所用的边长究竟是L 1还是L 2 ,还应该思考一下所求的各物理量与速度v 之间有什么关系。
⑴v R v L B F BIL F R E I v BL E ∝=∴===22222,,, ⑵22222v R v L B Fv P ∝== ⑶v Rv L L B FL W ∝==12221 ⑷v W Q ∝= ⑸Rt R E t I q ∆Φ==⋅=与v 无关 特别要注意电热Q 和电荷q 的区别,其中Rq ∆Φ=与速度无关!〔这个结论以后经常会遇到〕。
[例2]如下图,竖直放置的U 形导轨宽为L ,上端串有电阻R 〔其余导体部分的电阻都忽略不计〕。
磁感应强度为B 的匀强磁场方向垂直于纸面向外。
金属棒ab 的质量为m ,与导轨接触良好,不计摩擦。
从静止释放后ab 保持水平而下滑。
试求ab 下滑的最大速度v m解:释放瞬间ab 只受重力,开始向下加速运动。
法拉第电磁感应定律教案 法拉第电磁感应定律 ⼀、教学⽬标 1.在物理知识⽅⾯要求. (1)通过复习,进⼀步理解感⽣电动势的概念,明确感⽣电动势的作⽤; (2)在复习巩固的基础上,熟练掌握法拉第电磁感应定律. 2.通过本节复习,培养学⽣运⽤物理知识,分析和解决⼀些实际问题的能⼒. ⼆、重点、难点分析 1.重点是对法拉第电磁感应定律的进⼀步理解和运⽤; 2.难点是法拉第电磁感应定律的综合运⽤. 三、教具 投影⽚(或⼩⿊板). 四、主要教学过程 (⼀)复习引⼊新课 1.叙述法拉第电磁感应定律的内容. 2.写出其表达式. ε=BLv 的区别和联系. 由图1所⽰,讲清图中各⽰意,引导学⽣共同推导. 设在Δt时间内,导体MN以速度v切割磁感线,移动距离为d=vΔt,设MN长为L,这⼀过程中,回路磁通量变化为 ΔФ=Ф2-Ф1 =B(s+d)L-BsL =BLd. 根据法拉第电磁感应定律,[:Zxx] 说明:[:ZXX] 上述推导需条件:磁感应强度B、导线切割速度v与长度L三者互相垂直,若上述三垂直中只有⼆垂直,⽽v与B不垂直,设夹⾓为θ,再请全体学⽣推导ε的计算式.教师指点⽅法:将v分解,其中与磁感线平⾏的速度分量没有作⽤,有效切割速度为vsinθ(图2),因此得: ε=BLvsinθ. 指出上式中当θ=90°时,ε=BLvsin90°=BLv. 5.关于ε=BLvsinθ的意义. (1)sinθ的意义是把公式中的B、L、v转化为两两垂直: ①vsinθ=v⊥,是将切割磁感线的速度v分解为垂直于B和L的有效分量; ②Bsinθ=B⊥,是将磁感应强度B分解为垂直于v和L的有效分量; ③Lsinθ=L⊥,是将导体长L等价成垂直于B和v的有效长度. 在上述分解和转化的⽅法是等价的,所得结果完全相同. (2)在上式中,若速度v是即时速度,则电动势ε即为即时电动势;若速度v是平均速度,则电动势ε即为平均电动势. (⼆)主要教学过程设计 例1 投影⽚.如图3所⽰,宽L=0.5的平⾏长⾦属导轨与⽔平⾯夹⾓θ=37°.与导轨平⾯垂直的匀强磁场磁感应强度B=1.0T.质量=100g的⾦属棒ab垂直两导轨放置,其电阻r=1Ω,与导轨间滑动摩擦因数µ=0.25.两导轨由R=9Ω的电阻在下端相连.导轨及导轨与ab棒接触电阻不计(取sin37° =0.6,cs37°=0.8,g=10/s2).求: (1)当ab沿轨道向下运动,速度v=10/s时,ab棒运动的加速度. (2)ab棒沿轨道下滑的最⼤速度. (3)ab棒以最⼤速度运动时,重⼒对ab棒做功的功率,ab棒产⽣的电功率以及输出电功率. ⾸先留出点时间,让学⽣认真审题、分析和思考,并能写出初步的解答⽅案.对较困难的学⽣,教师可适当引导,然后找两个典型解答,请同学在⿊板上板演. ①ab棒在导轨上下滑时受⼒情况如图4所⽰,其中磁场⼒F=BIL= 当v=10/s时,ab棒运动的加速度⼤⼩是[:学.