高中物理 全一册教案(打包16套)[新人教版]选修3-2.zip
高中物理 全一册教案(打包16套)新人教版选修3-2.zip,新人教版,高中物理,全一册教案打包16套新人教版选修3-2,一册,教案,打包,16,新人,选修
交变电流本章概述本章讲述交变电流知识,是前面学过的电和磁的知识的发展和应用,并且与生产和生活有密切关系.本章重点内容是:交变电流的产生原理和变化规律,交变电流的性质和特点,变压器的工作原理,交变电流的传输及应用.这些知识点是高考命题率较高的知识点.与直流电相比,交变电流有许多优点,交变电流可以利用升压变压器升高或降低电压,便于远距离输送,可以驱动结构简单运行可靠的感应电动机。为了有利学生学习交流电的特点,更好的区分交流与直流,本章还介绍了电感和电容在交变电流中的作用,使学生了解感抗与容抗的有关知识.本章可分为三个单元:第一单元:第一节和第二节,讲交变电流的产生和描述.第二单元:第三节,讲电感和电容对交变电流的作用.第三单元:第四节和第五节,讲变压器和电能的输送.第一节 交变电流本节教材分析为了适应学生的接受能力,教材采取从感性到理性、从定性到定量逐渐深入的方法讲述这个问题.教材先用教具演示矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时产生交流电,以展示交流电是怎样产生的.并强调让学生观察教材图172所示线圈通过五个特殊位置时,电流表指针变化的情况,分析电动势和电流方向的变化,这样学生就会对电动势和电流的变化情况有个大致的了解.然后让学生用右手定则独立分析线圈中电动势和电流的方向.这样能充分调动学生的积极性,培养学生的观察和分析能力.关于交变电流的变化规律,教材利用上章学过的法拉第电磁感应定律引导学生进行推导,得出感应电动势的瞬时值和最大值的表达式,进而根据闭合电路欧姆定律和部分电路欧姆定律推出电流与电压瞬时值与最大值的表达式.用图表表示交流电的变化规律是一种重要的方法,这种方法直观、形象,学生容易接受.这样做也是为后面用图象表示三相交流电准备条件,在电磁波的教学中还要用到图象的方法.在介绍了交流电的周期和频率后,可通过练习巩固学生对交流电图象的认识.在本节学生第一次接触到许多新名词,如:交流电、正弦交流电、中性面、瞬时值、最大值等.要让学生搞清楚这些名词的准确含义.要使学生了解交流电有许多种,正弦交流电是其中简单的一种,在本章教材中常把正弦交流电简称交流电.要使学生明确中性面是指与磁场方向垂直的平面.中性面的特点是:线圈位于中性面时,电动势为零;线圈通过中性面时,电动势的方向要改变.要向学生指出,一般科技书中都用小写字母表示瞬时值,用大写字母并加脚标,m表示最大值. 教学目标一、知识目标1.使学生理解交变电流的产生原理,知道什么是中性面.2.掌握交变电流的变化规律及表示方法.3.理解交变电流的瞬时值和最大值及中性面的准确含义.二、技能目标1.掌握描述物理量的三种基本方法(文字法、公式法、图象法).2.培养学生观察能力,空间想象能力以及将立体图转化为平面图形的能力.3.培养学生运用数学知识解决物理问题的能力.三、情感态度目标培养学生理论联系实际的思想. 教学重点交变电流产生的物理过程的分析. 教学难点交变电流的变化规律及应用. 教学方法演示法、分析法、归纳法. 教学用具手摇单相发电机、小灯泡、示波器、多媒体教学课件、示教用大的电流表. 课时安排1课时 教学过程一、引入新课师出示单相交流发电机,引导学生首先观察它的主要构造.演示将手摇发电机模型与小灯泡组成闭合电路.当线框快速转动时,观察到什么现象?生小灯泡一闪一闪的.师再将手摇发电机模型与示教电流表组成闭合电路,当线框缓慢转动(或快速摆动)时,观察到什么?生电流表指针左右摆动.师线圈里产生的是什么样的电流?请同学们阅读教材后回答.生转动的线圈里产生了大小和方向都随时间做周期性变化的交变电流.师现代生产和生活中大都使用交流电.交流电有许多优点,今天我们学习交流电的产生和变化规律.二、新课教学1.交变电流的产生师为什么矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时线圈里能产生交变电流?生对这个问题有浓厚的兴趣,讨论热烈.师多媒体课件打出下图.当abcd线圈在磁场中绕OO轴转动时,哪些边切割磁感线?生ab与cd.师当ab边向右、cd边向左运动时,线圈中感应电流的方向如何?生感应电流是沿着abcda方向流动的.师当ab边向左、cd边向右运动时,线圈中感应电流的方向如何?生感应电流是沿着dcbad方向流动的.师正是这两种情况交替出现,在线圈中产生了交变电流.当线圈转到什么位置时,产生的感应电动势最大?