选修3-2第四章第4节《电磁感应现象的两类情况》教案

§4.4电磁感应现象的两类情况集体备课教案授课年级高二课题§4.4电磁感应现象的两类情况课程类型新授课课程导学目标目标解读1．了解感生电场，知道感生电动势产生的原因．2．了解电动势的产生条件以及与洛伦兹力的关系．3．知道感应电动势的两种不同类型．4．了解电磁感应规律的一般应用，会联系科技实例进行分析．学法指导感生电动势和动生电动势产生的机理不同，要注意体会。课程导学建议重点难点两种情况下感应电动势产生机理的区别。教学建议本节内容需安排2个课时教学。通过本节的学习，了解感生电场，并且知道只要磁场发生变化，在它周围就产生感生电场，与是否存在闭合电路无关对于导体棒切割磁感线产生的感应电动势，其非静电能力与洛伦兹力有关。课前准备实验器材：螺线管、灵敏电流表、导线等导学过程设计程序设计学习内容教师行为学生行为媒体运用新课导入创设情境在电磁感应现象中，引起磁通量变化的原因不同，一般分为两种：一种是磁场不变，导体运动引起磁通量变化而产生感应电动势，另一种是导体不动，由于磁场变化引起磁通量变化而产生感应电动势，这两种情况它们产生感应电动势的机理是否相同呢？两类电磁感应动画第一层级研读教材指导学生学会使用双色笔，确保每一位学生处于预习状态。通读教材，作必要的标注，梳理出本节内容的大致知识体系。PPT课件呈现学习目标完成学案巡视学生自主学习的进展，学生填写学案的情况。尽可能多得独立完成学案内容，至少完成第一层级的内容。结对交流指导、倾听部分学生的交流，初步得出学生预习的效果情况。就学案中基础学习交流的内容与结对学习的同学交流。第二层级(小组讨论小组展示补充质疑教师点评)主题1：感生电场与感生电动势学生表述可能有一定困难，但还是要让学生讨论展示会。感生电场由于看不见、摸不着，学生理解有一定难度。有闭合环形回路只是感生电场得以表现出来可以说明其存在．(1)如图所示，穿过闭合回路的磁场在增强，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？(2)感生电场与闭合回路的存在有无关系？感生电场的方向如何？口头表述主题2：小组讨论后要求学生结合导体棒CD在匀强磁场中做切割磁感线运动．①导体棒中自由电板书理论探究动生电动势的产生作图的分析来说明动生电动势的产生。注意导体棒中的自由电荷是带负电的电子，学生推理过程中的严谨性．荷受到的洛伦兹力沿导体棒向哪个方向运动？②如果导体棒一直运动下去，自由电荷是否也会沿着导体棒一直运动下去？③导体棒哪端电势比较高？④如果用导线把两端连到磁场外的一个用电器上，导体棒中电流的方向如何？口头表述主题3：电磁感应中的能量问题通过实验可看到结果，解释磁铁的能量转化到哪里去了难度不大，但磁场变化过程中有磁场能学生不易理解，教师点评时注意。(1)螺线管和灵敏电流表组成的闭合电路，上面是弹簧和条形磁铁组成的振动装置，线圈直径大于磁铁的宽度．磁铁在线圈内振动中能量是如何转化的？(2)根据磁场变化和部分导体切割磁感线两种情况，请你说一下电磁感应现象中的能量转化方式．口头表述第三层级基本检测根据具体情况与部分同学交流,掌握学生的能力情况.全体学生独立思考，独立完成，小组同学都完成后可交流讨论。PPT课件技能拓展“电磁感应中的力电综合”对于多数学生来说有拓展的必要。教师未提出要求的情况下学有余力的学生可自主完成PPT课件记录要点教师可在学生完成后作点评学生在相应的位置做笔记。PPT课件第四层级知识总结教师可根据实际情况决定有没有必要总结或部分点评一下。学生就本节所学做一个自我总结，之后可小组交流讨论。PPT课件呈现感悟收获注意有代表性的收集一些学生的体会，以便有针对性地调整教学方法。根据自己的感受如实填写，根据自己的思考找出解决方案。课外拓展感应电场与静电场的比较PPT课件板书设计§4.4电磁感应现象的两类情况感应电动势感生电场动生电动势感生电动势电路问题能量问题本节习题综合练习1．下列说法中正确的是()A．感生电场由变化的磁场产生B．