高中物理粵教版（2019）选择性必修第二册 2.2 法拉第电磁感应定律（二）教案（含解析）

法拉第电磁感应定律（第二课时）
【教学对象分析】通过楞次定律和右手定则的学习，学生已经掌握了感应电动势、感应电流方向的判断方法。通过法拉第电磁感应定律学习，学生已经能够计算感生电动势计算，动生电动势的计算公式学习，是知识推进的必然。
【教学内容分析】本节课通过法拉第电磁感应定律，用在切割磁感线的情境下，推导出动生电动势的计算公式。
【教学目标】
（1）理解动生电动势的非静电力的来源是由洛伦兹力的一个分力来提供的。
（2）理解动生电动势表达式的使用条件，及其公式中个物理量的含义。
（3）熟练掌握应用计算动生电动势的方法。
【教学难点】动生电动势表达式使用条件，及公式中物理量的含义。
【教学重点】熟练使用计算动生电动势。
【教学方法】分析、思考与讨论
【教学过程】
复习前知
法拉第电磁感应定律：线圈内的感生电动势大小与通过线圈的磁通量的变化率成正比关系。
国际单位制下：
E—感生电动势，为磁通量变化率，n为线圈匝数
教学过程
问题1 如图所示，当导体做切割磁感线运动而引起磁通量变化时，感应电动势多大呢？
假设在磁感应强度为 B的匀强磁场里，线框平面与磁感线垂直，导线ab长度为l，它以速度v水平向右匀速运动，求产生的感应电动势大小？
由于导体运动产生的感应电动势，叫动生电动势。
思考：若导体运动方向与导体本身垂直，但与磁感应强度方向有夹角 θ，此时电动势又该怎么求？
将速度进行矢量分解
(一）导体切割磁感线时的感应电动势
1、表达式：
适用条件：（1）匀强磁场中
（2）导线L、B、v两两垂直时
若导体运动方向跟磁感应强度方向有夹角(导体斜切磁感线)
E = Blvsin θ （θ为v与B夹角）
2．对公式E＝Blvsinθ的理解
(1)如果是n匝线框的一边在磁场中切割磁感线
则有E＝nBlvsinθ
(2)该公式可看成法拉第电磁感应定律的一个推论，求导体切割磁感 线时的感应电动势更简捷。速度v为瞬时值,E就为瞬时电动势;速度v为平均值,E就为平均电动势.
(3)当B、l、v三个量方向相互垂直时，E＝Blv；
当有任意两个量的方向平行时，E＝0。
(4)公式中的l应理解为导体切割磁感线时的有效长度。
如图所示，导体切割磁感线的情况应取与B和v垂直的等效直线长度，
即ab的长度。
（二）动生电动势的非静电力来源
问题2 如图，普通电源产生电动势是通过非静电力做功实现的，那导体棒在匀强磁场中运动，产生动生电动势的非静电力是什么力提供的？
如图，导体棒CD在匀强磁场中运动，速度方向与磁感应强度方向垂直，且与导体棒垂直。
为便于讨论，假设导体棒中的自由电荷是正电荷。
其实，这里的非静电力是洛仑兹力沿棒方向的一个分力，如图所示：
从能量转化角度看动生电动势产生
设匀强磁场的磁感应强度为B，导体棒MN的长度为l，在水平外力作用下以速度v水平向右匀速运动，电阻值为R，不计其它电阻和摩擦，则：
导体棒产生感应电动势？回路中的感应电流？
在时间 t 内，电路中产生多少电能？
③ 导体棒受到的安培力的大小？方向？
④ 作用在导体棒上的外力F的大小？方向？
⑤ 在时间 t 内，外力F 做功？安培力做功？
⑥ 运动过程中，外力做功、安培力做功与电路
中产生的电能有什么关系？
综合②⑤分析,
根据能量转化与守恒定律：
外力做功等于克服安培力做功， 等于电路中产生的电能。
【解析】公式E＝Blv中的l应指导体的有效切割长度，甲、乙、丁中的有效切割长度均为l，电动势E＝Blv；而丙的有效切割长度为0，电动势为0，故选项B正确.
例题2 如图所示，水平放置的平行金属导轨相距l＝0.50 m，左端接一电阻R＝0.20 Ω，磁感应强度B＝0.40 T的匀强磁场方向垂直于导轨平面．导体棒ab垂直放在导轨上，并能无摩擦地沿导轨滑动，导轨和导体棒的电阻均可忽略不计，当ab以v＝4.0 m/s的速度水平向右匀速滑动时，求:
(1)闭合回路感应电动势的大小；
(2)回路中感应电流的大小；
(3)ab棒中哪端电势高；
(4)维持ab棒做匀速运动的水平外力F的大小．
能力提升训练
思路分析：
(1)金属棒切割磁感线的有效长度是哪一部分？如何求电路中感应电动势？
(2) 组成闭合回路的总电阻如何变化？如何求出？
课堂小结
答疑
1、部分导体切割磁感线产生的感应电动势公式E=BLV，其中速度V是
相对地面的速度吗？
不是，速度V是相对于磁场的速度，若磁场相对地面静止，则速度v等于相对地面的速度，若磁场相对地面在运动，应注意速度间的相对关系。
如图所示，如何求导体转动切割磁感线的感应电动势？
3、如图所示，如何判断部分导体切割磁感线时两端电势的高低？
方法：先用右手定则或楞次定律判断出感应电流的方向由b流向a，导体棒相当于电源部分，根据闭合电路知识，电源内部电流方向由负极流向正极，所以a端电势高，b端电势低。
4、如图所示，水平放置的平行金属导轨相距l＝0.50 m，左端接一电阻R＝0.20 Ω，磁感应强度B＝0.40 T的匀强磁场方向垂直于导轨平面．导体棒ab垂直放在导轨上，并能无摩擦地沿导轨滑动，导轨和导体棒的电阻均可忽略不计，当ab以v＝4.0 m/s的速度水平向右匀速滑动时，求:
(1)ab棒中感应电动势的大小；
(2)回路中感应电流的大小；
(3)ab棒中哪端电势高；
(4)维持ab棒做匀速运动的水平外力F的大小．
【思路点拨】　这是一个导体做切割磁感线运动产生感应电动势的问题．感应电动势的大小可由公式E＝Blv求出；感应电流的大小可由闭合电路欧姆定律求出；匀速运动时，水平外力的大小应该与安培力的大小相等．