生线圈平面与磁感线平行时,ab边与cd边线速度方向都跟磁感线方向垂直,即两边都垂直切割磁感线,此时产生感应电动势最大.师线圈转到什么位置时,产生的感应电动势最小?生当线圈平面跟磁感线垂直时,ab边和cd边线速度方向都跟磁感线平行,即不切割磁感线,此时感应电动势为零.师利用多媒体课件,屏幕上打出中性面概念:(1)中性面线框平面与磁感线垂直位置.(2)线圈处于中性面位置时,穿过线圈最大,但=0.(3)线圈越过中性面,线圈中I感方向要改变.线圈转一周,感应电流方向改变两次.2.交变电流的变化规律设线圈平面从中性面开始转动,角速度是.经过时间t,线圈转过的角度是t,ab边的线速度v的方向跟磁感线方向间的夹角也等于t,如右图所示.设ab边长为L1,bc边长L2,磁感应强度为B,这时ab边产生的感应电动势多大?生eab=BL1vsint=BL1sint=BL1L2sint师cd边中产生的感应电动势跟ab边中产生的感应电动势大小相同,又是串联在一起,此时整个线框中感应电动势多大?生e=eab+ecd=BL1L2sint师若线圈有N匝时,相当于N个完全相同的电源串联,e=NBL1L2sint,令Em=NBL1L2,叫做感应电动势的最大值,e叫做感应电动势的瞬时值.请同学们阅读教材,了解感应电流的最大值和瞬时值.生根据闭合电路欧姆定律,感应电流的最大值Im=,感应电流的瞬时值i=Imsint.师电路的某一段上电压的瞬时值与最大值等于什么?生根据部分电路欧姆定律,电压的最大值Um=ImR,电压的瞬时值U=Umsint.师电动势、电流与电压的瞬时值与时间的关系可以用正弦曲线来表示,如下图所示:3.几种常见的交变电波形三、小结本节课主要学习了以下几个问题:1.矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时,线圈中产生正弦式交变电流.2.从中性面开始计时,感应电动势瞬时值的表达式为e=NBSsin t,感应电动势的最大值为Em=NBS.3.中性面的特点:磁通量最大为m,但e=0.四、作业(略)五、板书设计六、本节优化训练设计1.一矩形线圈,绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动,线圈中的感应电动势E随时间t的变化如图所示,则下列说法中正确的是A.t1时刻通过线圈的磁通量为零B.t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大C.t3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大D.每当电动势E变换方向时,通过线圈的磁通量的绝对值都为最大2.一台发电机产生的按正弦规律变化的感应电动势的最大值为311 V,线圈在磁场中转动的角速度是100 rad/s.(1)写出感应电动势的瞬时值表达式.(2)若该发电机只与含电阻的负载组成闭合电路,电路中的总电阻为100 ,试写出通过负载的电流强度的瞬时表达式.在t= s时电流强度的瞬时值为多少?3.一个矩形线圈在匀强磁场中转动产生交流电压为u=220sin100t V,则A.它的频率是50 HzB.当t=0时,线圈平面与中性面重合C.电压的平均值是220 VD.当t= s时,电压达到最大值4.交流发电机工作时的电动势的变化规律为e=Emsin t,如果转子的转速n提高1倍,其他条件不变,则电动势的变化规律将变化为A.e=Emsin2 tB.e=2Emsin2 tC.e=2Emsin4 tD.e=2Emsin t参考答案:1.D2.解析:因为电动势的最大值Em=311 V,角速度=100 rad/s,所以电动势的瞬时值表达式是e=311sin100 t V.根据欧姆定律,电路中电流强度的最大值为Im= A=3.11 A,所以通过负载的电流强度的瞬时值表达式是i=3.11sin100 t A.当t= s时,电流的瞬时值为i=3.11sin(100)=3.11A=1.55 A.3.ABD4.B 备课资料1.抽水蓄能发电电被称为现代文明的血液.一天当中的不同时段,比如生产、生活最忙碌的时候,与夜晚夜深人静之际,对电的使用量往往相差十分悬殊.而电力又不能直接大量贮存.这就要求电网具有灵活的调节能力,在高峰时增加供电,而在低谷时又减少供电.否则电网的电压就会与标准不符,不仅用户无法正常用电,电网的运行安全也会受到威胁.水电、火电、核电是目前电网大规模发电的主要形式,也是电网调节的主要形式.其中水电机组开停机迅速,调节能力最强;而火电机组从开机到满负荷工作或反之运行的时间往往需要近10个小时,跟不上网内的负荷变化,调节能力很差;而核电机组由于技术和安全方面的原因,基本上没有调节能力.