电磁感应教材分析.docx

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电磁感应教材分析

电磁感应教材分析

一．教学目的：

1．理解产生感应电流的条件，

2．掌握楞次定律和右手定则，

3．掌握法拉第电磁感应定律及B、L、v互相垂直时E＝BLv的应用。

二重点：

楞次定律、法拉第电磁感应定律。

三难点：

楞次定律。

四课时安排：

1产生感应电流的条件2切割磁感线时电动势

3感应电流计算4与力学综合问题

5电磁感应中的能量关系6楞次定律

7楞次定律

（二）8楞次定律（三）

9实验10法拉第电磁感应定律

11法拉第电磁感应定律

（二）12磁场中的转动问题

五指导思想：

1、切割磁感线问题较直观，宜先讨论，

2、楞次定律的另一表述较难理解，但方便，所以仍补充讲，

3、电磁感应与力学和电学综合问题较多，应重点讨论。

§1电磁感应现象

教学内容：

一．复习提问：

1．磁场的强弱用什么量描述？

可用什么来形象描述？

2．什么叫磁通量？

计算式？

适用条件？

如何改变磁通量的大小？

3．磁现象的本质是什么？

二、引入新课：

电能产生磁，那么反过来磁能不能产生电呢？

三：

电磁感应现象

演示一：

直导线在磁场中切割运动。

教学说明：

1．导线和G表回路未接电源，

2．导线不动时无电流，

3．电路的一部分导线在磁场中做切割磁感线运动时，导线中会产生电流，称为感应电流，

4．这一现象称为电磁感应现象。

演示二：

原线圈插入副线圈、放在里面不动、拔出副线圈时情况。

教学说明：

1．观察现象并解释，相对运动仍是切割磁感线，

2．引导启发另一表述方法，即闭合电路内的磁场变化。

演示三：

原线圈插在副线圈中，当电键接通瞬间、始终接通、断开瞬间情况。

教学说明：

1．引出磁场变化的表述，

2．回过去解释演示二。

演示四：

线圈在磁场中转动，

教学说明：

1．归纳出磁通量变化，

2．解释演示一。

演示五：

线圈套在万能变压器一臂上，另一臂线圈通电瞬间或断开瞬间。

教学说明：

1．导体本身不一定在磁场内，只要穿过导体回路的磁通量变化，

2．法拉弟原来实验及未及时发现情况。

小结：

产生感应电流的条件：

当穿过闭合线圈的磁通量发生变化时，闭合线圈中就产生感应电流。

练习：

1判断下列情况下，穿过线圈的磁通量原来如何？

如何变化？

有无感应电流？

2．下列说法是否正确？

（A）有穿过电路的磁通量，电路中就一定有感应电流，

（B）有穿过闭合电路的磁通量，电路中就一定有感应电流，

（C）要闭合电路中有感应电流，必须电路本身在磁场中，

（D）要闭合电路中有感应电流，必须电路内有磁场发生变化。

作业：

1．表示同一矩形线框在不同磁场中运动的情况如图所示，能产生感应电流的是哪些？

2．左图，闭合圆导线环置于长直通电导线周围，当切断长直导线中的电流时，在圆环中能产生感应电流的是哪些？

3．右图所示，一有限范围的匀强磁场宽度为d，若将一边长为L的正方形导线框以速度v匀速地通过磁场区域，从前面一边进入磁场到后面一边出磁场期间，求：

（1）当d＞L时导线框中无感应电流的时间，

（2）当d＜L时导线框中无感应电流的时间。

§2导体和磁场的相对运动

复习提问：

1．什么是电磁感应现象？

谁首先发现了电磁感应现象？

2．产生感应电流的条件是什么？

下列说法是否正确？

（A）导体所在处没有磁场，导体内就不可能产生感应电流，

（B）线圈内有磁通量，线圈中必有感应电流，

（C）穿过线圈的磁通量发生变化时，线圈内必有感应电流，

（D）闭合线圈所在处磁场发生变化时，线圈内必有感应电流，

（E）一段导线在磁场内运动时，导线内必有感应电流，

（F）一段导线在磁场内做切割磁感线运动时，导线内必有感应电流。

3．判断下列情况中电路内有无感应电流：

教学内容：

二、导体和磁场的相对运动

（一）感应电动势：

电路中有电流，必须要有电源，即有电动势，可见切割磁感线运动的这段导体就相当于一个电源，能产生电动势，称之为感应电动势。

电源中必须有一种移送电荷的力，这里就是磁场力，在垂直纸面向里的匀强磁场中导体向右运动时，导体中的自由电荷（电子）定向运动，相当于有向左的电流，磁场对它有向下的磁场力，因而导体下端积聚了多余的电子而带负电，上端缺少电子而带正电，上端相当于电源的正极，下端相当于电源的负极，电动势由下端指向上端。

