江西省宜春市宜春中学高中物理选修32全册教学案.docx
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江西省宜春市宜春中学高中物理选修32全册教学案
§4.1《划时代的发现》
【要达成的目标】
1、了解电磁感应的发展过程;
2、体会人类探索自然规律的科学态度和科学精神。
【“教”与“学”过程】
本堂课使用的电教手段
问题1、奥斯特在什么思想的启发下,发现了电流的磁效应?
问题2、奥斯特发现了电流的磁效应,能说明他是一个“幸运儿”吗?
是偶然
还是必然?
问题3、1803年奥斯特总结了一句话内容是什么?
问题4、法拉第在了解奥斯特的电流磁效应的基础上,由对称性原理进行思考,
通过什么手段验证他的思考?
得出了什么样的结论?
问题5、其他很多科学家例如安培,克拉顿等物理学家也做过磁生电的试验。
可他们都没有成功,他们问题出现在哪里?
问题6、法拉第经过无数次试验,经历十年的时间,终于领悟到了什么?
问题7、什么事电磁感应?
什么是感应电流?
问题8、通过学习,你从奥斯特,法拉第等科学家身上学到了什么?
【课后反思】
(教师写成败得失和改进措施,学生写学习体会和存在的问题)
§4.2《探究感应电流产生的条件》(第1课时)
【要达成的目标】
1、知道产生感应电流的条件;
2、会使用线圈以及常见磁铁完成简单的实验;
3、学会通过实验观察、记录结果、分析论证得出结论的科学探究方法;
4、通过实验观察和实验探究,理解感应电流的产生条件。
举例说明电
磁感应在生活和生产中的应用。
【“教”与“学”过程】
本堂课使用的电教手段
一、复习回顾
请同学们回顾以前学过的内容,或查询相关资料,然后完成下面几个问题:
1.磁通量是如何定义的?
引起磁通量的变化有哪些因素?
二、感应电流产生的条件
实验一:
请同学们结合教材第5页,回顾初中所学的知识,回答下列问题:
1、
(1)导体左右切割磁感线时,指针(摆动或不摆动)
(2)导体上下移动时,指针(摆动或不摆动)
2、分析:
实物图可以转化为如下平面图,两种磁感应强度不变,
(1)中闭合线
圈的面积,
(2)中闭合线圈的面积(“变化”或“不变”)
3、结论:
实验二:
结合教材第6页,向线圈中插入磁铁,或把磁铁从线圈中抽出,探究磁
铁插入或抽出与电流表指针摆动的关系,请同学们阅读教材,上课时按老师要
求实验后完成下列表格
磁铁的运动
表针是否摆动
磁铁的运动
表针是否摆动
N极插入线圈
S极插入线圈
N极停在线圈中
S极停在线圈中
N极从线圈中抽出
S极从线圈中抽出
1、分析:
(1)磁铁插入线圈时,线圈的面积,磁场;(变或不变)
(2)磁铁静止在线圈中时,线圈的面积,磁场;(变或不变)
(3)磁铁从线圈中抽出时,线圈的面积,磁场;(变或不变)
2、结论:
实验三:
“模仿法拉第的实验”
请同学们阅读教材第6页,上课时按老师要求实验后完成下列表格
操 作
表针是否摆动
开关闭合瞬间
开关断开瞬间
开关闭合时,滑动变阻器不动
开关闭合时,迅速移动滑动变阻器的滑片
1、分析:
(1)开关闭合瞬间 ,大线圈的面积不变,但磁场;
(2)开关断开瞬间 ,大线圈的面积也不改变,但磁场;
(3)当迅速移动滑线变阻器的滑片,小线圈中的迅速变化,电流产生的
也随之而变化,而大线圈的面积不发生变化,但穿过线圈的发
生了变化。
2:
结论:
产生感应电流的条件:
例1、关于感应电流,下列说法中正确的是()
A.只要闭合电路内有磁通量,闭合电路中就有感应电流产生
B.穿过螺线管的磁通量发生变化时,螺线管内部就一定有感应电流产生
C.线框不闭合时,即使穿过线圈的磁通量发生变化,线圈中也没有感应电流