华北电网占装机容量97%以上的是火电机组.华北属于缺电地区,用电高峰时全部机组满负荷运行也难以满足用电需求,所以不得不频繁地拉闸限电;而在低谷时电网内又有大量过剩的电能需要削减.那么,是否可以把低谷的剩余电量贮存起来,补充高峰时的供电不足,从而提高华北电网的调节能力呢?循着这样的思路,1992年9月,十三陵抽水蓄能电站破土动工了.从工程结构上说,抽水蓄能电站包括两个具有水平垂直高差的水库,分别叫作上水库和下水库.十三陵抽水蓄能电站的下水库是早已建成的十三陵水库;上水库建在十三陵水库左岸蟒山后面的上寺沟内.上下水库间的落差有480 m.上水库的总库容为400万立方米.上下水库之间的山体内建有地下厂房和附属洞室,装备了既可做水泵也可做水轮机运行的蓄能机组.十三陵抽水蓄能电站的地下厂房面积为4000 m2,它装备的是4台20万kW的水泵水轮电动发电机组.连接上下水库和地下厂房的水道系统主要由进出水口、调压节隧洞以及隧洞内铺设的巨大的高压管道组成.抽水蓄能电站是依照能量转换原理工作的.在午夜之后的用电低谷蓄能机组做水泵运行,用电网内多余的电能把水库的水抽到上水库,把电能转换成势能贮存起来;在用电高峰时,机组又成为发电机,由上水库向下水库放水,像常规水电站一样,把水的势能转换成电能,返送回电网补充供电的不足.这样,在蓄水放水,耗电发电的循环过程中,电站对电网负荷的高峰和低谷起到调节作用.十三陵抽水蓄能电站建成后,每年可吸收16.5亿千瓦时的低谷剩余电量,提供12亿千瓦时的高峰电量.如果按1千瓦时高峰电量可创46元产值计算,每年可创社会产值5070亿元.更重要的是抽水蓄能电站增强了华北电网的调节能力,保证了整个电网的安全经济运行.目前抽水蓄能发电在我国呈现出蓬勃发展的势头.除十三陵抽水蓄能电站外,全国还有好几个抽水蓄能电站,有的正在兴建中,有的已经投入运行.2.崛起的新能源核电电力是国民经济发展的命脉.目前世界电力主要由火电、水电和核电构成.火电是靠燃烧煤、石油等化石燃料获得的.作为不可再生的自然资源,化石燃料储量有限,而且都是重要的化工和轻纺工业原料.化石燃料的燃烧还会对环境造成很大污染,是造成“酸雨”“温室效应”等环境问题的元凶.水电是可再生资源,而且不会污染环境,但它的限制条件较多,如水资源分布不均,水流量的季节变化会导致发电量的变化.只有核电能够既满足电力需求,又不污染环境.自1954年苏联建成世界上第一座核电站至今,全球已有30多个国家建起了440多台机组,总装机容量达到3亿多千瓦,其中法国、美国、日本、德国、英国等经济发达国家的核电都超过本国总发电量的20%,法国甚至达到70%以上.作为一个人口众多的发展中国家,我国的电力工业一直在稳步发展,装机容量和年发电量分别排世界第四位和第三位.但人均发电量排在世界第80位,仅为世界平均水平的1/3.1996年全国电力缺口在20%左右,远远不能满足快速增长的国民经济发展的需求.我国将近70%的煤炭资源分布在华北和西北,工业发达和人口密集的东南沿海地区的煤炭和水力资源都很匮乏,国家每年都要投入巨资进行“北煤南运”.我国初步规划20002020年新增装机容量5亿千瓦.如果全部建成火电站发电用煤需要13亿吨,这无论从煤的新增产量、远距离运输,还是从生态环境等各方面看,都存在巨大困难,可以说发展核电是中国解决能源问题的一条重要途径.有关部门预测,21世纪将是中国核电大发展的时期.1991年中国大陆实现了核电零的突破.现在已有两座核电站3台核电机组共210万千瓦装机容量,其发电量占全国发电总量的1.27%.国家“九五”计划和2010年远景规划目标纲要指出:贯彻因地制宜、水火并举,适当发展核电的方针.计划到2010年投运的核电站总装机容量达到2000万千瓦左右.目前,东南沿海地区都把建造核电站作为解决当地能源问题的重要途径,对发展核电有很高的积极性.秦山核电站和大亚湾核电站的安全稳定运行为中国的核电发展开了个好头,已充分显示了核电安全、清洁、经济的优越性.“九五”期间,我国计划建造的四座核电站八台机组共660万千瓦,现已全面开始建造.可以说,发展核电已成为我国能源政策的一部分,作为20世纪中叶崛起的新能源,它在中国有着光明的发展前景.7涡流教学目标知识目标1、知道涡流是如何产生的;2、知道涡流对我们的不利和有利的两个方面,以及如何防止和利用;情感目标通过分析事例,培养学生全面认识和对待事物的科学态度教学建议本节是选学的内容,它又是一种特殊的电磁感应现象,在实际中有很多应用,比如:发电机、电动机和变压器等等所以可以根据实际情况选讲,或者知道学生阅读什么是涡流是本节课的重点内容涡流和自感一样,也有利和弊两个方面教学中应该充分应用这些实例,培养学生全面认识和对待事物的科学态度教学设计方案一、引入:引导学生观察发电机、电动机和变压器(可用事物或图片)提出问题:为什么它们的铁芯都不是整块金属,而是由许多相互绝缘的薄硅钢片叠合而成?