恒定的磁场也能在周围空间产生感生电场C．感生电场的方向也同样可以用楞次定律和右手定则来判定D．感生电场的电场线是闭合曲线，其方向一定是沿逆时针方向解析：磁场变化时在空间激发感生电场，其方向与所产生的感应电流方向相同，只能由楞次定律判断，A项正确．答案：A2．在空间某处存在一变化的磁场，则下列说法中正确的是()A．在磁场中放一闭合线圈，线圈中一定会产生感应电流B．在磁场中放一闭合线圈，线圈中不一定产生感应电流C．在磁场中不放闭合线圈，在变化的磁场周围一定不会产生电场D．在磁场中不放闭合线圈，在变化的磁场周围一定会产生电场解析：根据感应电流的产生条件，只有穿过闭合线圈的磁通量发生变化，线圈中才产生感应电流，A错，B对；变化的磁场产生感生电场，与是否存在闭合线圈无关，C错，D对．答案：BD3.如图所示，一金属半圆环置于匀强磁场中，当磁场突然减弱时，则()A．N端电势高B．M端电势高C．若磁场不变，将半圆环绕MN轴旋转180°的过程中，N端电势高D．若磁场不变，将半圆环绕MN轴旋转180°的过程中，M端电势高解析：将半圆环补充为圆形回路，由楞次定律可判断圆环中产生的感应电动势方向在半圆环中由N指向M，即M端电势高，B正确；若磁场不变，半圆环绕MN轴旋转180°的过程中，由楞次定律可判断，半圆环中产生的感应电动势在半圆环中由N指向M，即M端电势高，D正确．答案：BD4.如图所示，固定的水平长直导线中通有电流I，矩形线框与导线在同一竖直平面内，且一边与导线平行，线框由静止释放，在下落过程中()A．穿过线框的磁通量保持不变B．线框中感应电流方向保持不变C．线框所受安培力的合力为零D．线框的机械能不断增大解析：线框下落过程中距离直导线越来越远，磁场越来越弱，但磁场方向不变，所以磁通量越来越小，根据楞次定律可知感应电流的方向不变，A错，B对；线框左边和右边所受安培力总是大小相等，方向相反，但上下两边磁场强弱不同，安培力大小不同，合力不为零，C错；下落过程中机械能越来越小，D错．答案：B5.如图所示，闭合金属导线框放置在竖直向上的匀强磁场中，磁场磁感应强度的大小随时间变化而变化．下列说法中正确的是()A．当磁感应强度增大时，线框中的感应电流可能减小B．当磁感应强度增大时，线框中的感应电流一定增大C．当磁感应强度减小时，线框中的感应电流一定增大D．当磁感应强度减小时，线框中的感应电流可能不变解析：线框中的感应电动势为E＝ΔBΔtS，设线框的电阻为R，则线框中的电流I＝ER＝ΔBΔtSR，因为B增大或减小时，ΔBΔt可能减小，可能增大，也可能不变．线框中的感应电动势的大小只和磁通量的变化率有关，和磁通量的变化量无关．故选项A、D正确．答案：AD6.如图所示，MN、PQ是间距为L的平行金属导轨，置于磁感应强度为B、方向垂直导轨所在平面向里的匀强磁场中，M、P间接有一阻值为R的电阻．一根与导轨接触良好、有效阻值为R2的金属导线ab垂直导轨放置，并在水平外力F的作用下以速度v向右匀速运动，则(不计导轨电阻)()A．通过电阻R的电流方向为P→R→MB．a、b两点间的电压为BLvC．a端电势比b端电势高D．外力F做的功等于电阻R上产生的焦耳热解析：由右手定则可知通过金属导线的电流由b到a，即通过电阻R的电流方向为M→R→P，A错误；金属导线产生的感应电动势为BLv，而a、b两点间的电压为等效电路路端电压，由闭合电路欧姆定律可知，a、b两点间电压为23BLv，B错误；金属导线可等效为电源，在电源内部，电流从低电势流向高电势，所以a端电势高于b端电势，C正确；根据能量守恒定律可知，外力F做的功等于电阻R和金属导线产生的焦耳热之和，D错误．答案：C7．如图所示，两根足够长的光滑金属导轨水平平行放置，间距为l＝1m，cd间、de间、cf间分别接阻值为R＝10Ω的电阻．一阻值为R＝10Ω的导体棒ab以速度v＝4m/s匀速向左运动，导体棒与导轨接触良好；导轨所在平面存在磁感应强度大小为B＝0.5T、方向竖直向下的匀强磁场．下列说法中正确的是()A．