D.只要电路的一部分作切割磁感线运动,电路中就一定有感应电流
【课后反思】
(教师写成败得失和改进措施,学生写学习体会和存在的问题)
§4.2《探究感应电流产生的条件》(第2课时)
【要达成的目标】
1、掌握判断感应电流有无的方法;
2、理解电磁感应现象中的能量转化和应用。
【“教”与“学”过程】
本堂课使用的电教手段
一、感应电流有无的判断
例1、判断下列三种情况闭合线圈中是否有电流
练习、如图所示,有一正方形闭合线圈,在足够大的匀强磁场中运动,下列四个
图中能产生感应电流的是图()
例2、如图所示,在匀强磁场中有两条平
行的金属导轨,磁场方向与导轨平面垂
直,导轨上有两条可沿导轨自由移动的
金属棒ab、cd,与导轨接触良好。
这两
条金属棒ab、cd的运动速度分别是V1、
V2,若井字形回路中有感应电流通过,
则可能是()
A.V1>V2B.V1 例3、如下图所示,正方形线圈在通电长直导线的磁场中运动;A向右平动, B向下平动,C绕轴转动(ad边向外),D以长直导线为轴转动(ad及bc的转 动半径为r1、r2都不变),E向上平动(E线圈有个缺口),判断线圈中有没有 感应电流。 二、电磁感应现象中的能量转化和应用 1、在电磁感应现象中,能量转化和守恒定律同样适用,由于机械运动而产生 感应电流时,感应电流的电能是由外界的能量转化为能。 无 机械运动而产生的感应电流,感应电流的电能是由产生变化的电路中的电能转 化而来的。 2、电磁感应在生活中有哪些应用? 【课后反思】 (教师写成败得失和改进措施,学生写学习体会和存在的问题) §4.3《楞次定律》(第1课时) 【要达成的目标】 1、与老师一起用实验方式探究感应电流的方向,能说出实验装置、能准确 描述现象、能正确记录现象; 2、通过实验现象分析归纳、得出结论----楞次定律; 3、能抓住定律内容中的关键字、词理解楞次定律。 【“教”与“学”过程】 本堂课使用的电教手段 Ⅰ、课前预习 阅读课本P9---P12,参考教辅资料,浏览本教学案,了解本节内容要点 Ⅱ、课堂展示与讨论 问题思考1: 如图所示,有什么方法探究通过电流表的电流流入方向与指针 摆动方向的关系吗? 这种关系是怎样的? (先作猜想,再观察课堂演示) 【延伸思考1】根据以上关系如何判断课本“图4.2-2”中通过电流表电流 方向? 又如何进一步判断通过线圈中的感应电流流入流出方向? 怎样才能 描述俯视情况下流过线圈中的感应电流方向? 一、探究感应电流的方向 1、实验探究 请根据课本“图4.2-2”简述实验装置和实验操作。 (准备课堂提问) 2、实验记录(在下图中标出磁铁N极或S极及它们的插入、拔出情况 (共四种)) 问题思考2: 在实验中感应电流的方向与哪些因素有关? 这些因素的物理本 质是什么呢? 3、分析: 编号 引起感应电流的 磁场方向(B引) 引起感应电流的磁通量的增加、减少(Δφ) 线圈中的感应电流 方向(俯视)I感 感应电流的产生的磁场方向(B感) 甲 乙 丙 丁 编号 引起感应电流的 磁场方向(B引) 引起感应电流的磁通量的增加、减少(Δφ) 线圈中的感应电流 方向(俯视)I感 感应电流的产生的磁场方向(B感) 甲 乙 丙 丁 4、归纳结论 (1)当穿过线圈内的磁通量增加时,感应电流的磁场________引起感应电 流的磁通量的; (2)当穿过线圈内的磁通量减少时,感应电流的磁场________引起感应电 流的磁通量的减少。 问题思考3: 选取上表中的一例,说明感应电流的产生过程及感应电流产生 的磁场对引起感应电流的原磁场的作用效果 如: 二、楞次定律 1、内容: 2、对定律的理解: (1)定律中的关键词是“_________”,你是如何理解的? 