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2019-2020年新課標(biāo)教科版3-2選修三1.5《電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化與守恒》WORD教案1 【教學(xué)目標(biāo)】 1、知識(shí)與技能： （1）、了解感生電動(dòng)勢(shì)和動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的概念及不同。 （2）、了解感生電動(dòng)勢(shì)和動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的原因。 （3）、能用動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生電動(dòng)勢(shì)的公式進(jìn)行分析和計(jì)算。 2、過程與方法 通過探究感生電動(dòng)勢(shì)和動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的原因，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和邏輯推理能力。 3、情感態(tài)度與價(jià)值觀 從電磁感應(yīng)現(xiàn)象中我們找到產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)和動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的個(gè)性與共性問題，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)不同事物進(jìn)行分析，找出共性與個(gè)性的辯證唯物主義思想。 【教學(xué)重點(diǎn)】感生電動(dòng)勢(shì)和動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)。 【教學(xué)難點(diǎn)】感生電動(dòng)勢(shì)和動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的原因。 【教學(xué)方法】類比法、練習(xí)法 【教具準(zhǔn)備】 多媒體課件 【教學(xué)過程】 一、復(fù)習(xí)提問： 1、法拉第電磁感應(yīng)定律的內(nèi)容是什么？數(shù)學(xué)表達(dá)式是什么？ 答：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與磁通量的變化率成正比，即E=。 2、導(dǎo)體在磁場(chǎng)中切割磁感線產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)與什么因素有關(guān)，表達(dá)式是什么，它成立的條件又是什么？ 答：導(dǎo)體在磁場(chǎng)中切割磁感線產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的大小與導(dǎo)體棒的有效長度、磁場(chǎng)強(qiáng)弱、導(dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)，表達(dá)式是E= BLvsinθ，該表達(dá)式只能適用于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。 二、引入新課 在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，由于引起磁通量的變化的原因不同感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的機(jī)理也不同，本節(jié)課我們就一起來學(xué)習(xí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的機(jī)理。 三、進(jìn)行新課 （一）、感生電動(dòng)勢(shì)和動(dòng)生電動(dòng)勢(shì) 由于引起磁通量的變化的原因不同感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的機(jī)理也不同，一般分為兩種：一種是磁場(chǎng)不變，導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)引起的磁通量的變化而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這種電動(dòng)勢(shì)稱作動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)，另外一種是導(dǎo)體不動(dòng)，由于磁場(chǎng)變化引起磁通量的變化而產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)稱作感生電動(dòng)勢(shì)。 B E 1、感應(yīng)電場(chǎng) 19世紀(jì)60年代，英國物理學(xué)家麥克斯韋在他的電磁場(chǎng)理論中指出，變化的磁場(chǎng)會(huì)在周圍空間激發(fā)一種電場(chǎng)，我們把這種電場(chǎng)叫做感應(yīng)電場(chǎng)。 靜止的電荷激發(fā)的電場(chǎng)叫靜電場(chǎng)，靜電場(chǎng)的電場(chǎng)線是由正電荷發(fā)出，到負(fù)電荷終止，電場(chǎng)線不閉合，而感應(yīng)電場(chǎng)是一種渦旋電場(chǎng)，電場(chǎng)線是封閉的，如圖所示，如果空間存在閉合導(dǎo)體，導(dǎo)體中的自由電荷就會(huì)在電場(chǎng)力的作用下定向移動(dòng)，而產(chǎn)生感應(yīng)電流，或者說導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。 感應(yīng)電場(chǎng)是產(chǎn)生感應(yīng)電流或感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的原因，感應(yīng)電場(chǎng)的方向也可以由楞次定律來判斷。感應(yīng)電流的方向與感應(yīng)電場(chǎng)的方向相同。 