课件54张PPT。教学教法分析课前自主导学当堂双基达标 课后知能检测教学方案设计课堂互动探究 1 划时代的发现
2 探究感应电流的产生条件●课标要求
1．收集资料，了解电磁感应的发现过程，体会人类探索自然规律的科学态度和科学精神．
2．通过实验，理解感应电流的产生条件．举例说明电磁感应在生活和生产中的应用． ●课标解读
1．关注电磁感应现象的发现过程，了解相关的物理学史．
2．知道电磁感应、感应电流的定义．
3．经历感应电流产生条件的探究活动，理解产生感应电流的条件．
●教学地位
本节知识在高考中尽管很少直接命题，但它是电学中的基本知识，是以后学习的基础． ●新课导入建议
一个并非偶然的实验，揭示了一个重大的发现，因为机遇总是垂青那些有准备的人．奥斯特实验使人们对电、磁有了新的认识，同时也在世界范围内掀起了一场研究“电和磁”关系的革命，你了解磁生电的探索发现过程吗？它是由哪位科学家来发现的呢？“磁”怎样才能生“电”？通过这节课的学习，我们就能明白这些问题了． ●教学流程设计1.基本知识
(1)“电生磁”的发现
1820年，丹麦物理学家_______发现载流导线能使小磁针偏转，这种作用称为_____________．
(2)“磁生电”的发现
1831年，英国物理学家_______发现了“磁生电”的现象，这种现象叫作_________，产生的电流叫作_________．奥斯特电流的磁效应法拉第电磁感应感应电流(3)法拉第的概括2．思考判断
(1)奥斯特发现了电流的磁效应，拉开了研究电与磁相互联系的序幕．( )
(2)电流的磁效应否定了一切磁现象都是来自于电荷的运动这一结论．( )
(3)“磁生电”是一种在变化、运动过程中才出现的效应．( )√×√3．探究交流
英国物理学家法拉第发现了磁生电，那么磁生电的实质是什么？
【提示】 磁生电的过程是其他形式的能转化为电能的过程．1.基本知识
(1)磁通量
①概念：穿过某个面的磁通量等于闭合导体回路的______与垂直穿过它的_____________的乘积．
②公式：Φ＝BS.
(2)产生感应电流的条件
只要穿过______________的_____量发生变化，闭合导体回路中就有感应电流．面积磁感应强度闭合导体回路磁通2．思考判断
(1)导体回路的面积越大，则穿过导体回路的磁通量越大．( )
(2)穿过螺线管的磁通量发生变化时，螺线管内部就一定有感应电流产生．( )
(3)即便闭合导体回路中有导体做切割磁感线运动，回路中也不一定有感应电流．( )××√3．探究交流
法拉第发现电磁感应的过程为什么会经历很长一段时间？
【提示】 法拉第在开始的实验中使用的都是恒定电流产生的磁场，而“磁生电”是一种在变化、运动过程中才能出现的效应． 【问题导思】
1．磁通量有方向吗？磁通量的正负的含义是什么？
2．磁通量的计算有几种典型的情况？
3．磁通量的改变有几种情况？1．对磁通量的理解
(1)磁通量是标量，但是有正负．磁通量的正负不代表大小，只表示磁感线是怎样穿过平面的．即若以向里穿过某面的磁通量为正，则向外穿过这个面的磁通量为负．
(2)若穿过某一面的磁感线既有穿出，又有穿进，则穿过该面的合磁通量为净磁感线的条数．
2．匀强磁场中磁通量的计算
利用公式：Φ＝BS(其中B为匀强磁场的磁感应强度，S为线圈的有效面积)．注意以下三种特殊情况：
(1)如果磁感线与平面不垂直，如图4-1-1(甲)所示，有效面积应理解为原平面在垂直磁场方向上的投影面积，如果平面与垂直磁场方向的夹角为θ，则有效面积为Scos θ，穿过该平面的磁通量为Φ＝BScos θ.(2)S指闭合回路中包含磁场的那部分有效面积，如图(乙)所示，闭合回路abcd和闭合回路ABCD虽然面积不同，但穿过它们的磁通量却相同：Φ＝BS2.