科.⽹Z.X.X.] ②当ab棒在导轨上运动加速度变为零时,开始做匀速运动,这时ab运动速度有最⼤值.由上述⽅程可知: gsinθ-µcsθ-B2L2v/(R+r)=0, =16(/s). ③重⼒做功的功率. P1=gvsinθ=0.1×10×16×0.6=9.6(W). ⾦属棒ab产⽣的电功率 输出电功率 适当归纳解答本题的思路,然后提出作为导体转动的情况其感⽣电动势应如何求. 例2 如图5所⽰,长L=10c的⾦属棒ab在磁感应强度B=2T的匀强磁场中以a端为轴,在垂直磁场⽅向的平⾯内以⾓速度ω=10rad/s做顺时针⽅向的匀速转动.ab两端的电势差是____V,a、b两端________端电势⾼,____端电势低.若ab以中点为轴转动,其它条件不变,ab两端电势差为____V. 组织同学审题后,学⽣会发现,本题中⾦属棒ab转动时,棒上各点速率不同.因此欲求其感⽣电动势ε,需要找出⼀个等效点,采⽤求平 另外有的同学也可能提出运⽤表达式ε=ΔФ/Δt的⽅法.这时,教师应按同学的思路,找在Δt时间内,棒ab转过的⾓度Δθ=ωΔt,扫过的⾯积ΔS.相应的磁通量变化ΔФ=BΔS.然后利⽤ ⽅法⼀: (1)ab导体以a端为轴做切割磁感线运动时,导体上各点速度⼤⼩不同.b端速度vb=ωL,a端速度为零.其它各点的速度与该点到a点的距离成正⽐. 计算ab切割磁感线产⽣感⽣电动势时的速度可采⽤a、b两点速度的平均值,即 [:ZXX] 若在a、b两端接上外电路,由右⼿定则可知感⽣电流由b端流出,ab作为电源,b端电势⾼. 若没有构成闭合电路时,ab两端电势差就是电动势ε. (2)以ab中点为轴转动时,a端、b端电势都⽐中点电势⾼.⽽且a、b 与中点的电动势相等,a、b两点电势相等,电势差为零. 四个空依次填:0.1,b,a,0. ⽅法⼆:(略) 归纳本题解答思路,提出将本题改造如下. 例3 投影⽚.⼀导体圆环的电阻为4Ω,半径为0.05,圆环平⾯垂直匀强磁场,如图6所⽰放置.磁感应强度为4T,两根电阻均为2Ω的导线Oa 和Ob,Oa固定,a端b端均与环接触,Ob以4rad/s 的⾓速度逆时针沿圆环转动.求:当Ob的b端从a端滑过180°时,通过导线Oa中的电流是多少? 组织学⽣审题后,学⽣会发现,本题是⾦属导线Oa、Ob绕O轴转动. 欲求感⽣电动势ε,应该选⽤哪个表达式会感到困惑.这时可引导学⽣,由于棒上各点速率不同.到底选哪个点合适,可提出等效取平均的⽅法.可仿效例2解法⼀.当然还可以⽤其它⽅法.但因有两根⼜如何? ⽅法⼀: 导线Ob在磁场中绕着O点旋转,切割磁感线产⽣感应电动势ε不变 ⽅法⼆: 由法拉第电磁感应定律来看,导线Ob在单位时间内扫过的⾯积是: Ob导线b端在圆环上的位置变化,只改变了图7中R1与R2的阻值.由闭合电路欧姆定律,Oa中的电流: 当Ob从Oa转180°,有R1=R2=2Ω,代⼊上式 路结构变化时的⽅法和步骤,使学⽣在学习这部分内容时,也对电路问题作了⼀定的复习与巩固⼯作.最后提出线圈在磁场中转动时,如何求其感⽣电动势. 例4 如图8所⽰,边长为a,总电阻为R的闭合正⽅形单匝线框,放在磁应强度为B的匀强磁场中,磁感线与线框平⾯垂直.当线框由图⽰位置转过180°⾓过程中,流过线框导线横截⾯的电量是多少? 学⽣审题后会发现,本题与前三例均不同,这情况感⽣电动势的求法⼀时难以想象出,不过这时可做些提⽰,具体如下: 线框在磁场中转动过程中,转到不同位置时,线框中产⽣的感应电动势的即时值不同,因⽽线框中的感应电流也不同.解答本题的关键是如何理解和计算转180°⾓过程中穿过线框的磁通量的变化量.