0 0 类别 : 教案

《电磁学》复习课教学设计 【教学目标】 1．在物理知识方面要求． （l）掌握磁场对载流导体的作用力； （2）掌握磁场对运动电荷的作用力； （3）掌握法拉第电磁感应定律． 2．通过综合复习，搞清磁场、电磁感应、交流电、电磁振荡和电磁波等知识的内在关联， 并能进行相关知识的综合运用． 3．通过综合复习，培养学生归纳、整理知识的能力，培养学生运用知识分析解决综合 性问题的能力． 【重点、难点分析】 1．重点． （l）磁场对截流导体的作用力； （2）磁场对运动电荷的作用力； （3）感生电流方向的判定； （4）法拉第电磁感应定律及其运用． 2．难点． （l）楞次定律及其运用； （2）法拉第电磁感应定律的运用； （3）电磁振荡过程的理解． 【教具】 投影片（或小黑板），挂图． 【教学过程设计】 （一）复习引入新课 1．提出问题． （l）请同学回顾：磁场、电磁感应、交流电、电磁振荡和电磁波几章知识的大致轮廓； （2）请同学描述一下：磁场、电磁感应、交流电、电磁振荡和电磁波各章的具体知识内 容． 2．根据同学描述的知识内容，归纳总结一下，在几章中，我们主要学习了，运动电荷 周围存在磁场；电场和磁场在一定条件下相互转换，从而形成电磁感应，产生电磁波．电 磁波的接收与发射等又涉及电子技术方面的应用等知识． （二）主要教学过程设计 1．出示挂图，并作解说知识大致轮廓． 2．出示挂图，并作解说本部分的主要知识，具体内容和简要说明。 主要知识 具体内容 说明 磁场 运动电荷周围存在的物质，能 对铁类物质及运动电荷产生力 的作用。 一切磁现象的本质，来源 于电荷的运动。 磁感应强度 B B=F/l·I。F-N，l-m，I-A，B-T。 B的方向与 F、l所在平面垂直。 F是当 l⊥B时受到的最大 磁场力 磁通量 φ=B·S  cosB ，B-T， 2mS  ， 211. mTWbWb  θ是 S与磁感应强度垂直方 向的夹角。 安培力 F F=BIlsinθ，磁场对通电导体的 作用力。 θ是 B与电流正方向的夹角 洛仑兹力 f f=qvBsinθ，磁场对运动电荷的 作用力。 θ是 B、v正方向的夹角。 动生电动势 ε=Blvsinθ，一段导体因切割磁 感线而产生的感生电动势。 θ是 v与 B正方向的夹角 （l与 B垂直）。 感应电动势 ε=N△φ/△t，因磁通量发生变 化而在闭合电路引起的感生电 动势的代数和。 N是匝数。△φ/△t叫做磁通 量的变化率。 变流电 e=NBSωsinωtV，或 tAIi m sin 。电流大小、方 向作周期性变化。 由于闭合电路磁通量周期 性变化所产生。 交流电最大值  NBSm  或 INBlvm  ， RI mm / ， RIU mm  。 正弦（或余弦）符号前的 数值 交流电有效值 2/mUU  ， 2/mII  ， )2/( M  。 相当于直流电同样势效应 之值。 理想变压器 利用电磁感应原理输送电能的 装置。     2211 2121 ;:::: InInnI nnUU 通过理想变压器的各匝线 圈的△φ/△t相同，能量损 耗不计。 L、C振荡电路 L、C闭合电路内，电场能与磁 场能的交替转换。 电流变化趋势与 C上电量 变化趋势相反。 L、C振荡周期 CLT  2 ，L—电感，单 位：H；C—电容，单位：F； T—周期，单位：s。 改变 L或 C都能使 T变化 。 T为固有周期。 电磁场与电磁波 变化的磁场（电场），产生电 场（磁场）。变化的电场与磁 场不可分割，叫做电磁场。 电磁场在空间传递形成电磁波。 按正弦（或余弦）规律变 化的磁场（电场），产生 变化的电场（磁场） 3．就以下内容，逐个提问，然后将投影片打出． （1）基本定则． ①安培定则 判断电流磁场方向的法则．应用于直线电流时，拇指表示电流方向，四指 表示磁场（磁感线）的环绕方向；应用于环形电流时，四指表示电流方向，拇指表示环形 电流轴线上磁感线的方向． ②左手定则 判断通电导线运动电荷受磁场力方向的法则．在应用于判断洛仑兹力方向 时，只要将正电荷运动方向视为电流方向即可．