其大小为E＝BLv。

说明：

1．开路时只有感应电动势，闭路时有感应电流，且I＝E／（R＋r），此时U端＜BLv，

2．E＝BLv即单位时间内导体切割的磁感线数，或导体单位时间内扫过面积的磁通量，

练习：

分析右图中两导体中有无感应电动势，（从扫过面积的磁通量来理解）

3．B、L、v要互相垂直，（说明公式的记法）

4．v为瞬时速度，E为瞬时电动势，

练习：

计算右图中各导体中的感应电动势大小（将速度分解）

（二）右手定则：

由上面分析可见：

说明：

1与左手定则相似之处，

2与左手定则的区别（因果关系，说明记法）

练习:

1．判断下列运动导体中感应电动势的方向。

2．已知下列运动导体中感应电动势的方向，判断其运动方向（是哪个手？

是否唯一）

3．判断下列导体a、b、c中的感应电动势方向，哪端电势较高？

4．判断下列运动导体中感应电动势情况。

四．作业：

1．左图所示，在匀强磁场中有一个三角形线框abc，它的平面与磁感线垂直，在向左作匀加速运动的过程中，线框中有没有感应电动势，abc三点的电势高低如何？

2．右图所示，金属导轨置于水平面内，磁场方向与导轨平面垂直，如果导线ab在外力作用下向左运动时，回路中的电流方向如何？

两导线所受安培力的方向如何？

§3导体和磁场的相对运动

（二）

复习提问：

1．一段导体切割磁感线运动时，导体中感应电动势大小如何计算？

式中各量方向关系如何？

（1）如果v和B不垂直怎么办？

计算左图中各导体中的感应电动势，（速度分解）

（2）如果各处v不相同怎么办？

计算右图中导体中的感应电动势，

（3）如果L和v不垂直怎么办？

计算图中各导体中的感应电动势，（有效长度）

2．导体中感应电动势方向如何判断？

北半球卫星悬绳发电时，悬绳上端是什么极？

飞机水平飞行时两机翼端点，哪端电势较高？

教学内容：

（三）感应电流：

当切割磁感线的导体与其它电阻组成闭合电路时，导体中就会有感应电流，该导体相当于电源，I感＝E感／（R＋r）。

例1：

如图U形导体框一端串有一个阻值为R的电阻，置于磁感应强度为B的匀强磁场中，导体框平面与磁场方向垂直，导体框宽为L，电阻为r的直导体棒ab垂直于导体框搁在框上，并以速度v向右匀速运动，求

（1）回路中的电流强度，

（2）ab间电压，（3）电阻R上消耗的功率。

练习：

1．左图电路中L＝1m，B＝2T，v＝5m/s，r＝1，EL为“6V4W”的小灯，R＝10，求小灯的实际功率和ab间电压。

2．右图电路中，R＝5，r＝1，L＝0.5m，v＝2m/s，PR＝20W，求磁感应强度和ab间电压。

例2：

两平行导电导轨相距为L，两端分别接有电阻R1和R2，空间有垂直于导轨平面的匀强磁场，磁感应强度为B，跨在导轨上的直导体棒ab电阻为r，以速度v向右匀速运动，求：

导体棒及两电阻中的电流和ab间的电压。

练习：

1．如例2电路中R1＝6，R2＝12，r＝1，Uab＝5V，B＝2T，v＝10m/s，求：

导体棒ab中的感应电动势，及导体棒的长。

2．R＝8，L＝0.2m，B＝5T，左图中电压表示数为1V，右图中电压表示数为1.6V，求导体棒的电阻r及运动速度v。

3．如例2电路中，若已知的是P发＝20W，P出＝16W，Uab＝8V，R1＝6，B＝5T，v＝4m/s，求导体棒ab的长、导体棒ab的电阻r、导体棒ab中的感应电动势和R2的值。