[:学|科|⽹] 可以这样理解:⼀个平⾯有正、反两⾯,从正⾯穿⼊的磁通量设为正值,则从另⼀⾯穿⼊的磁通量就是负值、线框处于如图8所⽰位置时,磁感线从线框⼀⾯穿⼊,磁通量是Ф1=BS=Ba2,转过180°后磁感线从线框的另⼀⾯穿⼊,这时的磁通量就是Ф2=-BS=-Ba2,先后两次穿过线框磁通量的值相等,但正负不同,那么线框转180°过程中磁通量的变化量为 ΔФ=Ф2-Ф1=-Ba2-Ba2=-2Ba2. 取绝对值就是2Ba2.由此,可应⽤法拉第电磁感应定律求转180°过程中的平均感应电动势,最后应⽤欧姆定律和电流强度的定义式就可以求通过线框截⾯的电量. 设线框转180°所⽤时间为Δt,在这段时间内穿过线框的磁通量的变化量为ΔФ=2Ba2,根据法拉第电磁感应定律可得这⼀过程中平均感应电动势的⼤⼩为 根据欧姆定律,Δt时间内线框中平均电流强度为 在Δt内流过线框某横截⾯积的电量 组织学⽣归纳本类问题的解答思路与⽅法.同时提出前述四例均是磁场恒定,即磁感应强度B为恒⽮量.在有的例题中求感⽣电动势应⽤ 化时⼜该如何解答呢?请看投影⽚. 例5 如图9 所⽰,在⼀个匀强磁场中,有两个⽤粗细相同的同种⾦属导线制成的闭合圆环a和b,它们半径之⽐为2∶1,线圈平⾯与磁场⽅向垂直.如果匀强磁场的磁感应强度随时间均匀增⼤,则a、b环中感应电流之⽐为____,感应电流电功率之⽐为________. 给出⼀定时间,让学⽣思考.磁感应强度B随时间均匀变化,在⾯积S不变的情况下,则穿过该⾯积S的磁通量Ф也同样均匀变化.将学⽣引导到这⼀步,问题也就真相⼤⽩了.具体分析解答如下: (1)设⾦属导线单位长电阻为R0,b环的'半径为rb,a环半径为ra,其中ra=2rb.则a、b环导线电阻Ra=4πraR0,Rb=2πrbR0.磁感应强度随时间均匀变化,即磁感应强度变化率不变.磁感应强度随时间均 感应电流分别为 (2)感应电流电功率Pa、Pb分别为 a、b的电功率之⽐ 两个空依次填 2∶1,8∶1. 组织同学归纳总结本题的解答思路.提出解答这类问题时应注意的问题.然后提出,在本题中改造⼀下.例如,把线圈(或圆环)的⽅位调整⼀下,可使线圈平⾯与磁场⽅向成θ⾓.在这种情况下,有哪些量发⽣变化?请看投影⽚. 例6 如图10所⽰,⼀闭合圆形线圈放在匀强磁场中,线圈的平⾯与磁场⽅向成θ⾓,磁感应强度随时间均匀变化,变化率为⼀定值.在下述办法中⽤哪⼀种可以使线圈中感应电流的强度增加⼀倍 [ ] A.线圈的匝数增加⼀倍 B.把线圈的半径增加⼀倍 C.把线圈的⾯积增加⼀倍 D.改变线圈轴线对磁场的⽅向 E.把线圈的匝数减少到原来的⼀半 分析本题有⼀定困难.教师可先给学⽣⼀定时间,思考和讨论⼀下.这样学⽣之间互相启发,可使他们的思路宽⼴些.这时教师及时做出评价,归纳解答的基本思路. ⾸先要考虑影响线圈中电流强度的因素,由欧姆定律可得:I=ε/R. 由法拉第电磁感应定律可知 其中线圈垂直于磁感线的有效⾯积S⊥为 S⊥=πr2csθ. 再由电阻定律 上式中的S0是线圈导线的横截⾯积,是导线的电阻率.联⽴上述公式可得: 上式表明:当磁感应强度均匀变化(即变化率⼀定)时,在闭合线圈导线的截⾯积S0和电阻率不变的条件下,线圈中的电流强度I仅与线圈的半径r和线圈轴线与磁感线⽅向夹⾓的余弦有关.要使I增加⼀倍,只有使r增加⼀倍.因为csθ的最⼤值不能超过1,改变θ的值不能使csθ增加⼀倍.所以本题的正确选项只能是B. (三)课堂⼩结 组织学⽣归纳总结法拉第电磁感应定律应⽤的基本思路与⽅法. 五、教学说明 由于是复习课,故设计安排了较多的内容.⽽且,前后知识的联系有⼀段距离,学⽣可能会感到有些吃⼒,特别是基础较差的学⽣会困难更多.