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“电磁感应〞单元复****br/>一、教学设计思路
单元复****课的目的是引导学生对知识的再认识,包括本章知识结构梳理、易混概念方法的辨析、综合应用等。对电磁感应单元来说,主要的知识结构是三个根本问题:感应电流的产生条件、方向判断和感应电动势大小的计算。教学中可以通过图片、问题导引学生建构本章的知识网络,通过问题变式来提高学生的知识迁移能力和分析综合能力。
二、前期分析
本章出现的概念较多,如感应电流、感应电动势、自感电动势、反电动势、动生电动势、感应电动势、磁通量、磁通量变化量、磁通量变化率等,还有右手定那么和之前学****过的左手定那么,感应电动势计算公式的选用,学生学****时都容易混淆。因此,教学时应当加强对这些概念和方法的比拟,使学生在了解相近概念的联系和差异中,达成对每个概念的理解。楞次定律和法拉第电磁感应定律是解决电磁感应问题的重要依据,复****中必须深入理解和熟练掌握。由于电磁感应的实际问题与电学、力学知识联系紧密,在实际中也有许多应用,本章涉及的一些问题的分析和讨论,对提高学生的综合分析能力和解决实际问题的能力都有积极作用,应在章节复****当中逐步提高学生的综合分析能力。
重点与难点:
感应电流的方向判断与大小计算。
灵活解决电磁感应中的力学综合问题。
三、教学目标
〔一〕知识与技能
,如左手定那么和右手定那么等
〔二〕过程与方法
,通过问题的解决来逐步构建电磁感应单元的知识框架
〔三〕情感态度与价值观
通过问题的讨论解决,学生养成敢于发表自己见解的勇气,增强物理学****的信心。
四、教学过程
〔一〕问题导引,梳理知识
问题1:如图5-5-1,匀强磁场中导体棒在匀速运动,导体棒中有感应电流吗?〔讨论后展示图5-5-2,追问:导体棒和灵敏电流表构成的回路中,哪个是电源?这里的非静电力是什么?〕
问题2:如图5-5-3,不切割磁感线的情况下如何让金属环中出现感应电流?〔学生答复后再展示图5-5-4,追问:这里的非静电力又是什么?〕
问题3:一句话总结,产生感应电流的条件是什么?磁通量的变化有哪些根本途径?
图5-5-2
图5-5-3
图5-5-1
图5-5-4
问题3:图5-5-5中导线框正在进入磁场中,产生的感应电流方向怎样?〔复****右手定那么和楞次定律〕
t
T
0
i
乙
a
i
b
甲
c
d
图5-5-6
问题4:这是切割引起的,再看磁场变化引起的:图5-5-6甲中直导线的电流变化如图5-5-6乙所示〔向上为正〕,导线框中产生的感应电流方向怎样?
a
d
c
b
v
图5-5-5
问题变式:感应电流在磁场中要受到安培力作用,图5-5-5中安培力方向怎样?〔区分左手定那么和右手定那么〕
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问题变式:假设将磁场反向,那么安培力方向怎样?为什么还不变?〔复****楞次定律的推论〕为什么效果不能促进原因,即如果安培力促进导体棒运动会有什么问题?〔引导学生从能量角度认识楞次定律〕力的作用效果除了改变运动状态,还可以产生形变,这里的形变效果是使线框收缩还是扩张?〔仍可以用楞次定律的推论判断〕
问题变式:图5-5-2中在到T内安培力的作用效果怎样?
再推广:楞次定律的推论还表达在本章学过的自感现象中。
v
a
d
c
b
图5-5-67
问题变式:图5-5-1中线框匀速进入磁场过程中,感应电流大小怎么变?〔复****感应电动势的两个公式〕图5-5-2中什么时刻线框中产生的感应电流最大?
:到这里,我们复****了三个根本问题:
什么条件下会产生电磁感应?
感应电流的方向怎样判定?
感应电动势的大小怎样计算?