作业：

1．导线abc折成150角，ab＝bc＝10cm，放在磁感应强度为B＝2T的匀强磁场中，当导线以5m/s的速度垂直bc向上运动时，导线中产生的感应电动势多大？

方向如何？

当导线以5m/s的速度平行于bc向右运动时，导线中产生的感应电动势多大？

方向如何？

2．一个具有一根辐条的金属圆环，辐条长为L，电阻为r，可绕圆心转动，整个装置处于磁感应强度为B、方向垂直于圆环平面的匀强磁场中，用两个电刷分别与环心和环边缘作滑动接触，并且用导线与外电阻R串联成一个闭合电路，如果圆环圈电阻不计，当辐条以角速度匀速转动，求电阻R中的电流及辐条两端的电压。

3．如图所示，在一磁感应强度B＝0.5T的匀强磁场中，垂直于磁场方向水平放置着两根相距为L＝0.1m的平行金属导轨MN和PQ，导轨电阻不计，在两导轨的端点N、Q间连接一阻值R＝0.3的电阻，导轨上垂直于导轨跨放一根长为2L、每米长电阻为r＝2的金属棒ab，与导轨的交点为c、d，当金属棒以速度v＝4m/s向左匀速运动时，求：

（1）电阻R中的电流强度，

（2）金属棒ab两端的电压。

4．如图所示三角形金属导轨EOF上放一金属棒ab，EOF＝，处于磁感应强度为B、方向与导轨平面垂直的匀强磁场中，在外力作用下使ab保持与OF垂直，以速度v从O点起向右移动，设导轨和金属棒单位长的电阻均为r，求：

（1）回路中感应电动势随时间变化的关系式，

（2）感应电流随时间变化的关系式。

§4导体和磁场相对运动（三）

复习提问：

例1：

一导线框以速度v＝2m/s匀速通过磁感应强度为B＝0.6T、宽为40cm的匀强磁场，线框平面始终与磁场方向垂直，试作出线框中电流和ab边两端电压随移动距离变化的图线。

（1）线框每边长为10cm、每边电阻为1，

（2）线框为长方形，ab边长为10cm，电阻为1，bc边长为50cm，电阻为5，

练习：

1．一边长为a、电阻为R的正方形导线框以速度v匀速由磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场出发，穿过宽为b的空隙，进入磁感应强度为B、方向垂直纸面向外的匀强磁场，线框平面始终与磁场方向垂直，b＜a，试作出线框中电流随移动距离变化的图线。

2．如图电路中，求电阻R上消耗的功率和两端的电压。

教学内容：

（四）电磁感应和安培力

例1：

通电长直导线旁有两平行固定金属导轨M、N，上面搁有两金属棒ab、cd，现使cd向右运动，试分析ab和cd的受力情况。

练习：

例2、左图电路中，求：

（1）E，

（2）I，（3）F安，（4）为维持匀速运动所需拉力F。

教学说明：

1不管已知什么，均按物理过程先列出各方程，再考虑怎样解，

2说明各步式子中应注意的地方，

3分析在恒力作用下导体棒运动过程中加速度和速度的变化情况。

练习：

1．中图电路中，导体棒恰匀速运动，求其运动速度。

2．右图中导轨竖直放置，导体棒恰匀速下落，求磁感应强度

四．作业：

1．如左图所示，水平光滑导电导轨宽1m，电阻不计，上面垂直于导轨搁有质量为0.2kg、电阻为0.1的导体棒，导轨左端连有一阻值为0.4的电阻R，整个装置处于竖直向下的磁感应强度为0.2T的匀强磁场中，导体棒在外力F＝2N作用下，从静止开始运动，求：

（1）导体棒运动的最大加速度，

（2）导体棒匀速运动时的速度。

2．如图所示，导线框abcd固定在竖直平面内，bc段电阻为R，长为L，其它电阻不计，ef是一电阻为R／2的水平放置的导体杆，质量为m，杆两端分别与ab和cd保持良好接触，又能无摩擦滑动，整个装置放在磁感应强度为B、方向与框面垂直的匀强磁场中，现用一恒力F竖直向上拉ef，当ef匀速上升时，其速度多大？