负电荷反之． ③右手定则 判断感生电流方向的法则，注意与楞次定律相结合使用． （2）楞次定律． 反映感生电流方向与磁通量变化关系的定律：感生电流的磁场总是要阻碍引起感生电 流的磁通量的变化．可结合左、右手判断法则，判断感生电流方向或感生电动势的正负极性． 应用时，注意下列四个步骤： ①明确外磁场（或原磁场）的方向及分布情况，画出磁感线的分布； ②判断磁通量的变化△φ； ③根据△φ的正、负情况，判断感生电流磁场的方向： 当△φ＞0时，感生电流磁场方向与外磁场方向相反； 当△φ＜0时，感生电流磁场方向与外磁场方向相同； 当△φ=0时，无感生电流产生． ④根据感生电流磁场方向，结合（左）右手判定法则，确定感生电流方向． （3）法拉第电磁感应定律． 反映感生电动势产生条件及大小的定律：电路中感生电动势的大小，跟穿过这一电路 的磁通量的变化率成正比，即：ε∝△φ△t． 注意： ①公式 ε=Blvsinθ是反映长为 1的一段导体，或者闭合电路中的一部分导体 1两端感生 电动势的大小．此感生电动势起因于导体做切割磁感线运动的结果； ②公式 tN    ，是表示绕闭合电路一周感生电动势的代数和； ③凡电动势，都是表示非静电力移动单位正电荷做功的能力大小．公式 ε=Blv中的非 静电力是洛仑兹力．而 tN    中的非静电力则不仅包括洛仑兹力，而且包括感生电场 力等非静电力． 这是两者在意义上的区别．但通常在应用中往往对于应用 tN   求得的感生电动势一 定是对时间△t的“平均值”，而将 ε=Blvsinθ理想为只能求得即时值，以此来区别两者的 不同意义．这种看法是片面的，“即时值”、“平均值”不是两者的根本区别．实际上两个 公式在某些情况下都能描述即时值和平均值． 4．交流电的变化规律． 当闭合导线框在匀强磁场中以角速度 ω匀速转动时，如果闭合电路内的磁通量发生周 期性变化，则其感生电动势即为： VtNBSe )sin(   式中N为闭合导线框的匝数，S为导线框所围面积． 5．讲述研究电磁学部分的基本思路与方法． （l）磁场中的力学问题，其分析方法与力学中的方法相同，只是多了磁场力的作用， 当存在动量或能量转化问题时，可借助动量或功能关系解答． 如图 1所示（投影片）质量为m的带电小球所带电量为+q，可以沿竖直长棍滑动，小 球与棍的摩擦因数为 μ，同时有一水平向右的匀强电场 E和水平垂直纸面向里的匀强磁场 B．问小球由静止向下滑动时做什么运动？ 分析：可采用谈话法．一人回答不完整时，其他同学补充，也可以争论，留给学生一 段时间讨论．然后，提问：刚开始小球一共受几个力？它们的大小、方向？ 可能回答：重力mg竖直向下，电场力 F=qE水平向右，弹力N=qE水平向左（因无水 平运动，N与 F平衡）和竖直向上的摩擦力（小球不动，这时摩擦力为静摩擦力 f=mg）． 提问 2：小球向下滑动后，小球受力怎么变化？ 可能回答：重力、电场力与小球运动无关，故不变．小球向下运动，将受到向右的洛仑 兹力 qvBf 洛 ．因小球仍无水平运动，所以向左的弹力 qvBqEfFN  洛 ；这时的 摩擦力 f=μN=μ（qE+qvB）方向向上． 提问 3：小球将做什么运动？作定性和定量分析． 开始时：mg＞f，小球向下做加速运动，当 v增大时，摩擦力 f也增大，竖直向下的合 力 fmgF  在减小．所以小球做加速度减小的加速运动．当 f=mg时，小球做匀速运 动． 在下落过程中，根据牛顿第二定律有 maqvBqEmgF  )( 。 当∑F=0时，a=0，v最大，由上式可有 mg=μ（qE+qvB）。 从而解得： qB qEmgv  最大 。 适当归纳总结后，请看投影片。 如图 2．在匀强电场和匀强磁场共存的区域内，电场的场强为 E、方向竖直向下，磁场 的磁感应强度为 B、方向垂直纸面向里．在场区内，有一根绝缘细杆与水平方向成 θ固定放 置，杆上套有一个质量为m、带有电量为一 q的小球，小球与细杆间摩擦因数为 μ（μ＜tanα ＝．现将小球由静止释放，设杆有足够的长度，且 qE＜mg，求下滑中小球的最大加速度 和最大速度． 