引导学生看书回答,从而引出涡流的概念:什么是涡流?把块状金属放在变化的磁场中,或者让它在磁场中运动时,金属块内将产生感应电流,这种电流在金属块内自成闭合回路,很象水的旋涡,因此叫做涡流整块金属的电阻很小,所以涡流常常很大(使学生明确:涡流是整块导体发生的电磁感应现象,同样遵守电磁感应定律)二、涡流在实际中的意义是什么?为什么电机和变压器通常用相互绝缘的薄硅钢片叠合而成,就可以减少涡流在造成的损失?利用涡流原理制成的冶炼金属的高频感应炉有什么优点?电学测量仪表如何利用涡流原理,方便观察?提出上述问题后,让学生看书、讨论回答三、作业:让学生业余时间到物理实验室观察电度表如何利用涡流,写出小文章进行阐述1互感和自感一、教学目标知识与技能1了解互感现象的电磁感应特点。2指导学生运用观察、实验、分析、综合的方法,认识自感现象及其特点。3明确自感系数的意义及决定条件。过程与方法能用电磁感应原理,解释生产和生活中的某些自感现象。提高学生分析问题的能力和运用物理知识解决实际问题的能力。情感、态度、价值观培养、提高学生尊重科学,利用实验探索研究自然的科学素养二、重点、难点分析1重点:自感现象产生的原因及特点。2难点:运用自感知识解决实际问题。三、教具 变压器原理说明器(用400匝线圈)、3.8V0.3A灯泡两只、滑动变阻器、电源(3V)、导线、开关四、教学过程一、复习旧课,引入新课师:前面我们学习了电磁感应现象,了解了几种不同形式的电磁感应现象。如磁铁向线圈中插入或拔出时、闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动时等,都会引起感应电动势,发生电磁感应现象。你们认为引起电磁感应现象最重要的条件是什么?生:穿过电路的磁通量发生变化。师:不论用什么方式,也不管是什么原因,只要穿过电路的磁通量发生了变化,都能引起电磁感应现象。如果电路是闭合的,电路中就会有感应电流。二、新课教学(一)互感现象两个线圈之间并没有导线相连,但当一个线圈中的电流变化时,它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势。这种现象叫做互感,这种感应电动势叫做互感电动势。利用互感现象可以把能量由一个线圈传递到另一个线圈。变压器就是利用互感现象制成的。在电力工程中和电子电路中,互感现象有时会影响电路的正常工作,这时要设法减小电路间的互感现象 (二)、自感现象1、演示实验,提出问题【演示实验1】断电自感现象。实验电路如图所示。接通电路,灯泡正常发光后,迅速断开开关,可以看到灯泡闪亮一下再逐渐熄灭。问1:灯泡闪亮一下,说明了什么问题?(引导学生分析得出:灯泡的亮度由其实际功率决定。灯泡闪亮一下,表明在开关断开这一瞬间,灯泡两端的电压比原来大。)问2:在开关断开这一瞬间,增大的电压从哪里来的。(学生一时回答不了。再用实验启发。)【演示实验2】将与灯泡并联的线圈取掉。再演示上述实验,这时灯泡不再闪亮。引导学生分析得出:在开关断开这一瞬间,增大的电压是线圈产生的。问3:线圈本身并不是电源,它又是如何提供高电压的呢?2、分析现象,建立概念 讨论:组织学生讨论。出示实验电路图,引导学生运用已学过的电磁感应的知识来分析实验现象。 引导学生将这里的线圈与P、6图42。2所示实验中的线圈加以对比。在图42。2所示实验中,线圈本身也不是电源,但在磁铁插入或拔出线圈的过程中,由于线圈中的磁通量发生了变化,故线圈中产生了感应电动势,从而使电路中产生了感应电流。 问:这个实验中,线圈也发生了电磁感应。那么是什么原因引起线圈发生电磁感应呢? 引导学生进一步分析:问1:开关接通时,线圈中有没有电流?(有电流。)问2:有电流通过线圈时,线圈会不会产生磁场?根据是什么?(线圈会产生磁场。根据电流的磁效应。)问3:既然线圈产生了磁场,那么就有磁感线穿过线圈,线穿过线圈的磁胎量就不等于0。开关断开后,线圈中还有磁通量吗?(没有磁通量了。)问4:所以,在开关断开这一过程中,穿过线圈的磁通量变了吗?如何变化?(变了。从有到无。)问5:穿过线圈的磁通量发生了变化,会发生什么现象?(会发生电磁感应现象,线圈会产生感应电动势。) 讨论小结:开关接通后,线圈中存在稳定的电流,线圈内部铁芯存在很强的磁场,穿过线圈的磁通量很大;在开关断开瞬间,线圈中的电流迅速减小到0,穿过线圈的磁通量也迅速减小到0,使线圈产生感应电动势,这时线圈就相当于一个电源。