(3)某面积内有不同方向的磁场时，分别计算不同方向的磁场的磁通量，然后规定某个方向的磁通量为正，反方向的磁通量为负，求其代数和． 3．磁通量的变化
(1)Sn(Sn为线圈平面在垂直于磁感线方向上的投影面积)不变，磁感应强度发生变化，即ΔΦ＝ΔB·Sn.
(2)磁感应强度不变，Sn发生变化，ΔΦ＝ΔSn·B，其中Sn发生变化的情况又分为两种形式：①处在磁场中的闭合回路面积发生变化，引起磁通量发生变化；②闭合回路面积不变，但与磁场的夹角发生变化，从而引起投影面积发生变化.
(3)磁感应强度和投影面积均发生变化．这种情况较少见，此时应采用公式ΔΦ＝Φ2－Φ1进行分析． 如图4-1-2所示的线框，面积为S，处于磁感应强度为B的匀强磁场中，B的方向与线框平面成θ角，当线框转过90°到如图所示的虚线位置时，试求： (1)初、末位置穿过线框的磁通量的大小Φ1和Φ2；
(2)磁通量的变化量ΔΦ.【审题指导】 (1)磁通量的公式Φ＝BS的适应条件是：磁场是匀强磁场，B与S垂直．
(2)求磁通量的变化要注意磁通量穿过的方向．
【解析】 (1)解法一：如题图所示，在初始位置，把面积向垂直于磁场方向进行投影，可得垂直于磁场方向的面积为S⊥＝Ssin θ，所以Φ1＝BSsin θ.在末位置，把面积向垂直于磁场方向进行投影，可得垂直于磁场方向的面积为S⊥＝Scos θ.由于磁感线从反面穿入，所以Φ2＝－BScos θ.解法二：如果把磁感应强度B沿垂直于面积S和平行于面积S进行分解，能否得到同样的结论？(请同学们自行推导，答案是肯定的)
(2)开始时B与线框平面成θ角，穿过线框的磁通量Φ1＝BSsin θ；当线框平面按顺时针方向转动时，穿过线框的磁通量减少，当转到θ时，穿过线框的磁通量减少为零，继续转动至90°时，磁通量从另一面穿过，变为“负”值，Φ2＝－BScos θ.所以，此过程中磁通量的变化量为
ΔΦ＝Φ2－Φ1＝－BScos θ－BSsin θ＝－BS(cos θ＋sin θ)． 【答案】 (1)Φ1＝BSsin θ Φ2＝－BScos θ
(2)－BS(cos θ＋sin θ)1．解答该类题目时，要注意磁感线是从平面的哪一面穿入的．
2．当规定从某一面穿入的磁通量为正值时，则从另一面穿入的就为负值，然后按照求代数和的方法求出磁通量的变化(磁通量是有正、负的标量)．
3．准确地把初、末状态的磁通量表示出来是解题的关键． 1．(2014·武汉市重点中学检测)如图
4-1-3所示，通有恒定电流的导线MN
与闭合金属框共面，第一次将金属框由
Ⅰ平移到Ⅱ，第二次将金属框绕cd边翻
转到Ⅱ，设先后两次通过金属框的磁通量变化大小分别为ΔΦ1和ΔΦ2，则( )
A．ΔΦ1>ΔΦ2 B．ΔΦ1＝ΔΦ2
C．ΔΦ1<ΔΦ2 D．不能判断【解析】 将金属框由Ⅰ平移到Ⅱ磁通量的变化量大小为ΔΦ1＝|Φ′－Φ|，将金属框绕cd边翻转到Ⅱ时磁通量变化量大小为ΔΦ2＝|－Φ′－Φ|，所以ΔΦ1<ΔΦ2，选项C正确．
【答案】 C【问题导思】
1．判断回路中是否有感应电流的依据是什么？
2．引起磁通量变化的原因有哪些？感应电流产生的必要条件是穿过闭合电路的磁通量发生变化，所以判断感应电流有无时必须明确以下两点：
1．明确电路是否为闭合电路．
2．判断穿过回路的磁通量是否发生变化．穿过闭合电路的磁通量变化情况的列表如下：3.ΔΦ与Φ意义不同，大小也没有必然的联系．感应电流的产生与Φ无关，只取决于Φ的变化，即与ΔΦ有关．如选项图所示，A中线圈有一小缺口，B、D中匀强磁场区域足够大，C中通电导线位于水平放置的闭合线圈某一直径的正上方．其中能产生感应电流的是( )【审题指导】 解答此题应注意两点：
(1)电路是否闭合．
(2)穿过电路的磁通量是否变化．
