2/6法拉第電磁感應定律的應用（復習課）廣東省澄海區(qū)實驗高級中學曾映丹教材分析：法拉第電磁感應定律是電磁感應的基本規(guī)律，也是影響時代變遷的重要物理規(guī)律。是選修3-2第四章的核心，是電磁感應現(xiàn)象、感應電流的條件、方向，感應電動勢大小的延續(xù)和發(fā)展，是解決電磁感應相關(guān)綜合問題的關(guān)鍵，是高考中常見的考點。學情分析：學生清楚磁通量以及磁通量變化、磁通量變化率的概念,已經(jīng)學習了“磁生電”的關(guān)鍵在于磁通量的變化，知道感應電動勢分為動生電動勢和感生電動勢;根據(jù)楞次定律能判斷線圈在磁場中轉(zhuǎn)動的電流方向。學生已經(jīng)學習了法拉第電磁感應定律的內(nèi)容及其表達式，以及表達式適用情況。教學目標：法拉第電磁感應定律相關(guān)問題的思路分析、解決方法。教學重點、難點：法拉第電磁感應定律的應用核心素養(yǎng)：培養(yǎng)學生解決物理問題的基本分析思路、邏輯思維習慣、變通能力，能夠認真審題抓住關(guān)鍵信息，找到解決問題的突破口，找到解決問題的核心表達式，進而一一找到相關(guān)的知識點、物理量和表達式，進而解決問題。教學過程：課前：登陸優(yōu)教平臺，發(fā)送預習任務。根據(jù)優(yōu)教平臺上學生反饋的預習情況，發(fā)現(xiàn)薄弱點，針對性教學。（優(yōu)教提示：請登陸優(yōu)教平臺，發(fā)送本節(jié)預習任務）環(huán)節(jié)一：回顧法拉第電磁感應定律的內(nèi)容，引入法拉第電磁感應定律的應用教學形式：以循序漸進的提問方式進行知識的回顧：1、產(chǎn)生電磁感應現(xiàn)象的原因：回路中磁通量發(fā)生變化；（優(yōu)教提示：請打開素材“\o"動畫演示：不同參照物下運動的相對性"動畫演示：大小螺線管”）2、穿過回路的磁通量怎么計算？3、若要改變回路的磁通量，可通過幾種途徑？（改變磁感應強度B，改變回路的有效面積）4、由此，將不同形式產(chǎn)生的感應電動勢分為兩類：感應電動勢和動生電動勢；（優(yōu)教提示：請打開素材“\o"動畫演示：不同參照物下運動的相對性"動畫演示：感應電動勢”）5、法拉第電磁感應定律指出，感應電動勢的大小是什么？表達式是什么？（電路中感應電動勢的大小，跟穿過這一電路的磁通量的變化率成正比；表達式：E=nΔΦ/Δt；感生電動勢：E＝nSΔB/Δt；動生電動勢：E＝nBΔS/Δt）動生電動勢的另一種表達式：E＝Blvsinθ（L：有效切割長度；v：導體棒相對于磁場的速度）課堂訓練：（優(yōu)教提示：打開優(yōu)教配套習題，使用互動答題卡，更快更便捷地掌握學生的學習情況）環(huán)節(jié)二：公式E＝nΔΦ/Δt的應用練習1：（多選）單匝矩形線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)軸垂直于磁場。若線圈所圍面積里磁通量隨時間變化的規(guī)律如圖所示，則（ABD）A.線圈中0時刻感應電動勢最大B.線圈中D時刻感應電動勢為零C.線圈中D時刻感應電動勢最大D.線圈中0到D時間內(nèi)平均感應電動勢為0.4V選題目的：該題是電磁感應定律結(jié)合圖像的考查，圖像是物理規(guī)律表達的一種極其重要的方式，通過該題可以很好地對磁通量、磁通量的變化、磁通量的變化率三者進行區(qū)別。解析：該圖像表示磁通量隨時間的變化，磁通量先變大后變小，通過曲線的斜率可知，磁通量的變化的快慢不同，即磁通量變化率在變化，即瞬時感應電動勢在變化，因此，瞬時感應電動勢的大小可通過各點的斜率大小進行判斷。0時刻，磁通量為0，但磁通量變化率最大，即瞬時感應電動勢最大；D時刻，磁通量最大，但變化率為0，即瞬時感應電動勢為0。由此可見，磁通量的大小與磁通量變化率沒有直接關(guān)系，不能混淆。選項還考查到平均感應電動勢，涉及對公式的正確選擇。環(huán)節(jié)三：公式E＝Blv的應用練習2：如圖，水平面上有兩根相距0.5m的足夠長的平行金屬導軌MN和PQ，它們的電阻不計，在M和P之間接有R=3.0Ω的定值電阻，導體棒長L=0.5m，其電阻為r=1.0Ω，與導軌接觸良好。整個裝置處于方向豎直向下的勻強磁場中，B=0.4T。現(xiàn)使ab以v=10m／s的速度向右做勻速直線運動。(1)ab中的電流多大？ab兩點間的電壓多大？(2)維持ab做勻速運動的水平外力多大？設(shè)計目的：該題是典型的考查動生電動勢的基礎(chǔ)題，讓學生懂得如何判斷和區(qū)別兩個公式的適用情境。其次，涉及到感應電動勢的題目往往跟電路緊密聯(lián)系，因此，畫等效電路圖至關(guān)重要，這也必須成為學生做題的一種良好習慣，進而這道題變成了一道常規(guī)電路問題，求基本物理參量：電流、路端電壓。