3．用4N的外力拉一根直导线在匀强磁场中以2.5m/s的速度沿垂直于磁场方向作匀速直线运动，此时与导线组成的闭合电路中产生的感应电流为2A，求导线上产生的感应电动势。

4．在水平线ab上方有磁感应强度为B、水平方向的匀强磁场垂直纸面向里，在竖直平面上，边长为L、电阻为R的单匝导线框下落到下边离开磁场时恰以速度v匀速运动，求导线框的质量。

§5磁场与导体相对运动（四）

教学内容：

复习：

如右图所示，一矩形导线框，保持框面竖直而下落，穿过水平匀强磁场过程中，经过I、II、III位置时都在作加速运动，试比较此三个位置时加速度的大小。

（五）感应电量计算：

q＝It，是电流对时间的积累作用，若电流不恒定，则q＝

t，

练习：

将一边长分别为a和2a的矩形导线框以图示两种方式以相同速度从匀强磁场中匀速拉出，求：

感应电动势之比、感应电流之比、拉力之比、感应电量之比、拉力做功之比、拉力的功率之比。

（六）电磁感应中的能量转化：

机械能（部分）电能内能。

例1如图电路中拉力F为恒力，

（1）分析导体ab的运动情况，

（2）刚开始时的加速度，及任一速度时的加速度，最大加速度，（3）最大速度，任一电流时的速度，（4）能量转化：

证明：

P安＝P电，无f时，匀速运动时P外力＝P电，若又是纯电阻电路则P电＝P热；加速运动时W外－W电（Q）＝Ek。

练习：

1如左图导电导轨竖直放置，求：

（1）最大加速度和最大速度，

（2）匀速下落时重力的功率和电阻R上消耗的电功率。

2如图所示，导电导轨水平放置，匀强磁场方向竖直向上，电动机功率恒为P，拉动导体棒，求导体棒运动的最大速度。

例2如图所示，一边长为a、质量为m的正方形导线框以初速v0滑入磁感应强度为B的匀强磁场，框面始终与磁场方向垂直，后边刚要进入磁场时线框停止运动，求在此过程中线框中产生的热量。

练习：

1上例中，若进入一半时速度减为v0／2，则产生的热量又为多少？

2上例中，若以恒力F由静止起拉入磁场，拉进一半时速度为v，则产生的热量又为多少？

3如左图，竖直放置的导电导轨上有一导体棒静止起释放，下落h时速度达到v，在此过程中电路中产生的热量为多大？

若下落h时速度达到最大，产生的热量又为多大？

4如右图所示，一矩形导线框质量为m、高为h，从高处自由下落，进入高也为h的水平匀强磁场区域时，恰能匀速通过，在通过磁场过程中线框内产生的热量为多少？

三作业：

1如图所示，导体框间有一匀强磁场，磁感应强度为B＝0.4T，R1＝6，R2＝3，导体框和可动导体ab电阻均不计，ab长与导体框宽相等，均为L＝0.5m，不计摩擦，当导体ab以v＝10m/s的速度向右匀速运动时，在ab上施加的外力多大？

外力的功率多大？

电阻R1消耗的功率多大？

2如图所示，一边长为L＝0.5m、电阻为R＝0.4的正方形导线框，在外力作用下，以v＝2m/s的速度向右匀速进入B＝0.04T的匀强磁场，线框平面与磁场始终垂直，试求线框在图示位置时外力的功率。

3如图所示，一足够长U形金属框架，宽为L＝1m、其所在平面与水平面成＝30角，其电阻不计，B＝0.2T的匀强磁场垂直框架斜向上，一金属棒ab，质量为m＝0.2kg，电阻为0.1，能在框架上无摩擦滑动，求：

（1）导体棒下滑的最大速度，

（2）当速度达到最大时，在ab上释放出的电功率。

4如图所示，矩形导线框边长分别为a和b，置于磁感应强度为B的匀强磁场中，线框平面与磁场垂直，现将线框从磁场中匀速拉出，第一次用时间t，第二次用时间2t，求第一次与第二次导线框某截面的感应电量之比、两次拉力做功之比和两次拉力的功率之比。