也正因为是这样,教师可在课前作些知识准备.这样可降低难度,学⽣会接受好些. 从时间上讲,由于内容量和难度关系,可安排两课时完成.教师在讲述问题时,切不可就题论题,应把重点放在充分发挥学⽣学习的主动性和能动性上.每个问题都应留给学⽣⼀定思考、分析、讨论的时间,教师应允许课上争论,并及时做出评价.这样师⽣共同总结归纳运⽤法拉第电磁感应定律解答问题的基本思路与⽅法. 顺便指出,复习课上的例题由于综合性⽐较强,教师可在其中穿插些过渡性知识,以此来进⾏有效的衔接.对于较差的学校,教师可灵活掌握. 议本节课后安排⼀节习题课来加以巩固.【法拉第电磁感应定律教案】。
电磁感应定律应用【学习目标】1.了解感生电动势和动生电动势的概念及不同。
2.了解感生电动势和动生电动势产生的原因。
3.能用动生电动势和感生电动势的公式进行分析和计算。
【要点梳理】知识点一、感生电动势和动生电动势由于引起磁通量的变化的原因不同感应电动势产生的机理也不同,一般分为两种:一种是磁场不变,导体运动引起的磁通量的变化而产生的感应电动势,这种电动势称作动生电动势,另外一种是导体不动,由于磁场变化引起磁通量的变化而产生的电动势称作感生电动势。
1.感应电场19世纪60年代,英国物理学家麦克斯韦在他的电磁场理论中指出,变化的磁场会在周围空间激发一种电场,我们把这种电场叫做感应电场。
静止的电荷激发的电场叫静电场,静电场的电场线是由正电荷发出,到负电荷终止,电场线不闭合,而感应电场是一种涡旋电场,电场线是封闭的,如图所示,如果空间存在闭合导体,导体中的自由电荷就会在电场力的作用下定向移动,而产生感应电流,或者说导体中产生感应电动势。
要点诠释:感应电场是产生感应电流或感应电动势的原因,感应电场的方向也可以由楞次定律来判断。
感应电流的方向与感应电场的方向相同。
2.感生电动势(1)产生:磁场变化时会在空间激发电场,闭合导体中的自由电子在电场力的作用下定向运动,产生感应电流,即产生了感应电动势。
(2)定义:由感生电场产生的感应电动势成为感生电动势。
(3)感生电场方向判断:右手螺旋定则。
3、感生电动势的产生由感应电场使导体产生的电动势叫做感生电动势,感生电动势在电路中的作用就是充当电源,其电路是内电路,当它和外电路连接后就会对外电路供电。
变化的磁场在闭合导体所在的空间产生电场,导体内自由电荷在电场力作用下产生感应电流,或者说产生感应电动势。
其中感应电场就相当于电源内部所谓的非静电力,对电荷产生作用。
例如磁场变化时产生的感应电动势为cos B E nS t∆θ∆= .知识点二、洛伦兹力与动生电动势导体切割磁感线时会产生感应电动势,该电动势产生的机理是什么呢?导体切割磁感线产生的感应电动势与哪些因素有关?他是如何将其他形式的能转化为电能的?1、动生电动势(1)产生:导体切割磁感线运动产生动生电动势(2)大小:E BLv =(B 的方向与v 的方向垂直)(3)动生电动势大小的推导:ab 棒处于匀强磁场中,磁感应强度为B ,垂直纸面向里,棒沿光滑导轨以速度v 匀速向右滑动,已知导轨宽度为L ,经过时间t 由M 运动导N ,如图所示,由法拉第电磁感应定律可得:ФBS B L vt E BLv t t t∆∆⋅⋅====. 故动生电动势大小为E BLv =.2、动生电动势原因分析导体在磁场中切割磁感线时,产生动生电动势,它是由于导体中的自由电子受到洛伦兹力的作用而引起的。
电磁感应定律应用【学习目标】1.了解感生电动势和动生电动势的概念及不同。
2.了解感生电动势和动生电动势产生的原因。
3.能用动生电动势和感生电动势的公式进行分析和计算。