由于开关断开很快,故穿过线圈的磁通量变化很快,就产生了较大的感应电动势,使灯泡两端的电压增大了。 建立概念:上述现象属于一种特殊的电磁感应现象,发生电磁感应的原因是由于通过导体本身的电流发生变化而引起磁通量变化。这种电磁感应现象称为自感。自感现象:由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象。自感电动势:在自感现象中产生的感应电动势。3、演示实验,强化概念【演示实验3】演示通电自感现象。实验电路如图。开关接通时,可以看到,灯泡2立即正常发光,而灯泡1是逐渐亮起来的。问:为什么会出现这种现象呢?(开关接通时,线圈中的电流从无到有,使得穿过线圈的磁通量从无到有,线圈中产生了自感电动势,使灯1逐渐亮起来。)问:为什么自感电动势不是使灯泡1突然变得很亮,而是使它慢慢变亮呢?4、综合因素,讲解规律教师说明:在自感现象中,自感电动势的产生是由于导体本身的电流发生了变化而引起的,而自感电动势却总是阻碍导体中原来电流的变化的。特点:自感电动势总是阻碍导体中原来电流的变化的。具体而言: 如果导体中原来的电流是增大的,自感电动势就要阻碍原来电流的增大。 I原,则自(I自)与I原相反(引导学生阅读教材P97第2段对通电自感的解释。) 如果导体中原来的电流是减小的,自感电动势就要阻碍原来电流的减小。 I原,则自(I自)与I原相同5、分析实验,深化理解实验1称为断电自感现象,实验2称为通电自感现象。那么,在实验1中电路接通的瞬间,线圈是否发生自感?在实验2中,把开关断开时,线圈是否发生自感现象呢?(都发生自感。只不过是我们观察不到。)实验2中,如果以很快的频率反复打开、闭合开关,会出现什么现象呢?(灯1 不亮,灯2闪亮。)实验1中开关断开了,电源已不再给灯泡提供电能了,灯还闪亮一下。这些能量是哪里来的呢?是凭空产生了能量吗?(线圈提供的。线圈中有电流时,线圈产生磁场,磁场也具有能量。当开关断开后,磁场能通过电磁感应转化为电能,由线圈提供给灯泡。这说明电磁感应中也遵循能量守恒。)(二)、自感系数问:感应电动势的大小跟什么因素有关?(感应电动势的大小跟磁通量的变化快慢有关。)自感电动势的大小跟其它感应电动势的大小一样,跟穿过线圈的磁通量的变化快慢有关。而在自感现象中,穿过线圈的磁通量是由电流引起的,故自感电动势的大小跟导体中电流变化的快慢有关。(引导学生阅读教材P27第2、3段。)理论分析表明: =LI/t。L称为线圈的自感系数,简称自感或电感。L的大小跟线圈的形状、长短、匝数、有无铁芯有关。单位:亨利(H) 1H=103mH=106H(三)、自感现象的应用 (日光灯、延时计电器)三、课堂练习例1、关于自感现象,正确的说法是:A、感应电流一定和原电流方向相反;B、线圈中产生的自感电动势较大的其自感系数一定较大;C、对于同一线圈,当电流变化越大时,线圈中产生的自感电动势也越大;D、自感电动总是阻碍原来电流变化的。解:D。例2、如图所示,两个电阻的阻值都是R,多匝线圈的电阻和电源内阻均可忽略不计。电键S原来断开,此时电路中的电流为I0=/2R。现将S闭合,于是线圈产生自感电动势,此自感电动势的作用是:A、使电路的电流减小,最后由I0将小到0;B、有阻碍电流增大的作用,最后电流小于I0;C、有阻碍电流增大的作用,因而电流总保持不变;D、有阻碍电流增大的作用,但电流还是增大,最后等于I0。解:D。说明:要深刻理解“阻碍”的意思。阻碍并不等于“阻止”。当原电流增大时,自感电动势要阻碍电流的增大,但电流最后还是要增大的,只不过增大得慢些(如通电自感实验中所见);当原电流减小时,自感电动势要阻碍电流的减小,但电流最后还是要减小的,只不过减小得慢些(如断电自感实验中所见)。自感电动势的作用只不过是起一个“延时”作用。例3、如图所示的电路中,L是一带铁芯的线圈,R为电阻。两条支路的直流电阻相等。那么在接通和断开电键的瞬间,两电流表的读数I1、I2的大小关系是:A、接通时I1I2; B、接通时I1I2,断开时I1I2; D、接通时I1=I2,断开时I1I2。解:B。四、课堂小结五、作业布置: 作业纸教后记:学生能从现象和楞次定律来理解自感和互感,上课例题的正确率也很高,但在电流大小和方向的变化上还需加强。4感生电动势和动生电动势(一)知识与技能1知道感生电场。2知道感生电动势和动生电动势及其区别与联系。(二)过程与方法通过同学们之间的讨论、研究增强对两种电动势的认知深度,同时提高学习物理的兴趣。(三)情感、态度与价值观通过对相应物理学史的了解,培养热爱科学、尊重知识的良好品德。