完成下表: 谁在阻碍谁 阻碍什么 为何阻碍 如何阻碍 结果如何 选取记录表中的一例,回答上表问题 【课后反思】 (教师写成败得失和改进措施,学生写学习体会和存在的问题) §4.3《楞次定律》(第2课时) 【要达成的目标】 1、进一步理解楞次定律的内容,分析推理“阻碍”的表现形式; 2、分析楞次定律反映的能量转化和守恒; 3、能应用楞次定律判断感应电流方向,并总结判断步骤方法。 【“教”与“学”过程】 本堂课使用的电教手段 Ⅰ、课前预习 阅读课本P9---P12,参考教辅资料,浏览本教学案,了解本节内容要点 Ⅱ、课堂展示与讨论 复述楞次定律内容 例题分析: 阅读课本P11页例题1,分析小结应用楞次定律判断感应电流 方向的方法步骤。 1、研究____________及其所在闭合回路的感应电流方向_ 2、引起感应电流的原磁场是由______产生的,它在所要研究的闭合回路中 磁场方向是_________, 3、穿过所要研究的闭合回路的磁通量的变化是__________, 4、由楞次定律判断感应电流产生的磁场方向与引起感应电流的原磁场的方 向_______,即______, 5、由_______________可判断感应电流方向为___________ 应用楞次定律的思路步骤: (在方框中填步骤、在箭头上填原理) 巩固练习: 选取实验记录中的一例,用楞次定律判感应电流方向,比较是 否与实验相符。 问题思考1: 举例分析感应电流产生的效果与引起感应电流的原因,说明 二者的关系是怎样的? 三、楞次定律的推论: 感应电流产生的效果总是要__________引起感应电流的原因。 【延伸思考1】: 这种关系的表现形式有哪些? (分析下列实例说明) 1、闭合线圈的面积不变,感应电流是因磁场的变化引起的, 则感应电流的磁场阻碍原磁场的变化。 (口诀: ________________) 2、磁场不变,感应电流是因回路面积的变化引起的, 则感应电流的磁场阻碍引起感应电流的面积变化。 (口诀: ______________) 3、若感应电流是因为导体与磁场的相对运动产生的, 则感应电流的磁场阻碍它们的相对运动。 (口诀: ________________) 问题思考2: 如图所示,固定于水平面上的金属架CDEF处在竖直向下的匀 强磁场中,金属棒MN沿框架以速度v向右匀速运动。 请判断回路中的感 应电流方向。 分析: 目前判感应电流方向应用_______________(规律) 1、研究的闭合回路是___________; 2、引起感应电流的原磁场方向是___________; 3、引起感应电流的磁通量变化是___________; 4、由__________可判感应电流产生的磁场方向是_________; 5、由________可判感应电流方向是__________。 【延伸思考2】: 还有其它方法吗? 请说出来。 四、右手定则 (1)内容: (2)适用: (3)方向特点: 【课后反思】 (教师写成败得失和改进措施,学生写学习体会和存在的问题) §4.3《电磁感应》(第3课时) 【要达成的目标】 1、分析楞次定律反映的能量转化和守恒; 2、能应用楞次定律判断感应电流方向,熟悉判断步骤方法。 能解决二次感 应问题; 3、会用楞次定律判断物体受力和及运动情况。 【“教”与“学”过程】 本堂课使用的电教手段 Ⅰ、课前预习 阅读课本P9---P12,参考教辅资料,浏览本教学案,了解本节内容要点 Ⅱ、课堂展示与讨论 复述楞次定律内容 问题思考1: 在电磁感应现象中,产生了电流,也就产生了电能,楞次定 律是如何反映电能从其它形式的能转化而来的? 