2、感生電動(dòng)勢(shì) （1）產(chǎn)生：磁場(chǎng)變化時(shí)會(huì)在空間激發(fā)電場(chǎng)，閉合導(dǎo)體中的自由電子在電場(chǎng)力的作用下定向運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生感應(yīng)電流，即產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。 （2）定義：由感生電場(chǎng)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)成為感生電動(dòng)勢(shì)。 （3）感生電場(chǎng)方向判斷：右手螺旋定則。 B A 例題，在空間出現(xiàn)如圖所示的閉合電場(chǎng)，電場(chǎng)線為一簇閉合曲線，這可能是（ ） A．沿AB方向磁場(chǎng)在迅速減弱 B. 沿AB方向磁場(chǎng)在迅速增強(qiáng) C. 沿BA方向磁場(chǎng)在迅速減弱 D. 沿BA方向磁場(chǎng)在迅速增強(qiáng) 分析：根據(jù)電磁感應(yīng)，閉合回路中的磁通量變化時(shí)，使閉合回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，該電流可用楞次定律來判斷，根據(jù)麥克斯韋電磁理論，閉合回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，使因?yàn)殚]合回路中受到了電場(chǎng)力的作用，而變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)，與是否存在閉合回路沒有關(guān)系，故空間磁場(chǎng)變化產(chǎn)生的電場(chǎng)方向，仍可用楞次定律來判斷，四指環(huán)繞方向即感應(yīng)電場(chǎng)的方向，由此可知AC正確。 正確答案：AC 點(diǎn)評(píng)：已知感應(yīng)電場(chǎng)方向求原磁通量的變化情況的基本思路是： 楞次定律 右手螺旋定則 楞次定律 右手螺旋定則 感應(yīng)電場(chǎng)的方向 感應(yīng)磁場(chǎng)的方向 磁通量的變化情況 3、感生電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生 由感應(yīng)電場(chǎng)使導(dǎo)體產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)叫做感生電動(dòng)勢(shì)，感生電動(dòng)勢(shì)在電路中的作用就是充當(dāng)電源，其電路是內(nèi)電路，當(dāng)它和外電路連接后就會(huì)對(duì)外電路供電。 變化的磁場(chǎng)在閉合導(dǎo)體所在的空間產(chǎn)生電場(chǎng)，導(dǎo)體內(nèi)自由電荷在電場(chǎng)力作用下產(chǎn)生感應(yīng)電流，或者說產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。其中感應(yīng)電場(chǎng)就相當(dāng)于電源內(nèi)部所謂的非靜電力，對(duì)電荷產(chǎn)生作用。例如磁場(chǎng)變化時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E=NScosθ （二）、洛倫茲力與動(dòng)生電動(dòng)勢(shì) 導(dǎo)體切割磁感線時(shí)會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，該電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的機(jī)理是什么呢？導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與哪些因素有關(guān)？他是如何將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的？ 1、動(dòng)生電動(dòng)勢(shì) （1）產(chǎn)生：導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生動(dòng)生電動(dòng)勢(shì) （2）大?。篍=BLv（B的方向與v的方向垂直） （3）動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)大小的推導(dǎo)： M N a b ab棒處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，垂直紙面向里，棒沿光滑導(dǎo)軌以速度v勻速向右滑動(dòng)，已知導(dǎo)軌寬度為L，經(jīng)過時(shí)間t由M運(yùn)動(dòng)導(dǎo)N，如圖所示， 由法拉第電磁感應(yīng)定律可得： E= 故動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)大小為E=BLv。 F’ F洛 D C D C B 2、動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)原因分析 導(dǎo)體在磁場(chǎng)中切割磁感線時(shí)，產(chǎn)生動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)，它是由于導(dǎo)體中的自由電子受到洛倫茲力的作用而引起的。 如圖所示，一條直導(dǎo)線CD在云強(qiáng)磁場(chǎng)B中以速度v向右運(yùn)動(dòng)，并且導(dǎo)線CD與B、v的方向垂直，由于導(dǎo)體中的自由電子隨導(dǎo)體一起以速度v運(yùn)動(dòng)，因此每個(gè)電子受到的洛倫茲力為： F洛=Bev F的方向豎直向下，在力F的作用下，自由電子沿導(dǎo)體向下運(yùn)動(dòng)，使導(dǎo)體下端出現(xiàn)過剩的負(fù)電荷，導(dǎo)體上端出現(xiàn)過剩的正電荷，結(jié)果使導(dǎo)體上端D的電勢(shì)高于下端C的電勢(shì)，出現(xiàn)由D指向C的靜電場(chǎng)，此電場(chǎng)對(duì)電子的靜電力F’的方向向上，與洛倫茲力F方向相反，隨著導(dǎo)體兩端正負(fù)電荷的積累，電場(chǎng)不斷增強(qiáng)，當(dāng)作用在自由電子上的靜電力與電子受到的洛倫茲力相平衡時(shí)，DC兩端產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的電勢(shì)差如果用另外的導(dǎo)線把CD兩端連接起來，由于D段的電勢(shì)比C段的電勢(shì)高，自由電子在靜電力的作用下將在導(dǎo)線框中沿順時(shí)針流動(dòng)，形成逆時(shí)針方向的電流，如圖乙所示，電荷的流動(dòng)使CD兩端積累的電荷不斷減少，洛倫茲力又不斷使自由電子從D端運(yùn)動(dòng)到C端從而在CD兩端維持一個(gè)穩(wěn)定的電動(dòng)勢(shì)。 