第(2)小問涉及力學問題，學生對運動導體棒進行受力分析，根據(jù)受力平衡求出安培力進而求出外力。是一道較為基礎(chǔ)但綜合性較強的題。解析：這道題屬于部分導體切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢，因此，是運動導體充當電路電源，畫等效電路圖，明確內(nèi)電路和外電路，根據(jù)閉合回路歐姆定律和法拉第電磁感應定律解決問題，部分學生會認為路端電壓等于電源電動勢，沒有考慮電源內(nèi)阻的存在，在此處必須抓住機會糾正學生的誤區(qū)。第(2)小問涉及動力學問題，電流在磁場中會受到安培力的作用，要維持其作勻速直線運動必須有外力，因此，根據(jù)導體棒的平衡狀態(tài)可求出水平外力的大小。環(huán)節(jié)四：電磁感應現(xiàn)象的應用［例題］如圖甲，水平面上有兩電阻不計的光滑金屬導軌平行固定放置，間距為d，右端通過導線與阻值為R的小燈泡L連接，在面積為S的CDFE矩形區(qū)域內(nèi)有豎直向上的勻強磁場，磁感應強度B隨時間變化如圖乙。在t＝0時，阻值為R的金屬棒在恒力F作用下由靜止開始從ab位置沿導軌向右運動，當t＝t0時恰好運動到CD位置，并開始在磁場中勻速運動。求：(1)0～t0時間內(nèi)通過小燈泡的電流；(2)金屬棒在磁場中運動速度的大小。［解析］0～t0時間內(nèi)CDFE矩形區(qū)域內(nèi)的磁場磁感應強度隨時間均勻增大，因此有感生電動勢產(chǎn)生，該部分回路充當電源，導體棒置于磁場以外，充當外電路中的一個普通電阻，與燈泡串聯(lián)，明確好電源及外電路串并聯(lián)關(guān)系，問題便迎刃而解了。t0時刻之后，磁感應強度不變，沒有感生電動勢，但有導體棒勻速切割磁感線，會產(chǎn)生動生電動勢，此時間段內(nèi)是部分導體充當電源，導體棒的電阻為電源的內(nèi)阻，外電路只有燈泡，回路的問題確定好之后，回歸到問題，要求金屬棒的速度，必須知道電源的電動勢，要知道電動勢，必須知道回路的電流，回路的電流可通過金屬棒的平衡狀態(tài)，根據(jù)安培力大小等于恒力得到，進而一一逆回去求解求得金屬棒的速度。［設(shè)計目的］該題綜合考查感生電動勢和動生電動勢，讓學生結(jié)合圖象及物理情境分析不同階段是哪種感應電動勢其作用并學會選擇合適的表達式解決問題。不同的部分充當電源將對應不同電路問題，因此，畫等效電路圖依然是解決電磁感應問題的關(guān)鍵，進而可以鞏固學生分析物理問題的綜合能力和提高尋找解決問題突破口的技巧。此類問題往往不是直接通過一個表達式便可求出結(jié)果，因此必須學會根據(jù)題意通過已知量尋找與要求量之間聯(lián)系的其它中介物理量，選擇合適的關(guān)系式求出中介物理量，聯(lián)立方程式求解。這些解題技巧是解決很多物理題目必須要掌握的，要讓學生形成解題的良好思維習慣。［解題步驟小結(jié)］第一步：確定電源。切割磁感線的導體或磁通量發(fā)生變化的回路充當電源；第二步：畫等效電路圖。分析內(nèi)電路、外電路；第三步：運用法拉第電磁感應定律、閉合電路歐姆定律、牛頓運動定律等知識求解。環(huán)節(jié)五：學生自主分析獨立完成練習：如圖所示，P、Q為水平面內(nèi)平行放置的光滑金屬長直導軌，間距為L1，處在豎直向下、磁感應強度大小為B1的勻強磁場中。一導體桿ef垂直于P、Q放在導軌上，在外力作用下向左做勻速直線運動。質(zhì)量為m、每邊電阻均為r、邊長為L2的正方形金屬框abcd置于豎直平面內(nèi)，兩頂點a、b通過細導線與導軌相連，磁感應強度大小為B2的勻強磁場垂直金屬框向里，金屬框恰好處于靜止狀態(tài)。不計其余電阻和細導線對a、b點的作用力。(1)通過ab邊的電流Iab是多大？(2)導體桿ef的運動速度v是多大？讓學生自主分析解決問題，給予足夠的時間讓學生進行獨立思考，老師巡查學生作答情況并給予點評指正。提問學生，讓學生說明其解題的基本思路，小結(jié)大部分學生存在的理解誤區(qū)和解題障礙，并一一進行糾正和點破。［設(shè)計目的］本道題難點在于找出解決問題的突破口，利用金屬框處于靜止狀態(tài)，根據(jù)平衡條件求出安培力進而求出電流，讓學生明白題目不管怎么變式，運動狀態(tài)依然是解題的關(guān)鍵所在。本道題的另一個難點在于等效電路圖中外電路的確定，外電路應是金屬框中ab邊與另外三條串聯(lián)關(guān)系的邊進行并聯(lián)，很多同學在這個地方往往會判斷出錯，因此，本道題可以鞏固學生畫等效電路圖的判斷。小結(jié)解題注意事項：1.