举例说明。 磁铁下落或光 滑水平导体棒切割磁感线。 五、楞次定律的从能量转化和守恒观点的反映 电磁感应现象中,产生了感应电流,也就产生了电能,电能一定是在克服这 种“阻碍”的过程中,由其他形式的能转化而来的。 如果没有这种“阻碍”, 将违背能量守恒定律,可以得出总能量增加的错误结论。 例题1、如图所示,用一根长为L质量不计的细杆与 一个上弧长为 、下弧长为 的金属线框的中点联结 并悬挂于O点,悬点正下方存在一个上弧长为2 、 下弧长为2 的方向垂直纸面向里的匀强磁场,且 < 先将线框拉开到如图所示位置,松手后让线框进入磁场,忽略空气阻 力和摩擦.下列说法正确的是() A.金属线框进入磁场时感应电流的方向为 B.金属线框离开磁场时感应电流的方向为 C.金属线框dc边进入磁场与ab边离开磁场的速度大小相等 D.金属线框最终将在磁场内做简谐运动 六、应用楞次定律: 复述楞次定律应用步骤。 例题2、如图所示,导线框abcd与导线AB在同一 平面内,直导线中通有恒定的电流I,当线框由左向右 匀速通过直导线的过程中,线框中感应电流的方向是 A.先abcda,再dcbad,后abcda; B.先abcda,再dcbad; C.始终是dcbad D.先adcba,再abcda,后dcbad 方法小结: 七、应用右手定则: 例题3、如图所示是闭合电路中的一部分导体ab在磁场中做切割磁感线 运动的情景,分析各图中感应电流的方向。 方法小结: 区分比较楞次定律和右手定则 八、二次感应问题: 例题4、如图所示,水平放置的两条轨道上有可自由移 动的金属棒PQ、MN,当PQ在外作用下运动时,MN 在磁场力作用下向右运动,则PQ所做的运动可能是 () A、向右匀加速运动B、向左匀加速运动 C、向右匀减速运动D、向左匀减速运动 【课后反思】 (教师写成败得失和改进措施,学生写学习体会和存在的问题) §4.4《法拉第电磁感应定律》(第1课时) 【要达成的目标】 1、知道感应电动势的概念,区分Φ、ΔΦ、ΔΦ/Δt的区别与联系; 2、理解法拉第电磁感应定律的内容和数学表达式。 【“教”与“学”过程】 本堂课使用的电教手段 一、感应电动势 穿过闭合电路的磁通量发生变化时,电路中就会有___________。 闭合 电路中有感应电流,电路中就一定有________。 如果电路不闭合,虽然没 有感应电流,但电动势仍然存在。 在电磁感应现象中产生的电动势叫______________,产生感应电动势的那部分导体相当于___________。 二、对感应电动势大小的实验探究 实验一: 条形磁铁插入或拔出线圈 1、磁铁插入或线圈中,指针发生了偏转,其原因是什么? 2、指针的偏转程度与感应电动势的大小有什么关系? 2、分别较快、较慢将条形磁铁插入或拔出线圈,能看到什么现象,说明了 什么? 实验二: 按图示装置连接电路,将滑动变阻器的滑动头分别以较快和较慢 的速度从一侧滑至另一侧与,观察比较电流计指针的偏转情况。 此现象说 明了什么? 三、法拉第电磁感应定律 1、内容: 2、表达式 对法拉第电磁感应定律的理解: (1) 的两种基本形式: ①当线圈面积S不变,垂直于线圈平 面的磁场B发生变化时,_则表达式可写成__________;②当磁场B不变, 垂直于磁场的线圈面积S发生变化时,则表达式可写成__________。 (2)感应电动势的大小取决于穿过电路的磁通量的变化率 ,与φ的 大小及△φ的大小没有必然联系。 (为什么) (3)应该知道: 用公式计算的感应电动势是平均电动势,只有在电动势 不随时间变化的情况下平均电动势才等于瞬时电动势。 