【解析】 图A中线圈没闭合，无感应电流；图B中闭合电路中的磁通量增大，有感应电流；图C中的导线在圆环的正上方，不论电流如何变化，穿过线圈的磁感线都相互抵消，磁通量恒为零，也无电流；图D中回路磁通量恒定，无感应电流．故本题只有选项B正确．
【答案】 B判断电路中是否产生感应电流，关键要分析穿过闭合电路的磁通量是否发生变化．对于C图中就必须要弄清楚通电直导线的磁感线分布情况，而对于立体图，往往还需要将立体图转换为平面图，如转化为俯视图、侧视图等．2．如图4-1-4所示，在竖直向下的匀强磁场中，有一闭合导体环，环面与磁场垂直．当导体环在磁场中完成下述运动时，可能产生感应电流的是( )A．导体环保持水平且在磁场中向上或向下运动
B．导体环保持水平向左或向右加速平动
C．导体环以垂直环面、通过环心的轴转动
D．导体环以一条直径为轴，在磁场中转动
【解析】 只要导体环保持水平，无论它如何运动，穿过环的磁通量都不变，都不会产生感应电流，只有导体环绕通过直径的轴在磁场中转动时，穿过环的磁通量改变，才会产生感应电流，D项正确．
【答案】 D如图4-1-5所示，在匀强磁场中的矩形金属轨道上，有等长的两根金属棒ab和cd，它们以相同的速度匀速运动，则( )A．断开开关S，ab中有感应电流
B．闭合开关S，ab中有感应电流C．无论断开还是闭合开关S，ab中都有感应电流
D．无论断开还是闭合开关S，ab中都没有感应电流
【规范解答】 两根金属棒ab和cd以相同的速度匀速运动，若断开开关S，两根金属棒与导轨构成的回路中磁通量无变化，则回路中无感应电流，故选项A、C错误；若闭合开关S，两根金属棒与导轨构成的回路中磁通量发生变化，则回路中有感应电流，故B正确，D错误．
【答案】 B不管是哪种方式引起了导体回路中磁通量发生了变化，都会产生感应电流，如在本题中，穿过ab和cd组成的回路磁通量不变化，但穿过abfe和cdfe两个回路的磁通量发生了变化．【备课资源】(教师用书独具)
架起磁与电的桥梁
是谁架起了磁与电的桥梁，使我们的生活步入了电气化时代，是伟大的物理学家法拉第．你了解法拉第吗？
迈克尔·法拉第是19世纪伟大的英国物理学家，他对物理学最卓越的贡献就是通过实验发现了电磁感应现象．当时法拉第受德国古典哲学中的辩证思想的影响，认为电、磁、光、热之间是相互联系的.1820年奥斯特发现了电流对磁针的作用，法拉第敏锐地认识到了它的重要性． 法拉第认为：既然磁铁能使附近的铁块感应带磁，静电荷能使附近的物体中感应出符号相反的电荷，那么当把一导体放入电流所产生的磁场中时，有可能在这导体内产生感应电流．他做了一个圆筒，把两个线圈重叠地绕在一起，使它们相互挨得很近，并且用绝缘体(例如纸)将它们彼此隔离．然后将第一个线圈与伽伐尼电池相连接，其中伽伐尼电池由10对平板组成，每块平板的面积为258平方厘米，并且平板是双层的．第二个线圈与一灵敏电流计相连接．当第一个线圈通电后，检查第二个线圈有没有电流流过．实验的结果令法拉第很失望，因为他发现，导体中的电流并不能使第二个线圈中产生任何可观察到的电流．后来，法拉第又用两根各长61.8米的铜线紧挨着绕在一个很大的木头圆筒上，两根铜线用非电介质绝缘(用细绳包缠住)．法拉第将第一个线圈与充足了电的电池相连接，电池由100块面积为25.8平方厘米的双层铜板组成，另一个线圈连接到电流计上．实验结果令法拉第大为惊奇，他写道：“当接通电路时，观察到电流计有突然的但很弱的摆动，将连接电池的电路断开时也有类似的微弱效应，当电流稳定后，效应就消失了．”这一现象说明了磁和电的关系是动态的而非静态的，一个线圈中感应电流不是由稳定电流感生的，而是由变化电流感生的．
法拉第发现了磁能生电，那么磁场在什么情况下能产生电流呢？磁场产生感应电流的方向如何判断呢？磁生电时产生的感应电流大小又如何计算呢？伟大的物理学家法拉第给出了准确的答案．1．下列科学家中，发现了电磁感应现象的是( )
