《电磁感应现象的两类情况》教学设计
- 资源简介:
电磁感应现象的两类情况
主备:陈燕 第 课时 总第 课时
【教学目标】
1.知识与技能
⑴知道感生电场。
⑵知道感生电动势和动生电动势及其区别与联系。
2.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。
3.情感、态度与价值观
通过对相应物理学史的了解,培养热爱科学、尊重知识的良好品德。
【教学重点】感生电动势与动生电动势的概念。
【教学难点】对感生电动势与动生电动势实质的理解
【教 具】计算机,投影仪
【教学过程】
(一)引入新课
教 师:我们在恒定电流以章中学过电源和电动势。大家回顾一下,什么是电源?什么是电动势?
学生甲:电源是通过 非静电力做功把其他形式能转化为电能的装置。
学生乙: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 ,叫做电源的电动势。用E表示电动势,则:
教师:同学们回答得很好。
教师:电源有好多种,比如干电池、手摇发电机等。请分别说出这些电源中的非静电力作用和能量转化情况。
学生:干电池中的非静电力是化学作用,把化学能转化为电能;手摇发电机的非静电力是电磁作用,把机械能转化为电能。
教师:不同的电源,非静电力可能不同,但从能量转化的角度看,他们所起的作用是相同的,都是把其他形式能转化为电能。从这个角度看,电源的电动势所描述的物理意义是什么?请举例说明。
学生:电动势描述了电源把其他形式能转化为电能的本领,即表征非静电力对自由电荷做功的本领。不如,干电池的电动势是1.5V,表示把1C正电荷从电源负极搬到正极,非静电力做功1.5 J,而蓄电池电动势是2.0V,表示把1C正电荷从电源负极搬到正极,非静电力做功2.0 J,我们说蓄电池把化学能转化为电能的本领比干电池大。
教师:同学们说得很好。
教师: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、电磁感应现象中的感生 电场(感生电动势)
教师: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。由感生电场产生的感应电动势,叫做感生电动势。
教师:感生电场的方向应如何判断?
提示: 大家回想一下,感应电流的方向如何判 断?电流的方向与电荷移动的方向有何关系?
学生:感应电流的方向用楞次定律判定。电流的方向与正电荷移动的方向相同。感生电场的方向与正电荷受力的方向相同,因此,感生电场的方向也可以用楞次定律判定。
教师:若导体中的自由电荷是负电荷,能否用楞次定律判定 ?
学生:能。因为负电荷的运动可以等效为正电荷在反方向上的运动。
教师:下面通过例题看一下这方面的应用。[]
(投影)
教师:被加速的电子带什么电?
学生:负电
教师:电子逆时针运动,等效电流方向如何?
学生:顺时针。
教师:加速电场的方向如何?
学生:顺时针。
教师:使电子加速的电场是什么电场?
学生:感生电场。
教师:电磁铁的磁场怎样变化才能产生顺时针方向的感生电场?为什么?
学生:增强。因为感应电流的磁场方向与电磁铁的磁场方向相反。感应电流的磁场阻碍磁通量的变化。感生电场是磁场变强引起的。因此,电磁铁的电流变大才能使电子加速。
教师:如果电流的方向与图示方向相反,请自己判断一下,为使电子加速,电流又应怎样变化?
学生:按照上面的判断步骤独立分析。学生代表发言。
教师:倾听学生的发言,进行点评。
2、电磁感应现象中的洛伦兹力(动生电动势)
教师:(投影)思考与讨论。
教师:引导学生分组讨论,选出代表发表见解。
学生:思考、讨论,发表见解。
学生甲: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。
学生乙:2.自由电荷不会一直运动下去。因为C、D两端聚集电荷 越来越多,在CD棒间产生的电场越来越强,当电场力等于洛伦兹力时,自由电荷不再定向运动。
学生丙:3.C端电势高。
学生丁:4.导体棒中电流是由D指向C的。
教师:一段导体切割磁感线运动时相当于一个电源,这时非静电力与洛伦兹力有关。由于导体运动而产生的电动势叫动生电动势。
教师:如图所示,导体棒运动过程中产生感应电流,试分析电路中的能量转化情况。
学生:导体棒中的电流受到安培力作用,安培力的方向与运动方向相反,阻碍导体棒的运动,导体棒要克服安培力做功,将机械能转化为电能。
(三)课堂总结、点评
教师活动: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。
学生活动: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。
点评:总结课堂内容,培养学生概括总结能力。
教师要放开,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。
(四)实例探究
☆感生电场与感生电动势
【例1】 如图所示,一个闭合电路静止于磁场中,由于磁场强弱的变化,而使电路中产生了感应电动势,下列说法中正确的是( )
A.磁场变化时,会在在空间中激发一种电场
B.使电荷定向移动形成电流的力是磁场力
C.使电荷定向移动形成电流的力是电场力
D.以上说法都不对
解析:根据麦克斯 韦理论,变化的磁场产生电场,处在其中的导体,其内部的自由电荷在电场力作用下定向移动形成电流。答案:AC
☆洛仑兹力与动生电动势
【例2】如图所示,导体AB在做切割磁感线运动时,将产生一个电动势,因而在电路中有电流通过,下列说法中正确的是( )
A.因导体运动而产生的感应电动势称为动生电动势
B.动生电动势的产生与洛仑兹力有关
C.动生电动 势的产生与电场力有关
D.动生电动势和感生电动势产生的原因是一样的
解析:如图所示,当导体向右运动时,其内部的自由电子因受向下的洛仑兹力作用向下运动,于是在棒的B端出现负电荷,而在棒的 A端显示出正电荷,所以A端电势比 B端高.棒 AB就相当于一个电源,正极在A端。
答案:AB
☆综合应用
【例3】如图所示,两根相距为L的竖直平行金属导轨位于磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中,导轨电阻不计,另外两根与上述光滑导轨保持良好接触的金属杆ab、cd质量均为m,电阻均为R,若要使 cd静止不动,则ab杆应向_________运动,速度大小为_______,作用于ab杆上的外力大小为____________
解析:应用感应电动势的计算式、安培力的计算式、物体的平衡知识求解。
解法一:因cd杆处于 静止状态,故向上的安培力等于重力,即
①
回路中电流 ②[]
又 ③
联立①②③解得 ,方向竖直向上.
ab棒匀速运动时:
故
解法二:因 cd静止、ab匀速运动,两棒均处于平衡状态,取ab、cd两棒整体研究,ab、cd中电流等大、反向,故ab、cd所受安培力等大、反向,安培力之和为零.故 .
又因cd静止,所以 ①
回路中电流 ②
又 ③
联立①②③解得 ,方向 竖直向上。
答案:向上 2mg
【二次备课】
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