可見運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體CD就是一個(gè)電源，D端是電源的正極，C端是電源的負(fù)極，自由電子受洛倫茲力的用，從D端搬運(yùn)到C端，也可以看做是正電荷受洛倫茲力作用從C端搬運(yùn)到D端，這里洛倫茲力就相當(dāng)于電源中的非靜電力，根據(jù)電動(dòng)勢(shì)的定義，電動(dòng)勢(shì)等于單位正電荷從負(fù)極通過電源內(nèi)部移動(dòng)到電源的正極非靜電力所做的功，作用在單位電荷上的洛倫茲力為： F=F洛/e=Bv 于是動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)就是： E=FL=BLv 上式與法拉第電磁感應(yīng)定律得到的結(jié)果一致。 (三)、動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生電動(dòng)勢(shì)具有相對(duì)性 動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生電動(dòng)勢(shì)的劃分，在某些情況下只有相對(duì)意義，如本章開始的實(shí)驗(yàn)中，將條形磁鐵插入線圈中，如果在相對(duì)于磁鐵靜止的參考系觀察，磁鐵不動(dòng)，空間各點(diǎn)的磁場(chǎng)也沒有發(fā)生變化，而線圈在運(yùn)動(dòng)，線圈中的電動(dòng)勢(shì)是動(dòng)生的；但是，如果在相對(duì)于線圈靜止的參考系內(nèi)觀察，則看到磁鐵在運(yùn)動(dòng)，引起空間磁場(chǎng)發(fā)生變化，因而，線圈中的電動(dòng)勢(shì)是感生的，在這種情況下，究竟把電動(dòng)勢(shì)看作動(dòng)生的還是感生的，決定于觀察者所在的參考系，然而，并不是在任何情況下都能通過轉(zhuǎn)換參考系把一種電動(dòng)勢(shì)歸結(jié)為另一種電動(dòng)勢(shì)，不管是哪一種電動(dòng)勢(shì)，法拉第電磁感應(yīng)定律、楞次定律都成立。 (四)應(yīng)用——電子感應(yīng)加速器 即使沒有導(dǎo)體存在，變化的磁場(chǎng)以在空間激發(fā)渦旋狀的感應(yīng)電場(chǎng)，電子感應(yīng)器就是應(yīng)用了這個(gè)原理，電子加速器是加速電子的裝置，他的主要部分如圖所示，畫斜線的部分為電磁鐵兩極，在其間隙安放一個(gè)環(huán)形真空室，電磁鐵用頻率為每秒數(shù)十周的強(qiáng)大交流電流來勵(lì)磁，使兩極間的磁感應(yīng)強(qiáng)度B往返變化，從而在環(huán)形真空室內(nèi)感應(yīng)出很強(qiáng)的感應(yīng)渦旋電場(chǎng)，用電子槍將電子注入喚醒真空室，他們?cè)跍u旋電場(chǎng)的作用下被加速，同時(shí)在磁場(chǎng)里受到洛倫茲力的作用，沿圓規(guī)道運(yùn)動(dòng)。 如何使電子維持在恒定半徑為R的圓規(guī)道上加速，這對(duì)磁場(chǎng)沿徑向分布有一定的要求，設(shè)電子軌道出的磁場(chǎng)為B，電子做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的向心力為洛倫茲力，因此： eBv=mv2/R mv=ReB 也就是說，只要電子動(dòng)量隨磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比例增加，就可以維持電子在一定的軌道上運(yùn)動(dòng)。 【課堂小結(jié)】 本節(jié)課我們學(xué)習(xí)了感生電動(dòng)勢(shì)和動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的原因，感生電動(dòng)勢(shì)是在感應(yīng)電場(chǎng)作用下，自由電子定向運(yùn)動(dòng)形成的感應(yīng)電流。動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)是自由電子在洛倫茲力的作用些下定向運(yùn)動(dòng)形成感應(yīng)電流，感應(yīng)電場(chǎng)對(duì)電荷的作用力和洛倫茲力充當(dāng)了電源里的非靜電力。 【板書設(shè)計(jì)】 第五節(jié)：電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用 一、感生電動(dòng)勢(shì) （1）產(chǎn)生：磁場(chǎng)變化時(shí)會(huì)在空間激發(fā)電場(chǎng)，閉合導(dǎo)體中的自由電子在電場(chǎng)力的作用下定向運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生感應(yīng)電流，即產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。 （2）定義：由感生電場(chǎng)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)成為感生電動(dòng)勢(shì)。 （3）感生電場(chǎng)方向判斷：右手螺旋定則。 二、動(dòng)生電動(dòng)勢(shì) （1）產(chǎn)生：導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)，由于導(dǎo)體中的自由電子受到洛倫茲力的作用而引起的 （2）大?。篍=BLv（B的方向與v的方向垂直） （3）動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)大小的推導(dǎo) 【布置作業(yè)】選修3-2課本第20頁“思考與討論” 課后作業(yè)：第20-21頁1、2、3、4題 【課后反思】 讓學(xué)生知道電磁感應(yīng)產(chǎn)生的機(jī)理，激勵(lì)學(xué)生探求知識(shí)的來源和根源。有利于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)精神。