【要点梳理】知识点一、感生电动势和动生电动势由于引起磁通量的变化的原因不同感应电动势产生的机理也不同,一般分为两种:一种是磁场不变,导体运动引起的磁通量的变化而产生的感应电动势,这种电动势称作动生电动势,另外一种是导体不动,由于磁场变化引起磁通量的变化而产生的电动势称作感生电动势。
1.感应电场19世纪60年代,英国物理学家麦克斯韦在他的电磁场理论中指出,变化的磁场会在周围空间激发一种电场,我们把这种电场叫做感应电场。
静止的电荷激发的电场叫静电场,静电场的电场线是由正电荷发出,到负电荷终止,电场线不闭合,而感应电场是一种涡旋电场,电场线是封闭的,如图所示,如果空间存在闭合导体,导体中的自由电荷就会在电场力的作用下定向移动,而产生感应电流,或者说导体中产生感应电动势。
要点诠释:感应电场是产生感应电流或感应电动势的原因,感应电场的方向也可以由楞次定律来判断。
感应电流的方向与感应电场的方向相同。
2.感生电动势(1)产生:磁场变化时会在空间激发电场,闭合导体中的自由电子在电场力的作用下定向运动,产生感应电流,即产生了感应电动势。
(2)定义:由感生电场产生的感应电动势成为感生电动势。
(3)感生电场方向判断:右手螺旋定则。
3、感生电动势的产生由感应电场使导体产生的电动势叫做感生电动势,感生电动势在电路中的作用就是充当电源,其电路是内电路,当它和外电路连接后就会对外电路供电。
变化的磁场在闭合导体所在的空间产生电场,导体内自由电荷在电场力作用下产生感应电流,或者说产生感应电动势。
其中感应电场就相当于电源内部所谓的非静电力,对电荷产生作用。
例如磁场变化时产生的感应电动势为cos B E nS t∆θ∆= .知识点二、洛伦兹力与动生电动势导体切割磁感线时会产生感应电动势,该电动势产生的机理是什么呢?导体切割磁感线产生的感应电动势与哪些因素有关?他是如何将其他形式的能转化为电能的?1、动生电动势(1)产生:导体切割磁感线运动产生动生电动势(2)大小:E BLv =(B 的方向与v 的方向垂直)(3)动生电动势大小的推导:ab 棒处于匀强磁场中,磁感应强度为B ,垂直纸面向里,棒沿光滑导轨以速度v 匀速向右滑动,已知导轨宽度为L ,经过时间t 由M 运动导N ,如图所示,由法拉第电磁感应定律可得:ФBS B L vt E BLv t t t∆∆⋅⋅====. 故动生电动势大小为E BLv =.2、动生电动势原因分析导体在磁场中切割磁感线时,产生动生电动势,它是由于导体中的自由电子受到洛伦兹力的作用而引起的。
如图甲所示,一条直导线CD 在匀强磁场B 中以速度v 向右运动,并且导线CD 与B v 、的方向垂直,由于导体中的自由电子随导体一起以速度v 运动,因此每个电子受到的洛伦兹力为:F Bev =洛F 洛的方向竖直向下,在力F 洛的作用下,自由电子沿导体向下运动,使导体下端出现过剩的负电荷,导体上端出现过剩的正电荷,结果使导体上端D 的电势高于下端C 的电势,出现由D 指向C 的静电场,此电场对电子的静电力F ′的方向向上,与洛伦兹力F 洛方向相反,随着导体两端正负电荷的积累,电场不断增强,当作用在自由电子上的静电力与电子受到的洛伦兹力相平衡时,DC 两端产生一个稳定的电势差。
如果用另外的导线把CD 两端连接起来,由于D 段的电势比C 段的电势高,自由电子在静电力的作用下将在导线框中沿顺时针流动,形成逆时针方向的电流,如图乙所示。
电荷的流动使CD 两端积累的电荷不断减少,洛伦兹力又不断使自由电子从D 端运动到C 端从而在CD 两端维持一个稳定的电动势。