这就是这一章的主要知识结构。
〔二〕拓展应用,养成综合能力
-5-7正方形导线框abcd是用一根粗细均匀的电阻丝围成的,当它以相同的速度进入和离开匀强磁场时,bc两点间的电压之比为多少?
学生解答,教师点评。
总结:电磁感应和电路的综合题关键是画好等效电路。
-5-8,两足够长的光滑金属导轨竖直放置,相距为L,一理想电流表与两导轨相连,匀强磁场与导轨平面垂直。一质量为m、有效电阻为R的导体棒在距磁场上边界h处静止释放。导体棒进入磁场后,流经电流表的电流逐渐减小,最终稳定为I。整个运动过程中,导体棒与导轨接触良好,且始终保持水平,不计导轨的电阻。求:
①磁感应强度的大小B;
②电流稳定后,导体棒运动速度的大小v;
③流经电流表电流的最大值Im。
图5-5-8
变式拓展:
④导体棒速度为v/2时的加速度;
⑤定性画出导体棒中的电流随时间变化的i-t图象;
⑥为使金属棒从稳定速度开始,以加速度a沿着导轨竖直向下做匀加速直线运动。试写出施加在棒上的竖直方向的拉力F与时间t的关系表达式。
E,R
I
mg
BIL
a
图5-5-9
预设:读题之后,教师引导学生从关键句“流经电流表的电流逐渐减小,最终稳定为I〞切入分析。从以下四个“为什么〞逐步展开分析:
①为什么会有电流?
导体棒切割磁感线产生感应电动势E,故在回路中形成了感应电流,用右手定那么判得感应电流I的方向,如下图5-5-9。
②电流为什么会减小?
据式子可知,电流I减小的原因是导体棒的速度v在减小,说明导体棒进入磁场后做减速运动。
③速度为什么会减小?
导体棒在磁场中运动时,同时受到了重力mg和安培力BIL的作用,安培力大于重力,加速度方向竖直向上〔如下图〕,故做减速运动。
④电流为什么最终稳定为I。
我们来研究一下动态变化的过程,,当加速度到达a=0时,速度到达最大,并开始保持稳定不变做匀速运动,所以电流最终也会稳定为I。
总结:如下图为逻辑关系框架图,从图可以清楚地看出运动、电、力三者是相互关联、相互影响、相互制约的。解决电磁感应问题的重点就在于通过分析去构建它们之间的关系。所以,这个逻辑框架图可以帮助学生形成对电磁感应问题整体性的认识和系统性的把握。
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运动〔v〕
电〔I〕
力〔F〕
加速度〔a〕
五、形成性评价
图5-5-10
-5-10,L为自感线圈,线圈直流电阻等于零,Dl、D2是规格相同的两只灯泡,当开关S合上后,关于两灯明暗情况正确的选项是
,随后Dl灯熄灭、D2灯更亮
,D2立即熄灭,D1灯过一会才熄灭
a
b
图5-5-11
A
B
-5-11,用同样导线制成的圆环a和b所包围的面积之比为4:1,直导线的电阻可忽略,将a环放在垂直于环面且均匀变化的匀强磁场内,b环放在磁场外,A、B两点间的电势差为U1;假设将a环与b环的位置互换,A、B两点间的电势差为U2,那么:U1与U2的比值为多大?
图5-5-12
-5-12,处于匀强磁场中的两根足够长、电阻不计的平行金属导轨相距1m,导轨平面与水平面成θ=37o角,下端连接阻值为R的电阻,匀强磁场方向与导轨平面垂直,,电阻不计的金属棒放在两导轨上,棒与导轨垂直并保持良好接触,。
〔1〕求金属棒沿导轨由静止开始下滑时的加速度大小。
〔2〕当金属棒下滑速度到达稳定时,电阻R消耗的功率为8W,求该速度的大小。
〔3〕在上问中,假设R=2Ω,金属棒中的电流方向由a到b,求磁感应强度的大小与方向.〔g=10m/s2,sin37o=,cos37o=〕