导体棒ab中电流的流向为由b到aB．cd两端的电压为1VC．de两端的电压为1VD．fe两端的电压为1V解析：由右手定则可判知A选项错；由法拉第电磁感应定律E＝Blv＝0.5×1×4V＝2V，Ucd＝RR＋RE＝1V，B正确；由于de、cf间电阻没有电流流过，故Ucf＝Ude＝0，所以Ufe＝Ucd＝1V，C错误，D正确．答案：BD8.如图所示，纸面内有一矩形导体闭合线框abcd，ab边长大于bc边长，置于垂直纸面向里、边界为MN的匀强磁场外，线框两次匀速地完全进入磁场，两次速度大小相同，方向均垂直于MN.第一次ab边平行MN进入磁场，线框上产生的热量为Q1，通过线框导体横截面的电荷量为q1；第二次bc边平行MN进入磁场，线框上产生的热量为Q2，通过线框导体横截面的电荷量为q2，则()A．Q1＞Q2，q1＝q2B．Q1＞Q2，q1＞q2C．Q1＝Q2，q1＝q2D．Q1＝Q2，q1＞q2答案：A9．(2014·山东理综)如图，一端接有定值电阻的平行金属轨道固定在水平面内，通有恒定电流的长直绝缘导线垂直并紧靠轨道固定，导体棒与轨道垂直且接触良好．在向右匀速通过M、N两区的过程中，导体棒所受安培力分别用FM、FN表示．不计轨道电阻．以下叙述正确的是()A．FM向右B．FN向左C．FM逐渐增大D．FN逐渐减小解析：根据楞次定律、法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律和安培力公式解决问题．根据直线电流产生磁场的分布情况知，M区的磁场方向垂直纸面向外，N区的磁场方向垂直纸面向里，离导线越远，磁感应强度越小．当导体棒匀速通过M、N两区时，感应电流的效果总是反抗引起感应电流的原因，故导体棒在M、N两区运动时，受到的安培力均向左，故选项A错误，选项B正确；导体棒在M区运动时，磁感应强度B变大，根据E＝Blv，I＝ER及F＝BIl可知，FM逐渐变大，故选项C正确；导体棒在N区运动时，磁感应强度B变小，根据E＝Blv，I＝ER及F＝BIl可知，FN逐渐变小，故选项D正确．答案：BCD10.如图所示，PN与QM两平行金属导轨相距1m，电阻不计，两端分别接有电阻R1和R2，且R1＝6Ω，ab导体的电阻为2Ω，在导轨上可无摩擦地滑动，垂直穿过导轨平面的匀强磁场的磁感应强度为1T．现ab以恒定速度v＝3m/s匀速向右移动，这时ab杆上消耗的电功率与R1、R2消耗的电功率之和相等，求：(1)R2的阻值．(2)R1与R2消耗的电功率分别为多少？(3)拉ab杆的水平向右的外力F为多大？解析：(1)内外功率相等，则内外电阻相等，有6·R26＋R2＝2解得R2＝3Ω(2)E＝BLv＝1×1×3V＝3V总电流I＝ER总＝34A＝0.75A路端电压U＝IR外＝0.75×2V＝1.5VP1＝U2R1＝1.526W＝0.375WP2＝U2R2＝1.523W＝0.75W(3)F＝BIL＝1×0.75×1N＝0.75N答案：(1)3Ω(2)0.375W0.75W(3)0.75N11.电阻可忽略的光滑平行金属导轨长x＝1.15m，两导轨间距L＝0.75m，导轨倾角为30°，导轨上端ab接一阻值R＝1.5Ω的电阻，磁感应强度B＝0.8T的匀强磁场垂直轨道平面向上．阻值r＝0.5Ω，质量m＝0.2kg的金属棒与轨道垂直且接触良好，从轨道上端ab处由静止开始下滑至底端，在此过程中金属棒产生的焦耳热Q1＝0.1J．g取10m/s2，求：(1)金属棒在此过程中克服安培力的功W安；(2)金属棒下滑速度v＝2m/s时的加速度a.解析：(1)下滑过程中安培力的功即为在电阻上产生的焦耳热，由于R＝3r，则QR＝3Qr＝0.3J得W安＝Q＝QR＋Qr＝0.4J(2)金属棒下滑时受重力和安培力，且有F安＝BIL＝B2L2R＋rv由牛顿第二定律得mgsin30°－B2L2R＋rv＝ma故a＝gsin30°－B2L2mR＋rv＝10×12－0.82×0.752×20.2×1.5×0.5m/s2＝3.2m/s2.答案：(1)0.4J(2)3.2