《法拉第电磁感应定律》的教学设计

法拉第电磁感应定律----感应电动势的大小一、教学目标1．在物理知识方面的要求．(1)掌握导体切割磁感线的情况下产生的感应电动势．(2)掌握穿过闭合电路的磁通量变化时产生的感应电动势．(3)了解平均感应电动势和感应电动势的即时值．2．通过推理论证的过程培养学生的推理能力和分析问题的能力．3．运用能的转化和守恒定律来研究问题，渗透物理思想的教育．二、重点、难点分析1．重点是使学生掌握动生电动势和感生电动势与哪些因素有关．2．在论证过程中怎样运用能的转化和守恒思想是本节的难点．三、主要教学过程(一)引入新课复习提问：在发生电磁感应的情况下，用什么方法可以判定感应电流的方向？要求学生回答出：切割磁感线时用右手定则；磁通量变化时用楞次定律．(二)教学过程设计1．设问．既然会判定感应电流的方向，那么，怎样确定感应电流的强弱呢？既然有感应电流，那么就一定存在感应电动势．只要能确定感应电动势的大小，根据欧姆定律就可以确定感应电流了．2．导线切割磁感线的情况．(1)如图所示，矩形闭合金属线框abcd置于有界的匀强磁场B中，现以速度v匀速拉出磁场，我们来看感应电动势的大小．在水平方向ab边受到安培力Fm=BIl的作用．因为金属线框是做匀速运动，所以拉线框的外力F的大小等于这个安培力，即F=BIl．在匀速向外拉金属线框的过程中，拉力做功的功率P=F·v=BIlv．拉力的功并没有增加线框的动能，而是使线框中产生了感应电流I．根据能的转化和守恒定律可知，拉力F的功率等于线框中的电功率P′．闭合电路中的电功率等于电源电动势ε(在这里就是感应电动势)与电流I的乘积．显然Fv=εI，即BIv=εI．得出感应电动势ε=Blv．(1)式中的l是垂直切割磁感线的有效长度(ab)，v是垂直切割磁感线的有效速度．(2)当ab边与磁感线成θ角(如图2)做切割磁感线运动时，可以把速度v分解，其有效切割速度v⊥＝v·sinθ．那么，公式(1)可改写为：ε＝Blvsinθ．(2)这就是导体切割磁感线时感应电动势的公式．在国际单位制中，它们的单位满足：V=Tm2/s．3．穿过闭合电路的磁通量变化时．(1)参看前图，若导体ab在Δt时间内移动的位移是Δl，那么式中lΔl是ab边在Δt时间内扫过的面积．lΔlsinθ是ab边在Δt时间内垂直于磁场方向扫过的有效面积．BlΔlsinθ是ab边在Δt时间内扫过的磁通量(磁感线的条数)，对于金属线框abcd来说这个值也就是穿过线框磁通量在Δt时间内的变化量ΔФ．这样(3)式可简化为(2)在一般情况下，线圈多是由很多匝(n匝)线框构成，每匝产生的感应电动势均为(4)式的值，串联起来n匝，则线圈产生的感应电动势可用表示．这个公式可以用精密的实验验证．这就是法拉第电磁感应定律的表达式．(3)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．这就是法拉第电磁感应定律．4．几个应该说明的问题．(1)在法拉第电磁感应定律中感应电动势ε的大小不是跟磁通量Ф成正比，也不是跟磁通量的变化量ΔФ成正比，而是跟磁通量的变化率成正比．(2)法拉第电磁感应定律反映的是在Δt一段时间内平均感应电动势．只有当Δt趋近于零时，才是即时值．(3)公式ε=Blvsinθ中，当v取即时速度则ε是即时值，当v取平均速度时，ε是平均感应电动势．(4)当磁通量变化时，对于闭合电路一定有感应电流．若电路不闭合，则无感应电流，但仍然有感应电动势．(5)感应电动势就是电源电动势，是非静电力使电荷移动增加电势能的结果．电路中感应电流的强弱由感应电动势的大小ε和电路总电阻决定，符合欧姆定律．四、课堂小结1．导体做切割磁感线运动时，感应电动势可由ε=Blvsinθ确定．2．穿过电路的磁通量发生变化时，感应电动势由法拉第电磁感应定3．感应电动势就是电源电动势．有关闭合电路相关量的计算在这里都适用．4．同学们应该会证明单位关系：V=Wb/s．五、教学说明1．这一节课是从能的转化和守恒定律入手展开的，其目的在于渗透一点物理思想．2．这一节课先讲动生电动势再过渡到感生电动势，其目的是隐含地告诉学生在某些情况下两者是一致的、统一的．3．建议本节课后安排一节习题课来加以巩固．