A．奥斯特 B．牛顿
C．法拉第 D．楞次
【答案】 C2．(2014·新课标全国卷Ⅰ)在法拉第时代，下列验证“由磁产生电”设想的实验中，能观察到感应电流的是( )
A．将绕在磁铁上的线圈与电流表组成一闭合回路，然后观察电流表的变化
B．在一通电线圈旁放置一连有电流表的闭合线圈，然后观察电流表的变化
C．将一房间内的线圈两端与相邻房间的电流表连接，往线圈中插入条形磁铁后，再到相邻房间去观察电流表的变化D．绕在同一铁环上的两个线圈，分别接电源和电流表，在给线圈通电或断电的瞬间，观察电流表的变化
【解析】 产生感应电流必须满足的条件：①电路闭合；②穿过闭合电路的磁通量要发生变化．选项A、B电路闭合，但磁通量不变，不能产生感应电流，故选项A、B不能观察到电流表的变化；选项C满足产生感应电流的条件，能产生感应电流，但是等我们从一个房间到另一个房间后，电流表中已没有电流，故选项C也不能观察到电流表的变化；选项D满足产生感应电流的条件，能产生感应电流，可以观察到电流表的变化，所以选D.
【答案】 D3．如图4-1-6所示，ab是水平面上一个圆的直径，在过ab的竖直平面内有一根通电导线ef.已知ef平行于ab，当ef竖直向上平移时，电流磁场穿过圆面积的磁通量( )
A．逐渐增大 B．逐渐减小
C．始终为零 D．不为零，但保持不变【解析】 利用安培定则判断直线电流产
生的磁场，做出俯视图如图所示．考虑到
磁场具有对称性，可以知道，穿过线圈的
磁感线条数与穿出线圈的磁感线条数是相等的．故选C.
【答案】 C4．(2014·江苏新沂高二检测)如图4-1-7所示，在水平匀强磁场中竖直放置一矩形线圈，线圈平面与磁场垂直，线圈绕其底边转过90°至水平位置的过程中，穿过线圈的磁通量的变化情况是 ( )A．变大
B．变小
C．先变大后变小
D．先变小后变大
【解析】 开始线圈平面与磁场垂直，磁通量为Φ＝BS，在线圈转动的过程中，线圈垂直于磁场的面积S逐渐减小，线圈绕底边转过90°时，线圈平面与磁场平行磁通量为零，所以磁通量变小，B正确，A、C、D都错．
【答案】 B5．如图4-1-8所示，一有限范围的匀强磁场，宽度为d，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：(1)若d>l，则在线框通过磁场区域的过程中不产生感应电流的时间应等于________；
(2)若d点击图标进入…
1．下列现象中，属于电磁感应现象的是( )
A．磁场对电流产生力的作用
B．变化的磁场使闭合电路产生感应电流
C．插入通电螺线管中的软铁棒被磁化
D．电流周围产生磁场
【解析】 电磁感应现象是指磁生电的现象，选项B对．
【答案】 B
2．(多选)1823年，科拉顿做了这样一个实验，他将一个磁铁插入连有灵敏电流计的螺旋线圈，来观察在线圈中是否有电流产生．在实验时， 科拉顿为了排除磁铁移动时对灵敏电流计的影响，他通过很长的导线把连在螺旋线圈上的灵敏电流计放到另一间房里．他想，反正产生的电流应该是“稳定”的(当时科学界都认为利用磁场产生的电流应该是“稳定”的)，插入磁铁后，如果有电流，跑到另一间房里观察也来得及．就这样，科拉顿开始了实验．然而，无论他跑得多快，他看到的电流计指针都是指在“0”刻度的位置，科拉顿失败了．以下关于科拉顿实验的说法中正确的是( )
A．实验中根本没有感应电流产生
B．实验中有感应电流产生
C．科拉顿的实验装置是完全正确的
D．科拉顿实验没有观察到感应电流是因为在插入磁铁的过程中会有感应电流产生，但当跑到另一间房观察时，电磁感应过程已经结束，不会看到电流计指针的偏转
【解析】 感应电流是在磁通量变化的过程中产生的，这种变化一旦停止，感应电流也就不存在了．