可见运动的导体CD 就是一个电源,D 端是电源的正极,C 端是电源的负极,自由电子受洛伦兹力的用,从D 端搬运到C 端,也可以看做是正电荷受洛伦兹力作用从C 端搬运到D端,这里洛伦兹力就相当于电源中的非静电力,根据电动势的定义,电动势等于单位正电荷从负极通过电源内部移动到电源的正极非静电力所做的功,作用在单位电荷上的洛伦兹力为:==/F F e Bv.洛于是动生电动势就是:E FL BLv==.上式与法拉第电磁感应定律得到的结果一致。
知识点三、动生电动势和感生电动势具有相对性动生电动势和感生电动势的划分,在某些情况下只有相对意义,如本章开始的实验中,将条形磁铁插入线圈中,如果在相对于磁铁静止的参考系观察,磁铁不动,空间各点的磁场也没有发生变化,而线圈在运动,线圈中的电动势是动生的;但是,如果在相对于线圈静止的参考系内观察,则看到磁铁在运动,引起空间磁场发生变化,因而,线圈中的电动势是感生的,在这种情况下,究竟把电动势看作动生的还是感生的,决定于观察者所在的参考系,然而,并不是在任何情况下都能通过转换参考系把一种电动势归结为另一种电动势,不管是哪一种电动势,法拉第电磁感应定律、楞次定律都成立。
知识点四、应用——电子感应加速器即使没有导体存在,变化的磁场以在空间激发涡旋状的感应电场,电子感应器就是应用了这个原理,电子加速器是加速电子的装置,他的主要部分如图所示,画斜线的部分为电磁铁两极,在其间隙安放一个环形真空室,电磁铁用频率为每秒数十周的强大交流电流来励磁,使两极间的磁感应强度B往返变化,从而在环形真空室内感应出很强的感应涡旋电场,用电子枪将电子注入唤醒真空室,他们在涡旋电场的作用下被加速,同时在磁场里受到洛伦兹力的作用,沿圆规道运动。
如何使电子维持在恒定半径为R的圆规道上加速,这对磁场沿径向分布有一定的要求,设电子轨道出的磁场为B,电子做圆周运动时所受的向心力为洛伦兹力,因此:2/=eBv mv R=mv BRe也就是说,只要电子动量随磁感应强度成正比例增加,就可以维持电子在一定的轨道上运动。
【典型例题】类型一、感生电动势的运算例1.有一面积为S =100 cm 2的金属环,电阻为R =0.1 Ω,环中磁场变化规律如图乙所示,且磁场方向垂直环面向里,在t 1到t 2时间内,环中感应电流的方向如何?通过金属环的电荷量为多少?【答案】逆时针方向 0.01 C【解析】(1)由楞次定律,可以判断金属环中感应电流方向为逆时针方向.(2)由图可知:磁感应强度的变化率为2121B B B t t t ∆∆-=- ① 金属环中磁通量的变化率2121B B ФB S S t t t t ∆∆∆∆-==⋅- ② 环中形成的感应电流/E Фt ФI R R R t∆∆∆∆=== ③ 通过金属环的电荷量Q I t ∆= ④由①②③④解得221()(0.20.1)10C 0.01C 0.1B B S Q R ---⨯===.举一反三:【变式】在下图所示的四种磁场情况中能产生恒定的感生电场的是( )【答案】C例2.在空间出现如图所示的闭合电场,电场线为一簇闭合曲线,这可能是( )A .沿AB 方向磁场在迅速减弱B. 沿AB 方向磁场在迅速增强C. 沿AB 方向磁场在迅速减弱D. 沿AB 方向磁场在迅速增强【答案】AC【解析】根据电磁感应,闭合回路中的磁通量变化时,使闭合回路中产生感应电流,该电流可用楞次定律来判断,根据麦克斯韦电磁理论,闭合回路中产生感应电流,使因为闭合回路中受到了电场力的作用,而变化的磁场产生电场,与是否存在闭合回路没有关系,故空间磁场变化产生的电场方向,仍可用楞次定律来判断,四指环绕方向即感应电场的方向,由此可知AC 正确。