组织学生讨论，然后归纳：下滑中，当小球的速度 v较小时，受到如图 3（a）所示的 重力G=mg，电场力 qEF 1 ，洛仑兹力 BqvF 2 ，支持力N，摩擦力 f=μN作用．随着 小球速度 v的增大→ 2F 增大→N减小→f减小→小球受到的合外力∑F增大→小球的加速 度 a增大．当速度 v增至某一数值 1v 时，支持力N减为零，摩擦力 f相应减为零，小球受 到的合外力 合F 达到最大，此时小球的加速度 a相应达到最大． 据此由牛顿第二定律有 mmaqEmg   sinsin 。 解得小球的最大加速度为 m qEmgam sin)(  。 小球的速度 v超过 1v 后，受力情况变为如图 3（b）所示，其中杆对小球的支持力N 由垂直杆向上变为垂直杆向下．之后随着小球速度 v继续增大→ 2F 增大→N增大→f增大 →∑F减小→a减小．当速度 v增至另一数值 2v 时，小球受到的合外力 合F 减为零，其加 速度 a相应减为零，此后小球以速度 2v 沿杆匀速下滑，故速度 2v 即是小球可达到的最大 速度．据此由∑F=0有 0)coscos(sinsin   mgqEBqvqEmg m 。 解得小球的最大速度为 Bq qEmgvm   )cos)(sin(  。 归纳总结本题后，看投影片． 图 4中的MN为水平放置的带电平行板，相距为 d，电势差为U，两极间充满磁感应强 度为 B、方向为垂直纸面向里的匀强磁场．某时刻，一个质量为m、带电量为 q的负电荷， 从N板的 P点由静止开始进入电场、磁场中．当它经过轨迹的最高点位置K时，正好与原 来静止在K点的、质量为m的中性油滴相结合，随之，从K点开始做匀速直线运动．如果 不许重力影响，试问： ①电荷与油滴结合后的运动速度多大？ ②电荷到达K点与油滴作用前的速度多大？ ③电荷与油滴作用过程中损耗的能量为多少？ ④K点到N板的距离为多少？ 组织讨论然后归纳．电荷在正交的电场与磁场中运动时，在本题条件下，电荷既受电 场力作用又受洛仑兹力作用．由于洛仑兹力为变力，电荷将做变加速曲线运动，不能用中 学物理中运动学的方法解决这一问题． ①电荷与油滴作用后做匀速直线运动，其合外力必为零，即 BqvqEF K ， 故 dBUBEvK //  。 此即两者的共同速度． ②电荷与油滴作用后做匀速直线运动，而油滴原来是静止的，其动量来自运动电荷的 传递，两者作用过程为碰撞．没碰撞前电荷的速度为 0v ，由动量守恒定律： Kvmmmv )(0  ， 所以 BdUvv K /220  。 此为电荷到达K点时的最大速度． ③作用过程中能量的损耗，必等于作用前后两个能量之差 22 0 2 )/(2 1)(2 1 dBUmmvvmmE K  。 ④电荷在 P点时的动能为零，而在K点时的动能为 2222 0 /2/ BdmUmvEK  。 但在电荷运动的过程中，洛仑兹力不做功，只有电场力做功，由动能定理知： KPqUmv 2/20 ， 所以 2)(2 Bd U q mU KP  。 设K到N板之距为 h，则： dUhU KP //  。 故 2/2/ qdBmUUdUh KP  。 通过以上三例，讲清楚力学、磁场等有关方面知识的综合运用方法与思路．然后提出问 题． I=△Q/△t=CBla 可见，若 a为定值，则 I也为定值． 因 aICBBIlF 22 。 由牛顿第二定律：mg-F=ma， 即 maalCBmg  22 ， 所以 glCBm ma  22 金属棒运动的加速度为定值，所以它将匀加速下落． 师生共同分析比较上两例题的解答基本思路与方法．适当归纳以上几个综合性问题的 共同的解答思路与方法． 【教学说明】 1．由于是综合性复习，因而在教学内容的处理上，跨度比较大．其中涉及牛顿运动定 律、动量守恒定律、功能关系和静电场、磁场、电磁感应等多项内容．因此在复习这部分内容 和分析解答这几个例题时，要做好知识上的准备，将前后知识衔接好． 2．由于时间原因，内容偏多，有的地方也有一定难度．因此，要求教师在处理这部分 内容时，要灵活掌握．条件和基础较差的学校可视其具体情况作些适当调整． 教学后记