【答案】 BCD
3．德国《世界报》曾报道个别西方发达国家正在研制电磁脉冲波武器——电磁炸弹．若一枚原始脉冲波功率10 kMW，频率5 kMHz的电磁炸弹在不到100 m的高空爆炸，它将使方圆400～500 m2范围内电场强度达到每米数千伏，使得电网设备、通信设施和计算机中的硬盘与软件均遭到破坏．电磁炸弹有如此破坏力的主要原因是( )
A．电磁脉冲引起的电磁感应现象
B．电磁脉冲产生的动能
C．电磁脉冲产生的高温
D．电磁脉冲产生的强光
【解析】 根据电磁感应可知，变化的磁场产生电场，增大周围电场强度，可以破坏其电子设备．故选A.
【答案】 A
4．(多选)如图4-1-9所示，一个矩形铁芯上绕制两个线圈A和B.在下列关于B线圈中是否有感应电流的判断中，正确的是( )
图4-1-9
A．S闭合后，B线圈中一直有感应电流
B. S闭合一段时间后，B中感应电流消失，但移动变阻器滑片时，B中又有感应电流出现
C. 在S断开和闭合的瞬间，B中都有感应电流
D. 因为A、B两线圈是两个不同的回路，所以B中始终没有感应电流
【解析】 线圈中有电流时，产生的磁场通过铁芯能穿过B线圈，当A线圈中的电流变化时产生的磁场发生变化，则穿过B线圈的磁通量发生变化，B线圈中产生感应电流．
【答案】 BC
图4-1-10
5．一磁感应强度为B的匀强磁场，方向水平向右，一面积为S的矩形线圈abcd如图4-1-10所示放置，平面abcd与竖直方向成θ角，将abcd绕ad轴转180°角，则穿过线圈平面的磁通量的变化量为( )
A．0 B．2BS
C．2BScos θ D．2BSsin θ
【解析】 开始时穿过线圈平面的磁通量为Φ1＝BScos θ.后来穿过线圈平面的磁通量为Φ2＝－BScos θ，则磁通量的变化量为ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝2BScos θ.
【答案】 C
6．(多选)如图所示，用导线做成的圆形回路与一直导线构成几种位置组合，哪些组合中，切断直导线中的电流时，闭合回路中会有感应电流产生(图A、B、C中直导线都与圆形线圈在同一平面内，O点为线圈的圆心，图D中直导线与圆形线圈垂直，并与中心轴重合)( )
【解析】 对图A而言，因为通电直导线位于环形导线所在平面内，且与直径重合，因此穿过圆环的磁通量为零，所以当切断导线中的电流时，磁通量在整个变化过程中必为零，闭合回路中不会有感应电流产生；对图B而言，因为磁通量的大小为两个部分磁感线条数之差，当切断直导线中的电流时，磁通量的变化量不为零，即此过程中磁通量有变化，故闭合回路中会有感应电流产生；同理分析可得图C中也有感应电流产生；对图D而言，因为环形导线与直导线产生的磁场的磁感线平行，故磁通量为零．当切断直导线中的电流时，磁通量在整个变化过程中皆为零，所以闭合回路中不会有感应电流产生．当切断直导线中的电流时，能产生感应电流的有B、C两种情况．
【答案】 BC
图4-1-11
7．如图4-1-11所示，导线ab和cd互相平行，则下列四种情况下导线cd中无电流的是( )
A．开关S闭合或断开的瞬间
B．开关S是闭合的，但滑动触头向左滑
C．开关S是闭合的，但滑动触头向右滑
D．开关S始终闭合，不滑动触头
【解析】 如果导线cd中无电流产生，则说明通过上面的闭合线圈的磁通量没有发生变化，也就说明通过导线ab段的电流没有发生变化．显然，开关S闭合或断开的瞬间、开关S是闭合的但滑动触头向左滑的过程、开关S是闭合的但滑动触头向右滑的过程都会使通过导线ab段的电流发生变化，都能在导线cd中产生感应电流．
【答案】 D
8．法拉第通过精心设计的一系列实验，发现了电磁感应定律，将历史上认为各自独立的学科“电学”与“磁学”真正联系起来．在下面几个典型的实验设计思想中，所做的推论后来被实验否定的是( )