四、练习1、用绝缘导线绕制的线圈,匝数为100,由于截面积不大,可以认为穿过各匝线圈的磁通量是相等的,设在0.5秒内把磁铁的一极插入螺线管,这段时间里穿过每匝线圈的磁通量由0增至1.5×10-5Wb。 这时螺线管产生的 感应电动势有多大? 如果线圈和电流表总电阻是3欧,感应电流有多大? 练习2、穿过一个电阻为1Ω的单匝闭合线圈的磁通量始终是每秒均匀减少2Wb,则( ) A.线圈中的感应电动势一定是每秒减少2v B.线圈中的感应电动势一定是2v C.线圈中的感应电流一定是每秒减少2A D.线圈中的感应电流一定是2A 【课后反思】 (教师写成败得失和改进措施,学生写学习体会和存在的问题) §4.4《法拉第电磁感应定律》(第2课时) 【要达成的目标】 1、能进一步对 进行应用; 2、能结合一些图像进行对公式的应用。 【“教”与“学”过程】 本堂课使用的电教手段 例1、单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动,若线圈所围面积里磁通量随时 间变化的规律如图所示(正弦图象一部分),则( ) A.线圈中0时刻感应电动势为0 B.线圈中0时刻感应电动势最大 C.线圈中D时刻感应电动势为0 D.线圈中A时刻感应电动势大于B时刻感应电动势 (提示: 借助数学知识与 的结合) 2、如图所示,a、b、c三点的坐标分别为a(40,0,0)、b(0,30,0)、c(0,0,40),用每厘米长度电阻为0.1 的导线依次连接abcOa点,形成闭合回路。 该空间存在一个沿x轴正方向的匀强磁场,其磁感应强度大小随时间变化的关系式为B=(0.7+0.6t)T,则回路中的感应电流方向为________(选填“abcOa”或“aOcba”);大小为________A。 (提示: 先确定该面的磁通量,抓住磁通里的面积为有效面积,然后根据 ,借助楞次定律及右手螺旋定则去确定电流方向) 练习1、如图所示,空间存在垂直于纸面的均匀磁场,在半径为a的圆形区 域内、外,磁场方向相反,磁感应强度的大小均为B。 一半径为b,电阻为 R的圆形导线环放置在纸面内,其圆心与圆形区域的中心重合。 在内、外磁 场同时由B均匀地减小到零的过程中,通过导线截面的电量Q=____。 (提示: 根据电量计算公式q=It及 ) 练习2 、如图所示,矩形线圈处于匀强磁场中,当磁场分别按图 (1)图 (2)两种方式变化时,t0时间内线圈产生的电能及通过线圈某一截面的电量分别用W1、W2、q1、q2表示,则下列关系式正确的是() A.W1=W2q1=q2 B.W1>W2q1=q2 C.W1 D.W1>W2q1>q2 练习3、如图(a)所示的螺线管的匝数n=1500,横截面积S=20cm2,电阻 r=1.5Ω,与螺线管串联的外电阻R1=1.0Ω,R2=3.5Ω.若穿过螺线管的磁场 的磁感应强度按图(b)所示的规律变化,计算R1上消耗的电功率。 (提示: 根据法拉第电磁感应定律 ,画出等效电路图,用恒定电 流的知识进行解决) 【课后反思】 (教师写成败得失和改进措施,学生写学习体会和存在的问题) §4.4《法拉第电磁感应定律》(第3课时) 【要达成的目标】 1、推导切割磁感线运动时感应电动势的大小; 2、会对切割磁感线运动时感应电动势公式的应用。 【“教”与“学”过程】 一、切割感应电动势 初中我们就知道了导体切割磁感线会产生感应电流,那么肯定是产生 了感应电动势,下面我们从法拉第电磁感应定律来推导切割磁感线运动时 感应电动势的大小。 如图,矩形线圈abcd仅次于匀强磁场中,磁感应强度为B,线框平面 跟磁感线垂直,线框可动部分ab的长度是l,运动速度的大小是v,速度方向跟ab垂直,同时也跟磁场方向垂直。 