§6楞次定律

（一）

重点、难点：

楞次定律的引出和应用。

前面讨论了从切割磁感线角度研究电磁感应现象，今天开始讨论从磁通量变化角度来研究电磁感应现象。

演示：

如图所示，

说明：

1线圈绕法如何看？

如何画？

2、先弄清指针偏向与电流方向的关系。

分析讨论：

1确定好研究对象，看其内部的磁通量，

2、看引起感应电流的磁通量的变化（因此才有感应电流），

3、有二个磁场（引起感应电流的磁场、感应电流自己的磁场），

4、二个磁通量的关系：

当引增大时，感和引反向，感阻碍引的变化。

当引减小时，感和引同向，感阻碍引的变化。

结论：

感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化――楞次定律。

4312

练习：

1、如图所示情况，

教学说明

（1）用两种观点分析，结论一致，

（2）强调四个步骤，（3）若导线不动B增大或减小。

2、如图条形磁铁插入、穿过、拔出时，感应电流情况。

教学说明：

（1）不闭合时只有感应电动势而无感应电流，

（2）按四步分析，不要随便得出进和出相反的结论。

3、如图电路中，将滑动变阻器滑臂P向右滑动时，线圈A、B中感应电流情况如何？

教学说明：

（1）确定研究对象，搞清磁通量是什么产生的，

（2）位置不同时原磁通量是不同的，所以要确定穿过研究对象内的磁通量，（3）各回路中线圈的作用（用电器还是电源）确定ab、cd电势的高低，（4）若P不动在C线圈中插入软铁芯又如何？

4、如图电路中，SA闭合瞬间、接通后，断开瞬间，A中感应电流情况。

教学说明：

（1）线圈B内部的磁通量要考虑，且内密外疏，

（2）若接通时将线圈A面积扩大又如何？

四作业：

1将矩形导线框垂直于磁场方向放在匀强磁场中，如图，将线框作下述运动时，线框中感应电流方向如何？

（1）向上平移，

（2）以AF为轴转过一个小角度过程中，（3）以AC为轴转过一个小角度过程中，（4）向下移出磁场区域。

2如图两个圆形闭合线圈，当内线圈中图示方向的电流强度逐渐减小时，外线圈中感就电流方向如何？

3如图两个互相绝缘的金属环，迭放在一起，小圆环有一半面积在大圆环内，当大圆环通以顺时针方向电流的瞬间，小圆环中的感应电流方向如何？

4如图电路中，要使B线圈产生图示方向的感应电流，可以采用哪些方法？

§7楞次定律

（二）

复习提问：

1、楞次定律内容是什么？

讨论总是时的步骤是哪几步，

2、用楞次定律讨论下列问题。

教学内容：

1讨论下述各问题：

2分析下列各线圈产生感应电流后受安培力的情况。

由2可知：

（1）电磁感应现象符合能量守恒定律，外力做功转化不应电流的能量，

（2）楞次定律的又一表述：

感应电流总是阻碍引起感应电流的变化。

而阻碍是双重的，既阻碍引起感应电流的磁场的变化，又阻碍产生感应电流的线圈。

作业：

1如图所示，虚线所围区域内有一匀强磁场，闭合线圈abcd由静止起运动时，磁场对ab边的磁场力方向向上，那么整个线圈应向何方向运动？

2一条形磁铁自由下落，途中加速通过一固定闭合线圈，一端刚进入线圈时条形磁铁下落加速度为a1，正中间通过线圈时加速度为a2，从下面离开线圈时加速度为a3，重力加速度为g，试比较这些加速度值的大小。