A．既然磁铁可使近旁的铁块带磁，静电荷可使近旁的导体表面感应出电荷，那么静止导线上的稳恒电流也可在近旁静止的线圈中感应出电流
B．既然磁铁可在近旁运动的导体中感应出电动势，那么稳恒电流也可在近旁运动的线圈中感应出电流
C．既然运动的磁铁可在近旁静止的线圈中感应出电流，那么静止的磁铁也可在近旁运动的导体中感应出电动势
D．既然运动的磁铁可在近旁的导体中感应出电动势，那么运动导线上的稳恒电流也可在近旁的线圈中感应出电流
【解析】 法拉第经过研究发现引起感应电流的原因都与变化和运动有关，B、C、D项所叙述的思想都被实验证实，A中推论不成立．
【答案】 A
图4-1-12
9．如图4-1-12所示，a、b、c三个闭合线圈放在同一平面内，当线圈a中有电流I通过时，穿过它们的磁通量分别为Φa、Φb、Φc，下列说法中正确的是( )
A．Φa<Φb<Φc
B．Φa>Φb>Φc
C．Φa<Φc<Φb
D．Φa>Φc>Φb
【解析】 当a中有电流通过时，穿过a、b、c三个闭合线圈的向里的磁感线条数一样多，向外的磁感线的条数c最多，其次是b、a中没有向外的磁感线，因此根据合磁通量的计算，应该是Φa>Φb>Φc.
【答案】 B
动圈式话筒的构造
图4-1-13
10．唱卡拉OK用的话筒内有传感器．其中有一种是动圈式的，如图4-1-13所示，它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈，线圈处于永磁体的磁场中，当声波使膜片前后振动时，就将声音信号转变为电信号．下列说法正确的是( )
A．该传感器是根据电流的磁效应工作的
B．该传感器是根据电磁感应原理工作的
C．膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变
D．膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势
【解析】 当声波使膜片前后振动时，膜片后的金属线圈就跟着振动，从而使处于永磁体的磁场中的线圈切割磁感线，穿过线圈的磁通量发生改变，产生感应电流，从而将声音信号转化为电信号，这是话筒的工作原理．则B选项正确，A、C、D均错误．
【答案】 B
11．如图4-1-14所示是研究电磁感应现象实验所需的器材，用实线将带有铁芯的线圈A、电源、滑动变阻器和开关连接成原线圈回路，将小量程电流表和线圈B连接成副线圈回路，并列举出在实验中通过改变副线圈回路磁通量，使副线圈回路产生感应电流的三种方法：
图4-1-14
(1)________________________________________________________________________；
(2)________________________________________________________________________；
(3)________________________________________________________________________．
【解析】 (1)合上(或断开)开关瞬间；
(2)电流稳定时将原线圈插入副线圈或从副线圈中抽出；
(3)将原线圈插入副线圈，待电流稳定时移动滑动变阻器的滑片．
【答案】 见解析
12．一水平放置的矩形线圈在条形磁铁S极附近下落，下落过程中，线圈平面保持水平，如图4-1-15所示，位置Ⅰ和Ⅲ都靠近位置Ⅱ，则线圈从位置Ⅰ到位置Ⅱ的过程中，线圈内________感应电流产生；线圈从位置Ⅱ到位置Ⅲ的过程中，线圈内________感应电流产生．(填“有”或“无”)
图4-1-15
【答案】 有 有