教学重点感生电动势与动生电动势的概念。教学难点对感生电动势与动生电动势实质的理解。教学方法讨论法,讲练结合法教学用具:计算机,投影仪。教学过程(一)引入新课教师:我们在恒定电流以章中学过电源和电动势。大家回顾一下,什么是电源?什么是电动势?学生甲:电源是通过非静电力做功把其他形式能转化为电能的装置。学生乙:如果电源移送电荷q时非静电力所做的功为W,那么W与q的比值,叫做电源的电动势。用E表示电动势,则:教师:同学们回答得很好。教师:电源有好多种,比如干电池、手摇发电机等。请分别说出这些电源中的非静电力作用和能量转化情况。学生:干电池中的非静电力是化学作用,把化学能转化为电能;手摇发电机的非静电力是电磁作用,把机械能转化为电能。教师:不同的电源,非静电力可能不同,但从能量转化的角度看,他们所起的作用是相同的,都是把其他形式能转化为电能。从这个角度看,电源的电动势所描述的物理意义是什么?请举例说明。学生:电动势描述了电源把其他形式能转化为电能的本领,即表征非静电力对自由电荷做功的本领。不如,干电池的电动势是1.5V,表示把1C正电荷从电源负极搬到正极,非静电力做功1.5 J,而蓄电池电动势是2.0V,表示把1C正电荷从电源负极搬到正极,非静电力做功2.0 J,我们说蓄电池把化学能转化为电能的本领比干电池大。教师:同学们说得很好。教师:在电磁感应现象中,要产生电流,必须有感应电动势。这种情况下,哪一种作用扮演了非静电力的角色呢?下面我们就来学习相关的知识。(二)进行新课1、感应电场与感生电动势教师:投影教材图4.5-1,穿过闭会回路的磁场增强,在回路中产生感应电流。是什么力充当非静电力使得自由电荷发生定向运动呢?英国物理学家麦克斯韦认为,磁场变化时在空间激发出一种电场,这种电场对自由电荷产生了力的作用,使自由电荷运动起来,形成了电流,或者说产生了电动势。这种由于磁场的变化而激发的电场叫感生电场。感生电场对自由电荷的作用力充当了非静电力。由感生电场产生的感应电动势,叫做感生电动势。教师:感生电场的方向应如何判断?提示:大家回想一下,感应电流的方向如何判断?电流的方向与电荷移动的方向有何关系?学生:感应电流的方向用楞次定律判定。电流的方向与正电荷移动的方向相同。感生电场的方向与正电荷受力的方向相同,因此,感生电场的方向也可以用楞次定律判定。教师:若导体中的自由电荷是负电荷,能否用楞次定律判定?学生:能。因为负电荷的运动可以等效为正电荷在反方向上的运动。教师:下面通过例题看一下这方面的应用。(投影)教师:被加速的电子带什么电?学生:负电教师:电子逆时针运动,等效电流方向如何?学生:顺时针。教师:加速电场的方向如何?学生:顺时针。教师:使电子加速的电场是什么电场?学生:感生电场。教师:电磁铁的磁场怎样变化才能产生顺时针方向的感生电场?为什么?学生:增强。因为感应电流的磁场方向与电磁铁的磁场方向相反。感应电流的磁场阻碍磁通量的变化。感生电场是磁场变强引起的。因此,电磁铁的电流变大才能使电子加速。教师:如果电流的方向与图示方向相反,请自己判断一下,为使电子加速,电流又应怎样变化?学生:按照上面的判断步骤独立分析。学生代表发言。教师:倾听学生的发言,进行点评。2、洛伦兹力与动生电动势教师:(投影)思考与讨论。教师:引导学生分组讨论,选出代表发表见解。学生:思考、讨论,发表见解。学生甲:1导体中自由电荷(正电荷)具有水平方向的速度,由左手定则可判断受到沿棒向上的洛伦兹力作用,其合运动是斜向上的。学生乙:2自由电荷不会一直运动下去。因为C、D两端聚集电荷越来越多,在CD棒间产生的电场越来越强,当电场力等于洛伦兹力时,自由电荷不再定向运动。学生丙:3C端电势高。学生丁:4导体棒中电流是由D指向C的。教师:一段导体切割磁感线运动时相当于一个电源,这时非静电力与洛伦兹力有关。由于导体运动而产生的电动势叫动生电动势。教师:如图所示,导体棒运动过程中产生感应电流,试分析电路中的能量转化情况。学生:导体棒中的电流受到安培力作用,安培力的方向与运动方向相反,阻碍导体棒的运动,导体棒要克服安培力做功,将机械能转化为电能。(三)课堂总结、点评教师活动:让学生概括总结本节的内容。请一个同学到黑板上总结,其他同学在笔记本上总结,然后请同学评价黑板上的小结内容。学生活动:认真总结概括本节内容,并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结,看谁的更好,好在什么地方。点评:总结课堂内容,培养学生概括总结能力。教师要放开,让学生自己总结所学内容,允许内容的顺序不同,从而构建他们自己的知识框架。