解放军文职招聘考试法拉第电磁感应定律

 法拉第电磁感应定律

【教学目标】

1、知识与技能：

（1）、知道感应电动势,及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，并能区别Φ、ΔΦ、。

（3）、理解法拉第电磁感应定律内容、数学表达式。

（4）、知道E=BLvsinθ如何推得。

（5）、会用解决问题。

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。

（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。

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】法拉第电磁感应定律。

【教学难点】感应电流与感应电动势的产生条件的区别。

【教学方法】实验法、归纳法、类比法

【教具准备】

多媒体课件、多媒体电脑、投影仪、检流计、螺线管、磁铁。

【教学过程】

一、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：穿过闭合回路的磁通量发生变化，就会在回路中产生感应电流。

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，且这个电路中就一定有电源。

3、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？

答：由楞次定律或右手定则判断感应电流的方向

二、引入新课

1、问题1：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？

  答：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、问题2：如图所示，在螺线管中插入一个条形磁铁，问

①、在条形磁铁向下插入螺线管的过程中,该电路中是否都有电流?为什么?

答：有，因磁通量有变化

②、有感应电流,是谁充当电源?

答：由恒定电流中学习可知，对比可知左图中的虚线框部分相当于电源。

 

 

 

 

③、上图中若电路是断开的，有无感应电流电流？有无感应电动势？

答：电路断开，肯定无电流，但有电动势。

3、产生感应电动势的条件是什么？

答：回路中的磁通量发生变化．

4、比较产生感应电动势的条件和产生感应电流的条件你有什么发现？

答：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。（情感目标）

本节课我们就来一起探究感应电动势

三、进行新课

（一）、探究影响感应电动势大小的因素

（1）探究目的：感应电动势大小跟什么因素有关？（学生猜测）

（2）探究要求：

①、将条形磁铁迅速和缓慢的插入拔出螺线管，记录表针的最大摆幅。

    ②、迅速和缓慢移动导体棒，记录表针的最大摆幅。

③、迅速和缓慢移动滑动变阻器滑片，迅速和缓慢的插入拔出螺线管，分别记录表针的最大摆幅；

（3）、探究问题：

问题1、在实验中，电流表指针偏转原因是什么？

问题2：电流表指针偏转程度跟感应电动势的大小有什么关系？

问题3：在实验中，快速和慢速效果有什么相同和不同？

（4）、探究过程

安排学生实验。（能力培养）

 

 

 

 

 

教师引导学生分析实验，（课件展示）回答以上问题

学生甲：穿过电路的Φ变化产生E_感产生I_感.

学生乙：由全电路欧姆定律知I=，当电路中的总电阻一定时，E_感越大，I越大，指针偏转越大。

学生丙：磁通量变化相同，但磁通量变化的快慢不同。

可见，感应电动势的大小跟磁通量变化和所用时间都有关，即与磁通量的变化率有关.

把定义为磁通量的变化率。

上面的实验，我们可用磁通量的变化率来解释：

学生甲：实验中，将条形磁铁快插入（或拔出）比慢插入或（拔出）时，大，I_感大，E_感大。

实验结论:电动势的大小与磁通量的变化快慢有关，磁通量的变化越快电动势越大,磁通量的变化越慢电动势越小。

（二）、法拉第电磁感应定律

从上面的实验我们可以发现，越大，E_感越大，即感应电动势的大小完全由磁通量的变化率决定。精确的实验表明：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路磁通量的变化率成正比，即E∝。这就是法拉第电磁感应定律。

（师生共同活动，推导法拉第电磁感应定律的表达式）（课件展示）

E=k

在国际单位制中，电动势单位是伏（V），磁通量单位是韦伯（Wb），时间单位是秒（s），可以证明式中比例系数k=1，（同学们可以课下自己证明），则上式可写成

E=

设闭合电路是一个N匝线圈，且穿过每匝线圈的磁通量变化率都相同，这时相当于N个单匝线圈串联而成，因此感应电动势变为

E=N

1.内容:电动势的大小与磁通量的变化率成正比

2.公式:ε=N

3.定律的理解:

⑴磁通量、磁通量的变化量、磁通量的变化量率的区别Φ、ΔΦ、ΔΦ／Δt

⑵感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比

⑶感应电动势的方向由楞次定律来判断

⑷感应电动势的不同表达式由磁通量的的因素决定：

当ΔΦ＝ΔＢＳcosθ则ε＝ΔＢ／ΔtＳcosθ

当ΔΦ＝ＢΔＳcosθ则ε＝ＢΔＳ／Δtcosθ

当ΔΦ＝ＢＳΔ(cosθ)则ε＝ＢＳΔ（cosθ）／Δt

4、特例——导线切割磁感线时的感应电动势

用课件展示如图所示电路，闭合电路一部分导体ab处于匀强磁场中，磁感应强度为B，ab的长度为L，以速度v匀速切割磁感线，求产生的感应电动势？（课件展示）

   解析：设在Δt时间内导体棒由原来的位置运动到a₁b₁，这时线框面积的变化量为

ΔS=LvΔt

穿过闭合电路磁通量的变化量为

ΔΦ=BΔS=BLvΔt

据法拉第电磁感应定律，得

E==BLv

这是导线切割磁感线时的感应电动势计算更简捷公式，需要理解

（1）B,L,V两两垂直

（2）导线的长度L应为有效长度

（3）导线运动方向和磁感线平行时，E=0

（4）速度V为平均值（瞬时值），E就为平均值（瞬时值）

问题：当导体的运动方向跟磁感线方向有一个夹角θ，感应电动势可用上面的公式计算吗？

用课件展示如图所示电路，闭合电路的一部分导体处于匀强磁场中，导体棒以v斜向切割磁感线，求产生的感应电动势。

解析：可以把速度v分解为两个分量：垂直于磁感线的分量v₁=vsinθ和平行于磁感线的分量v₂=vcosθ。后者不切割磁感线，不产生感应电动势。前者切割磁感线，产生的感应电动势为

E=BLv₁=BLvsinθ

强调：在国际单位制中，上式中B、L、v的单位分别是特斯拉（T）、米（m）、米每秒（m/s），θ指v与B的夹角。

5、公式比较

与功率的两个公式比较得出E=ΔΦ/Δt：求平均电动势

E=BLV ： v为瞬时值时求瞬时电动势，v为平均值时求平均电动势

课堂练习：

例题1：下列说法正确的是（  D   ）

A、线圈中磁通量变化越大，线圈中产生的感应电动势一定越大

B、线圈中的磁通量越大，线圈中产生的感应电动势一定越大

C、线圈处在磁场越强的位置，线圈中产生的感应电动势一定越大

D、线圈中磁通量变化得越快，线圈中产生的感应电动势越大

例题2：一个匝数为100、面积为10cm²的线圈垂直磁场放置，在0. 5s内穿过它的磁场从1T增加到9T。求线圈中的感应电动势。

解：由电磁感应定律可得E=nΔΦ/Δt①

ΔΦ＝ ΔＢ×Ｓ②

由① ②联立可得E=n ΔＢ×Ｓ/Δt

代如数值可得Ｅ＝１６Ｖ

例题3、如图所示，在磁感强度为0.1T的匀强磁场中有一个与之垂直的金属框ABCD，框电阻不计，上面接一个长0.1m的可滑动的金属丝ab，已知金属丝质量为0.2g，电阻R＝0.2Ω，不计阻力，求金属丝ab匀速下落时的速度。(4m／s)

问1：将上题的框架竖直倒放，使框平面放成与水平成30°角，不计阻力，B垂直于框平面，求v？

答案：(2m／s)

问2：上题中若ab框间有摩擦阻力，且μ＝0.2，求v？

答案：(1.3m／s)

问3：若不计摩擦，而将B方向改为竖直向上，求v？

答案：(2.67m／s)

问4：若此时再加摩擦μ＝0.2，求v？

答案：(1.6m／s)

问5：如图所示在问2中的BC中间加ε＝0.3v、r＝0.8Ω的电池，求v？

答案：(20m／s)

问6：上题中若有摩擦，μ＝0.2，求v？

问7：B改为竖直向上，求v？

问8：将电池ε反接时的各种情况下，求v？

【课堂小结】

1、让学生概括总结本节的内容。请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔记本上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容。

2、认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方。

3、让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架。