ΔS=___________Δφ=BΔS=_______________ 所以: 这个公式表示,在匀强磁场中,当磁感应强度、导线、导线的运动方 向三者______时,感应电动势等于___________________。 对该式的理解: 式中的速度v如果瞬时速度,则求得电动势就是瞬时 电动势,如果是平均速度,则求得的E就是平均电动势。 问题: 如果导体运动方向与导体本身垂直,但与磁场方向有一个夹角,感应电动势的大小应如何计算? 理解: 1、公式 中的 是指切割磁感线的有效长度.如图5中,当弧形导线在匀强磁场中以速度 运动时, 中l的是指此圆弧的直径,而不是指圆弧的弧长。 2、如果是一根导体棒在磁场中绕某点O旋转切割磁感线,则导体棒两端感应电动势为: ______________ (提示: 画出图,然后用切割公式进行变形处理) 例题、如图所示,金属导轨间距为d,左端接一电阻R,匀强磁场的磁感应 强度为B,方向垂直于平行金属导轨所在的平面,一根长金属棒与导轨成θ 角放置,金属棒与导轨电阻不计。 当金属棒沿垂直于棒的方向,以恒定速度 v在金属导轨上滑行时,通过电阻的电流强度为;电阻R上的 发热功率为;拉力的机械功率为。 练习、如图所示,有一夹角为θ的金属角架,角架所围区域内存在匀强磁场中,磁场的磁感强度为B,方向与角架所在平面垂直,一段直导线ab垂直ce,从顶角c贴着角架以速度v向右匀速运动, 求: (1)t时刻角架的瞬时感应电动势; (2)t时间内角架的平均感应电动势? 【课后反思】 (教师写成败得失和改进措施,学生写学习体会和存在的问题) §4.4《法拉第电磁感应定律》(第4课时) 【要达成的目标】 1、能进一步对 进行应用; 2、能运用定律处理有关电磁感应的图像问题。 【“教”与“学”过程】 本堂课使用的电教手段 本节是有关电磁感应的图像专题,要借助法拉第电磁感应定律及楞次 定律或者右手定则和右手螺旋定则进行处理和分析。 例1、一个圆形闭合线圈固定在垂直纸面的匀强磁场中,线圈平面与磁场方向垂直,如图7-5甲所示。 设垂直纸面向里的磁感应强度方向为正,垂直纸面向外的磁感应强度方向为负。 线圈中顺时针方向的感应电流为正,逆时针方向的感应电流为负。 已知圆形线圈中感应电流i随时间变化的图象如图7-5乙所示,则线圈所在处的磁场的磁感应强度随时间变化的图象可能是() (提示: 先根据题意规定的正负来确定感应电流的方向,然后根据右手螺 旋定则确定其产生的磁场的方向再根据楞次定律判断磁通量的增减以及原 磁场的方向。 或者直接根据选项出发分析也能得到。 ) 例题2、如图所示,在x≤0的区域内存在匀强磁场,磁场的方向垂直于xy平面(纸面)向里。 具有一定电阻的矩形线框abcd位于xy平面内,线框的ab边与y轴重合。 令线框从t=0的时刻起由静止开始沿x轴正方向做匀加速运动,则线框中的感应电流I(取逆时针方向的电流方向为正)随时间t变化图线I-t图可能是下图中的哪一个? () (提示: 本题用右手定则来确定感应电流的方向结合匀加速运动的特点) 练习1、如图所示,平行于y轴的导体棒以速度v向右匀速直线运动,经过 半径为R、磁感应强度为B的圆形匀强磁场区域,导体棒中的感应电动势ε 与导体棒位置x关系的图像是() 练习2、一矩形线圈位于一随时间t变化 的匀强磁场内,磁场方向垂直线圈所 在的平面(纸面)向里,如图(甲)所示。 磁感应强度B随t的变化规律如 图(乙)所示。 以I表示线圈中的感应电流,以图(甲)中线圈上箭头所示 方向的电流为正,则以下的 图中正确的是
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