教师行为 学生行为 课堂变化及处理

主要环节的效果

通过实验观察让学生通过类比得出物理规律。

认识电磁感应现象中产生感应电动势的本质

培养学生设计实验的能力

培养学生的合作的能力

进一步让学生理解感应电动势的推导过程及其含义。 导入新课：

多媒体展示：

问：a、b两图中，若电路是闭合的，有无电流？

图b中有电流时，哪一部分相当于电源？

教师：线圈既然是电源，就一定有电动势，同时线圈的电阻即为电源的内阻。

问：图b中，若电路不闭合，当条形磁铁插入或拔出时,有无电流？有无电动势？

教师：在电磁感应现象中，不论电路是否闭合，只要穿过电路的磁通量发生变化，电路中就有感应电动势。有感应电动势是电磁感应现象的本质。

提出问题：感应电动势的大小跟哪些因素有关呢？

新课教学：

一、探究影响感应电动势大小的因素：

教师引导：

1．请同学们对影响感应电动势大小的因素进行猜想：

2．利用图b装置如何进行实验探究

①如何比较感应电动势的大小？

②如何控制磁通量变化量的大小和快慢？

3．请同学们利用手中器材进行实验

4．请同学们交流实验结果：

教师：磁通量变化的快慢用磁通量的变化率来描述，即单位时间内磁通量的变化量，用公式表示为。可以发现，越大，E感越大，即感应电动势的大小完全由磁通量的变化率决定。

　　精确的实验表明：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路磁通量的变化率成正比，即E∝。这就是法拉第电磁感应定律。

二、法拉第电磁感应定律

教师：纽曼、韦伯在对理论和实验资料进行严格分析后，于1845年和1846年先后指出;

1．内容：

2．师生共同推导法拉第电磁感应定律表达式：

设t1时刻穿过回路的磁通量为Φ1，t2时刻穿过回路的磁通量为Φ2，在时间Δt=t2－t1内磁通量的变化量为多少？磁通量的变化率为多少？ 感应电动势的表达式如何表示？

在国际单位制中，电动势单位是伏（V），磁通量单位是韦伯（Wb），时间单位是秒（s），可以证明式中比例系数k=1，（同学们可以课下自己证明），则上式可写成

设闭合电路是一个n匝线圈，且穿过每匝线圈的磁通量变化率都相同，这时相当于n个单匝线圈串联而成，因此感应电动势变为

说明：

（1）（2）两式计算时取绝对值。

请同学们思考：

磁通量Φ、磁通量的变化量△Φ、磁通量的变化率有何不同？

练习：有一个1000匝的线圈，在0.4s内通过它的磁通量从0.02Wb增加到0.09Wb，求

①线圈的感应电动势

②如果线圈的电阻是10Ω，把一个阻值为990Ω的电热器连接在它两端，通过电热器的电流是多大？

提出问题：导体切割磁感线时，感应电动势如何计算呢？

三、导线切割磁感线时的感应电动势

例题：如图所示电路，闭合电路一部分导体ab处于匀强磁场中，磁感应强度为B，ab的长度为L，以速度v匀速切割磁感线，求产生的感应电动势？

问题：当导体的运动方向跟磁感线方向有一个夹角θ，感应电动势可用上面的公式计算吗？

如图所示电路，闭合电路的一部分导体处于匀强磁场中，导体棒以v斜向切割磁感线，求产生的感应电动势。

　　［强调］在国际单位制中，上式中B、L、v的单位分别是特斯拉（T）、米（m）、米每秒（m/s），θ指v与B的夹角。

请同学们比较：公式E=n与E=BLvsinθ的区别与联系

练习2：

　　当航天飞机在环绕地球的轨道上飞行时，从中释放一颗卫星，卫星与航天飞机保持相对静止，两者用导电缆绳相连，这种卫星称为绳系卫星，利用它可以进行多种科学实验。

　　现有一颗绳系卫星在地球赤道上空沿东西方向运行。卫星位于航天飞机正上方，它与航天飞机间的距离是20.5Km，卫星所在位置的地磁场为，沿水平方向由南向北。如果航天飞机和卫星的运行速度是，求缆绳中的感应电动势。

四、反电动势

引导学生讨论教材图4.3-3中，电动机线圈的转动会产生感应电动势。这个电动势是加强了电源产生的电流，还是削弱了电源的电流？是有利于线圈转动还是阻碍线圈的转动？

教师总结点评。电动机转动时产生的感应电动势削弱了电源的电流，这个电动势称为反电动势。反电动势的作用是阻碍线圈的转动。这样，线圈要维持原来的转动就必须向电动机提供电能，电能转化为其它形式的能。

讨论：如果电动机因机械阻力过大而停止转动，会发生什么情况？这时应采取什么措施？

课堂小结：

　　请同学们对本节课的学习进行总结

思考并回答：

a图中有电流，b图中条形磁铁插入或拔出时，有电流。

回答：线圈相当于电源.