3如图所示，在螺线管右端附近吊着一个轻质闭合线圈，螺线管轴线穿过线圈中心，且垂直于线圈平面，要使闭合线圈向右摆动，可采取哪些措施？

4如图，A环为用毛皮摩擦过的硬橡胶环，B为闭合导线环，当A环绕过圆心并且垂直于纸面的轴顺时针匀速转动时，B环中感应电流如何？

B环受力如何？

当A环绕过圆心并且垂直于纸面的轴逆时针加速转动时，B环中感应电流如何？

B环受力如何？

§8楞次定律（三）

复习提问：

楞次定律的另一表述是什么？

教学内容：

例1如图所示，当磁体旋转时，线圈中的感应电流方向如何？

线圈如何运动？

对磁铁作用又如何？

教学说明：

1先用一般方向分析，再用楞次定律的另一表述分析，强调其简便，但只适用于不需分析感应电流方向时。

2感应电动机原理。

练习：

分析下列各题中导线框受力方向。

例2如图直导线中电流逐渐增大时，旁边的导线框受力如何？

练习：

分析各题中的导线框受力如何？

例3如图，当条形磁铁向下插时，分析导体棒ab的受力情况。

教学说明：

分析受力时主要看原磁场对它的作用力，感应电流通过的导体间的力较小，一般不用考虑，但原磁场无力作用或原磁场的力相平衡时，感应电流间的作用就要考虑了。

练习：

分析下列各题中导体a、b的受力情况。

例4如图装置中当ab棒作

（1）匀速运动，

（2）匀加速运动时，L1、L2中感应电流方向如何？

分别比较图中L1和L2两端电势的高低。

教学说明：

1二次电磁感应问题的分析，

2分清线圈在电路中起用电器作用还是电源作用。

练习：

如图装置中，为使电流计内的电流是从M流到N的，则导体棒ab的运动情况应是（A）向右作加速运动，（B）向右作减速运动，（C）向左作加速运动，（D）向左作减速运动。

四作业：

1如左图所示，互相平行的两条金属导轨固定在同一水平面上，上面搁着两根互相平行的金属棒ab、cd，磁场方向竖直向上，如不改变磁场方向而仅改变其大小，为使两导线相向运动，磁感应强度应如何变化？

2如中图所示，一通电直导线和矩形导线框平行放置在同一平面上，当线框向哪个方向移动时才会受到向右的安培力？

3在纸平面上有一的U形金属框架，框架上置一金属杆ab，如右图，在垂直纸面方向有一匀强磁场，下列情况下，金属杆ab将向什么方向移动？

（1）磁场方向向纸外并逐渐增强，

（2）磁场方向向纸外并逐渐减弱，（3）磁场方向向纸内且逐渐增强。

4如图，一通电螺线管正下方水平桌面上有一导线环，试分析下列情况下导线环受力方向，

（1）将滑动变阻器滑臂向右滑动，

（2）将电源极性反转后，再将滑动变阻器滑臂向右滑动，（3）将通电螺线管向上提。

§9法拉弟电磁感应定律

（一）定律：

要使闭合电路中产生电流，这个电路中必须有电源，电流就是由电源的电动势引起的，由于穿过闭合电路中的磁通量发生变化时闭合电路中就有感应电流，可见在这闭合电路中一定有感应电动势。

精确实验表明：

E＝N／t，

以导线框为例证明：

＝BLvt＝Et，所以E＝／t，可见两种观点的一致性。

教学说明：

1EN，E／t，

2对任意闭合电路的电磁感应都适用，

3闭合时有感应电流，不闭合时感应电动势仍存在，方向由楞次定律确

定，

4单位：

E是V，是Wb，t是s，1Wb／s＝1Tm2／s＝1Nm2／mAs

＝1J／C＝1V。

5、、／t的区别，有就有E，／t大的E也大，

6若不均匀变化时，用式E＝N／t算得的是t内的平均电动势，而

E＝BLv一式可求即时电动势，（

（E1＋E2）／2）

例1左图中B＝3t，求导线框内的E

练习：

1中图中B＝10－2t，求导线框内的感应电动势，

2右图中B＝5＋10t，求导线框内的感应电动势。

例2磁通量随时间变化如图，求第1、3、5s末的电动势和前5s内的平均电动势。

练习：

磁通量随时间变化如图，1、2、3的感应电动势随时间如何变化？

例3已知＝510－5sin50tWb，N＝100匝，求：

（1）0－T／4内的平均电动势，

（2）0－510－3s内的平均电动势，（3）510－3s－10－2s内的平均电动势，（4）0－T／2内的平均电动势，（5）0－T内的平均电动势。

思考：

1B／t＝k＞0，

（1）圆环线圈内感应电动势多大？

方向如何？

（2）左半圆环内感应电动势多大？

方向如何？

（3）acb内感应电动势多大？

方向如何？

2如图电路中，磁感应强度逐渐增大时，

（1）Eac