(四)实例探究感生电场与感生电动势【例1】 磁场变强如图所示,一个闭合电路静止于磁场中,由于磁场强弱的变化,而使电路中产生了感应电动势,下列说法中正确的是( )A磁场变化时,会在在空间中激发一种电场B使电荷定向移动形成电流的力是磁场力C使电荷定向移动形成电流的力是电场力D以上说法都不对解析:根据麦克斯韦理论,变化的磁场产生电场,处在其中的导体,其内部的自由电荷在电场力作用下定向移动形成电流。答案:AC洛仑兹力与动生电动势【例2】如图所示,导体AB在做切割磁感线运动时,将产生一个电动势,因而在电路中有电流通过,下列说法中正确的是( )A因导体运动而产生的感应电动势称为动生电动势B动生电动势的产生与洛仑兹力有关C动生电动势的产生与电场力有关D动生电动势和感生电动势产生的原因是一样的解析:如图所示,当导体向右运动时,其内部的自由电子因受向下的洛仑兹力作用向下运动,于是在棒的B端出现负电荷,而在棒的 A端显示出正电荷,所以A端电势比 B端高棒 AB就相当于一个电源,正极在A端。答案:AB 作业:作业纸教后记:本节课所学知识难度不大,学生掌握的很轻松。但也提出了一些问题,如电场线是不闭合的,而这里闭合了,只能跟他们解释以后学习电磁波的时候在讲。4法拉第电磁感应定律一、教学目标 1知识与技能 (1)掌握导体切割磁感线的情况下产生的感应电动势 (2)掌握穿过闭合电路的磁通量变化时产生的感应电动势 (3)了解平均感应电动势和感应电动势的即时值2过程与方法通过推理论证的过程培养学生的推理能力和分析问题的能力3情感态度价值观运用能的转化和守恒定律来研究问题,渗透物理思想的教育二、重点、难点分析 1重点是使学生掌握动生电动势和感生电动势与哪些因素有关 2在论证过程中怎样运用能的转化和守恒思想是本节的难点三、主要教学过程 (一)引人新课 复习提问:在发生电磁感应的情况下,用什么方法可以判定感应电流的方向?要求学生回答出:切割磁感线时用右手定则;磁通量变化时用楞次定律 (二)教学过程设计 1设问 既然会判定感应电流的方向,那么,怎样确定感应电流的强弱呢?既然有感应电流,那么就一定存在感应电动势只要能确定感应电动势的大小,根据欧姆定律就可以确定感应电流了 2导线切割磁感线的情况 ( 1)如图所示,矩形闭合金属线框 abcd置于有界的匀强磁场B中,现以速度对匀速拉出磁场,我们来看感应电动势的大小 在水平方向ab边受到安培力Fm=BIl的作用因为金属线框是做匀速运动,所以拉线框的外力F的大小等于这个安培力,即F=BIl在匀速向外技金属线框的过程中,拉力做功的功率P=FV=BIlv 拉力的功并没有增加线框的动能,而是使线框中产生了感应电流I根据能的转化和守恒定律可知,拉力F的功率等于线框中的电功率P 闭合电路中的电功率等于电源电动势(在这里就是感应电动势)与电流I的乘积 显然FV=I, 即BIlv=I得出感应电动势=Blv (1)式中的l是垂直切割磁感线的有效长度(ab),v是垂直切割磁感线的有效速度(2)当ab边与磁感线成角(如图2)做切割磁感线运动时,可以把速度v分解,其有效切割速度v=v sin 那么,公式(1)可改写为: Blvsin (2) 这就是导体切割磁感线时感应电动势的公式在国际单位制中,它们的单位满足:V=Tm2/s 3穿过闭合电路的磁通量变化时(1)参看前图,若导体ab在t时间内移动的位移是l,那么它的速度v即可表示为v=l/t,(2)式=Blvsin 可以改写为 (3) 式中ll是ab边在t时间内扫过的面积llsin 是ab边在t时间内垂直于磁场方向扫过的有效面积 Bllsin 是ab边在此时间内扫过的磁通量(磁感线的条数),对于金属线框abcd来说这个值也就是穿过线框磁通量在t时间内的变化量这样(3)式可简化为 (2)在一般情况下,线圈多是由很多匝(n匝)线框构成,每匝产生的感应电动势均为(4)式的值,串联起来n匝,则线圈产生的感应电动势可用 表示这个公式可以用精密的实验验证这就是法拉第电磁感应定律的表达式 (3)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这就是法拉第电磁感应定律 4几个应该说明的问题 (1)在法拉第电磁感应定律中感应电动势的大小不是跟磁通量成正比,也不是跟磁通量的变化量成正比,而是跟磁通量的变化率成正比 (2)法拉第电磁感应定律反映的是在ta一段时间内平均感应电动势只有当凸t趋近于零时,才是即时值 (3)公式=Blvsln 中,当v取即时速度则是即时值,当v取平均速度时,是平均感应电动势 (4)当磁通量变化时,对于闭合电路一定有感应电流若电路不闭合,则无感应电流,但仍然有感应电动势 (5)感应电动势就是电源电动势,是非静电力使电荷移动增加电势能的结果电路中感应电流的强弱由感应电动势的大小和电路总电阻决定,符合欧姆定律 (三)课堂小结 1导体做切割磁感线运动时,感应电动势可由 =Blvsin确定2穿过电路的磁通量发生变化时,感应电动势由法拉第电磁感应定律确定,即 3感应电动势就是电源电动势有关闭合电路相关量的计算在这里都适用 4同学们应该会证明单位关系: V= WbS五、教学说明 1这一节课是从能的转化和守恒定律入手展开的,其目的在于渗透一点物理思想 2这一节课先讲动生电动势再过渡到感生电动势,其目的是隐含地告诉学生在某些情况下两者是一致的、统一的 3建议本节课后安排一节习题课来加以巩固 3楞次定律一、教学目标(一)知识与技能1掌握楞次定律和右手定则,知道右手定则是楞次定律的特例,并会应用它们判断感应电流的方向。2理解楞次定律中“阻碍”二字的含义(二)过程与方法通过观察演示实验,探索和总结出感应电流方向的一般规律。(三)情感态度与价值观1使学生学会由个别事物的个性来认识一般事物的共性的认识事物的一种重要的科学方法。2培养学生的空间想像能力。3培养学生的实验能力和根据实验结果进行分析、归纳、总结的能力和科学猜想的能力【教学方法】 实验法、探究法、讨论法、归纳法【教具准备】演示电流计,线圈(外面有明显的绕线标志),导线两根,条形磁铁,马蹄形磁铁,线圈【教学过程】复习提问感应电动势的大小与什么有关?两个公式的区别与联系?3、例:在磁感应强度为B的匀强磁场中放置一n匝、半径为r的圆形线圈,总电阻为R,线圈平面与磁场方向垂直,当线圈迅速从静止翻转180的过程中,通过线圈任一截面的电量是多少?解: (感应电动势与翻转快慢有关,而电量与其无关)(二)新课教学 一、实验NSNSSNSNNSNSSNSN甲乙丙丁 先判断电流表的偏转特性次数动作B原方向原变化B感方向B原和B感方向关系1N向下插入向下变大向上相反2N向下抽出向下变小向下相同3S向下插入向上变大向下相反4S向上抽出向上变小向上相同实验记录: 总结规律:原磁通变大,则感应电流磁场与原磁场相反,有阻碍变大作用 原磁通变小,则感应电流磁场与原磁场相同,有阻碍变小作用二、楞次定律定律:感应电流具有这样的方向,即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁 通量的变化理解: 阻碍既不是阻止也不等于反向,增反减同 “阻碍”又称作“反抗”,注意不是阻碍原磁场而阻碍原磁场的变化注意两个磁场:原磁场和感应电流磁场从相对运动角度来看,阻碍也可理解成阻碍相对运动分析螺线管的N、S极,“你来我不让你来,你走我不让你走”感应电流的方向即感应电动势的方向阻碍的过程中,即一种能向另一种转化的过程 例:上述实验中,若条形磁铁是自由落体,则磁铁下落过程中受到向上的阻力,即机械能电能内能3、应用楞次定律步骤:(1)明确原磁场的方向;(2)明确穿过闭合回路的磁通量是增加还是减少;(3)根据楞次定律(增反减同),判定感应电流的磁场方向;(4)利用安培定则判定感应电流的方向。 例:两同心金属圆环,使内环A通以顺时针方向电流,现使其电流增大,则在大环B中产生的感应电流方向如何?若减小电流呢?I解:由安培定则A环中电流产生的磁场方向向里穿过大环的磁通量增大由楞次定律可知感应电流的磁场向外由安培定则得外环感应电流为逆时针同理当电流减小时,外环中感应电流方向为顺时针 三、右手定则内容:伸开右手让拇指跟其余四指垂直,并且都跟手掌在一个平面内,让磁感线垂直从掌心进入,拇指指向导体运动方向,其余四指指向的就是导体中感应电流方向适用条件:切割磁感线的情况说明: 右手定则是楞次定律的特例,用右手定则求解的问题也可用楞次定律求解G 例:分别用右手定则和楞次定律判断 通过电流表的电流方向(课本P204(3)右手定则较楞次定律方便,但适用范围较窄,而楞次定律应用于所有情况当切割磁感线时电路不闭合,四指的指向即感应电动势方向(画出等效电源的正负极)(三)巩固练习例1:为什么闭合回路完全在垂直匀强磁场的面内切割磁感线时回路中无感应电流?例2:如图所示,平行金属导轨的左端连有电阻R,金属导线框ABCD的两端用金属棒跨在导轨上,匀强磁场方向指向纸内。当线框ABCD沿导轨向右运动时,线框ABCD中有无闭合电流?_;电阻R上有无电流通过?_例3:长为R的金属导体棒在垂直于匀强磁场的面内,绕其一端以角速度匀速转动,求其两端电势差。O(四)小结1、楞次定律的内容?2、如何理解“阻碍”的含义?3、应用楞次定律的步骤?4、右手定则与楞次定律的关系?【布置作业】作业纸【教后记】学生对于双回路,对于左手和右手的使用,对于导体的相对运动以及合磁通的判断都存在问题,要在练习中领会阻碍的内涵。3
收藏