【总结升华】已知感应电场方向求原磁通量的变化情况的基本思路是:感应电场的方向 感应磁场的方向 磁通量的变化情况举一反三:【变式1】如图所示,一个带正电的粒子在垂直于匀强磁场的平面内做圆周运动,当磁感应强度均匀增大时,此粒子的动能将( )A .不变B .增加C .减少D .以上情况都可能【答案】B【高清课堂:电磁感应定律应用 例1】【变式2】下列各种实验现象,解释正确的是( )→右手螺旋定则 ←右手螺旋定则 →楞次定←楞次定【答案】ABC例 3.一个面积22410m S =⨯-、匝数100n =匝的线圈放在匀强磁场中,磁场方向垂直于线圈平面,磁感应强度B 随时间t 变化的规律如图4-5-6所示,则下列判断正确的是( )A .在开始的2 s 内穿过线圈的磁通量变化率等于0.08 Wb/sB .在开始的2 s 内穿过线圈的磁通量的变化量等于零C .在开始的2 s 内线圈中产生的感应电动势等于8 VD .在第3 s 末线圈中的感应电动势等于零【答案】AC【解析】磁通量的变化率ФB S t t∆∆∆∆=, 其中磁感应强度的变化率B t ∆∆即为B t -图象的斜率.由图知前2 s 的 2 T/s B t∆∆=,所以 22410Wb/s 0.08 Wb/s Фt∆∆⨯⨯-==, A 选项正确.在开始的2 s 内磁感应强度B 由2 T 减到0,又从0向相反方向的B 增加到2 T ,所以这2 s 内的磁通量的变化量212222410Wb 0.16Wb ФB S B S BS ∆-=+==⨯⨯⨯=,B 选项错.在开始的2 s 内1000.08V 8V ФE nt∆∆==⨯=, C 选项正确.第3 s 末的感应电动势等于2 s 4 s ~内的电动势,21002410V 8V ФB E n n S t t∆∆∆∆-===⨯⨯⨯=. D 选项错.【总结升华】正确计算磁通量的变化量Ф∆,是解题的关键。
举一反三:【变式1】闭合电路中产生的感应电动势大小,跟穿过这一闭合电路的下列哪个物理量成正比( )A .磁通量B .磁感应强度C .磁通量的变化率D .磁通量的变化量【答案】C【高清课堂:电磁感应定律应用 例2】【变式2】水平桌面上放一闭合铝环,在铝环轴线上方有一条形磁铁,当条形磁铁沿轴线竖直向下迅速靠近铝环时,下列判断正确的是( )A .铝环有收缩的趋势,对桌面的压力增大B .铝环有扩张的趋势,对桌面的压力增大C .铝环有收缩的趋势,对桌面的压力减小D .铝环有扩张的趋势,对桌面的压力减小【答案】A【高清课堂:电磁感应定律应用 例3】【变式3】带正电的小球在水平桌面上的圆轨道内运动,从上方俯视,沿逆时针方向如图。
空间内存在竖直向下的匀强磁场,不计一切摩擦,当磁场均匀增强时,小球的动能将( )A .逐渐增大B .逐渐减小C .不变D .无法判定【答案】A类型二、动生电动势的运算例4.如图所示,三角形金属导轨EOF 上放有一金属杆AB ,在外力作用下,使AB 保持与OF 垂直,以速度v 匀速从O 点开始右移,设导轨与金属棒均为粗细相同的同种金属制成,则下列判断正确的是( )A .电路中的感应电流大小不变B .电路中的感应电动势大小不变C .电路中的感应电动势逐渐增大D .电路中的感应电流逐渐减小【答案】AC【解析】导体棒从O 开始到如图所示位置所经历时间设为t ,EOF θ∠=,则导体棒切割磁感线的有效长度tan L OB θ⊥=,故2tan tan E BL v Bv vt Bv t θθ⊥⊥⋅⋅⋅===,即电路中电动势与时间成正比,C 选项正确;电路中电流强度2tan /E Bv t I R L Sθρ⋅==. 而L 等于OAB △的周长,1·tan +=(1+tan )cos cos vt L OB AB OA vt vt vt θθθθ=++=++, 所以 tan 11tan cos Bv SI θρθθ⋅==⎛⎫++ ⎪⎝⎭恒量.所以A 正确.【总结升华】导体棒切割磁感线的有效长度在变化,同时导轨与金属棒的长度也在变化。