类比a、b两图回答：

无电流，有电动势。

猜想：

①与磁通量变化的大小有关

②与磁通量变化的快慢有关

答：用电流表代替电阻，在闭合电路电阻一定时，由闭合电路欧姆定律可知，感应电动势越大，感应电流就越大，可用电流表示数表示感应电动势的大小。

答：当同一条形磁铁从线圈上某位置开始插入到另一位置，只要初、末位置相同，磁通量的变化量就相同。插入越快，磁通量变化就越快。

两同学合作进行实验

交流实验结果：

磁通量的变化量就相同，插入越快，电流表示数越大，感应电动势越大。说明：感应电动势的大小与磁通量的变化量的大小无关，与磁通量变化的快慢有关。结论：磁通量变化越快，感应电动势越大。

阅读教材回答：

闭合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。

推导：

在时间Δt=t2－t1内磁通量的变化量为ΔΦ=Φ2－Φ1，磁通量的变化率为感应电动势为E，则

　　E=k

　　E=（1）

　　E=n（2）

（1）磁通量Φ是穿过某一面积的磁感线的条数；磁通量的变化量△Φ=Φ1-Φ2表示磁通量变化的多少，并不涉及这种变化所经历的时间；磁通量的变化率表示磁通量变化的快慢。

（2）当磁通量很大时，磁通量的变化量△Φ可能很小。同理，当磁通量的变化量△Φ很大时，若经历的时间很长，则磁通量的变化率也可能较小。

（3）磁通量Φ和磁通量的变化量△Φ的单位是Wb，磁通量变化率的单位是Wb／s。

（4）磁通量的变化量△Φ与电路中感应电动势大小没有必然关系，穿过电路的△Φ≠0是电路中存在感应电动势的前提；而磁通量的变化率与感应电动势的大小相联系，越大，电路中的感应电动势越大，反之亦然。

（5）磁通量的变化率，是Φ-t图象上某点切线的斜率。

分析解答（略）

解析：设在Δt时间内导体棒由原来的位置运动到a1b1，这时线框面积的变化量为ΔS=LvΔt

穿过闭合电路磁通量的变化量为

ΔΦ=BΔS=BLvΔt

据法拉第电磁感应定律，得

E==BLv (3)

解析：可以把速度v分解为两个分量：垂直于磁感线的分量v1=vsinθ和平行于磁感线的分量v2=vcosθ。后者不切割磁感线，不产生感应电动势。前者切割磁感线，产生的感应电动势为

　　E=BLv1=BLvsinθ

（1）研究对象不同：E=n的研究对象是一个回路，而E=BLvsinθ研究对象是磁场中运动的一段导体。

（2）物理意义不同：E=n求得是Δt时间内的平均感应电动势，当Δt→0时，则E为瞬时感应电动势；而E=BLvsinθ，如果v是某时刻的瞬时速度，则E也是该时刻的瞬时感应电动势；若v为平均速度，则E为平均感应电动势。

（3）E=n求得的电动势是整个回路的感应电动势，而不是回路中某部分导体的电动势。整个回路的电动势为零，其回路中某段导体的感应电动势不一定为零。

（4）E=BLvsinθ和E=n本质上是统一的。前者是后者的一种特殊情况。但是，当导体做切割磁感线运动时，用E＝BLvsinθ求E比较方便；当穿过电路的磁通量发生变化，用E=求E比较方便。

分析求解：（略）

学生讨论后发表见解。

电动机转动时产生的感应电动势削弱了电源的电流，阻碍线圈的转动。

学生讨论，发表见解。

电动机停止转动，这时就没有了反电动势，线圈电阻一般都很小，线圈中电流会很大，电动机可能会烧毁。这时，应立即切断电源，进行检查。

归纳总结：

通过本节课的学习，我们知道了：

1．什么叫感应电动势

2．计算感应电动势大小的方法

①利用法拉第电磁感应定律

②导线切割磁感线时：