法拉第电磁感应定律 教学设计4

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．重点是使学生掌握感应电动势和感应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：在什么情况下，电路中会有感应电流产生？

要求学生回答：

①电路要闭合

②电路的磁通量要发生变化

（二）教学过程设计

1．设问。

既然会判定感应电流的有无，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=BI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=BI。

在匀速向外拉金属线框的过程中，拉力做功的功率p=F·v=BIV。

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=Bv。(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=Bvsinθ，(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△t时间内移动的位移是△，那么它的速度即可表示为，，(2)式可以改写为式中I△是ab边在△t时间内扫过的面积，I△sinθ是ab边在△t时间内垂直于磁场方向扫过的有效面积。BI△sinθ是ab边在△t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△t时间内的变化量△φ。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E的大小不是跟磁通量φ成正比，也不是跟磁通量的变化量△φ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△t一段时间内平均感应电动势，只有当△t趋近于零时，才是即时值。

(3)公式ε=Blvsinθ中，当v取即时速度则E是即时值，当v取平均速度时，E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E和电路总电阻决定，符合欧姆定律。

（三）课堂小结

1、导体做切割磁感线运动时，感应电动势可由ε=Bvsinθ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律确定，即。

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．这一节课先讲感应电动势再过渡到感应电动势，其目的是隐含地告诉学生在某些情况下可以从具体到一般。