14.7 学生实验：探究--产生感应电流的条件 教案【核心素养目标】（2022新课标）

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第十四章 磁现象
14.7 学生实验：探究——产生感应电流的条件
教学目标：
1.物理观念：
（1）经历科学探究的过程。
（2）理解电磁感应现象。了解感应电流的方向与导体的运动方向及磁场的方向有关。
（3）了解发电机工作原理。
2.科学思维：
经历探究“磁生电”的过程，培养学生进行逆向思维和发散思维的能力。
3.科学探究：
（1）什么情况下磁能生电；
（2）发电机线圈产生交流电。
4.科学态度与责任：
（1）通过向学生介绍法拉第的生平，培养学生锲而不舍、坚忍不拔的思想品质。
（2）通过介绍发电机的发明，使学生了解科技的发展是人类社会进步的巨大推动力。
教学重点：实验探究：产生感应电流的条件。
教学难点：产生感应电流实验方案的设计。
教学课时：1课时
教学用具：多媒体、U型磁铁、线圈、导线、灵敏电流表、开关、发电机模型、动圈式话筒。
教学互动设计：
1、 创设情景，导入新课
三峡水电站勇夺第一实至名归！它的规模在世界上可是首屈一指，同时也是全中国建设的大型工程之一。三峡水电站位于我国湖北宜昌境内，整体装机容量达到了2240万千瓦。是全世界最大的水电站和最大的清洁能源生产基地！
这里的一个“圆圈”就是一台机组，每台机组发的电够300万户居民使用。截至2020年底，三峡电站累计发电近1.4万亿千瓦时，节能减排，清洁能源发电量稳居世界第一。
水轮机将水的重力势能转化为水轮机的动能，水轮带动发电机发电，将动能转化电能。发电机是怎样将动能转化为电能的呢？
奥斯特发现电流的磁效应之后，许多科学家都在思索：既然电流能产生磁场，那么磁能否产生电呢？英国物理学家法拉第在10年中做过多次探索，1831年终于取得突破，发现了利用磁场产生电流的条件和规律。
二、新课讲授，师生互动
（一）电磁感应现象
问题与猜想
电流能够产生磁场，那么磁场能否产生电流呢 如果能，需要什么条件
制订计划
用一根长导线做一个长方形线框且将导线两端留有相同长度。如如图所示，将线框悬挂起来，使它的底边ab水平置于蹄形磁体的磁场中，长导线的两端与灵敏的电流表连接，组成一个闭合电路。
制定计划
闭合开关后，观察下述各种情况下，电流表的指针是否偏转：
1.保持线框和磁体都不动；
2.磁体不动，使线框底边ab左右运动(如果把导线ab看作一把刀，那么它好像在切割磁感线)；
3.使线框底边ab向上或向下运动，并不切割磁感线；
4.线框底边ab不动，使磁体做左右运动；
5.线框底边ab不动，使磁体做上下运动。
进行实验收集证据
闭合开关后，观察下述各种情况下，电流表的指针是否偏转：
1.保持线框和磁体都不动；
2.磁体不动，使线框底边ab左右运动(如果把导线ab看作一把刀，那么它好像在切割磁感线)；
3.使线框底边ab向上或向下运动，并不切割磁感线；
4.线框底边ab不动，使磁体做左右运动；
5.线框底边ab不动，使磁体做上下运动。
进行实验 收集证据，将你观察的现象记录下来。
操作方法：闭合电路中部分导线放在磁场中（导体垂直磁感线） 现象（电流表） 结论
1.保持线框和磁体都不动
2. 磁体不动，线框底边左右运动
3. 使线框底边向上或向下运动
4. 线框底边不动，使磁体做左右运动
5. 线框底边不动，使磁体上下运动
操作方法：闭合电路中部分导线放在磁场中（导体垂直磁感线） 现象（电流表） 结论
1.保持线框和磁体都不动 不偏转 无电流
2. 磁体不动，线框底边左右运动 偏转 有电流
3. 使线框底边向上或向下运动 不偏转 无电流
4. 线框底边不动，使磁体做左右运动 偏转 有电流
5. 线框底边不动，使磁体上下运动 不偏转 无电流
分析与结论
实验现象说明了什么？由此能得出什么结论？
当导体回路中的一部分在磁场中做切割磁感线运动时，回路中就产生电流。这种现象称为电磁感应(electromagnetic induction)。在电磁感应磁场现象中产生的电流叫作感应电流（induction current）。
产生感应电流的条件
（1）导体要做切割磁感线运动。（2）切割磁感线运动的只能是闭合电路的一部分导体
感应电流的方向与导体切割磁感线运动方向和磁场方向有关。
（二）动圈式话筒
话筒(也称为传声器)的作用是把声音转换成电流。话筒种类较多，其中动圈式话筒就是依据电磁感应现象制成的。
它的构造如图所示，在接收声波的膜片后面粘贴着一个由细漆包线绕成的线圈，它能随着膜片一起运动。膜片后面还安线圈装了一个永磁体，线圈处于永磁体的磁场中。线圈的两端用导线引出。
请你仔细想一想，说明这种话筒的工作原理。
话筒的工作原理是电磁感应现象。
（二）发电机
发电机(generator) 是根据电磁感应现象制成的。
如图所示的是实验室用的手摇发电机。在图示状态下转动手柄时，与发电机连接的小灯泡会发光，这表明电路中有了电流。发电机怎样发电呢？
如果在电路中接人电流表，可以看到电流表的指针左右摆动。这个现象表明，发电机发出的是大小和方向都发生变化的电流，这样的电流叫作交流电(alternating current) 。
图所示是交流发电机的结构原理图。当线圈旋转时，电刷A始终与铜制的滑环K接触，电刷B始终与铜制的滑环L接触，线圈与电流表形成一个闭合电路。在线圈转动过程中，ab边和cd边做切割磁感线的运动，线圈中产生了感应电流，电流表的指针周而复始地发生有规律的偏转。这种输出交流电的发电机叫作交流发电机。
频率表示交流电变化的快慢，数值上等于交流电在1s内完成周期性变化的次数。我国电网供应的交流电的频率是50Hz，有些国家是60Hz。
如果用两个半环组成的换向器来代替交流发电机上的两个滑环(如图所示：两个半环)。
那么，虽然线圈中产生的是交流电，而供给外部电路的电流方向却保持不变，这种方向不变的电流叫作直流电。这样的发电机叫作直流发电机。
实际的发电机由定子和转子两部分组成。大型发电机的定子上分布着线圈，转子是一组电磁铁。当用内燃机、蒸汽机、风车或水轮机带动转子转动时，电磁铁产生的磁场随着一起转动，定子中的线圈便会切割磁感线，从而产生感应电流。
实际使用的交流发电机（旋转磁场式）
1.组成：定子——线圈；
转子——电磁铁
原因：线圈匝数多，导线很粗，高速旋转困难；使用电磁铁可得到强磁场。
2.动力机：水轮机、汽轮机（核电站）、内燃机、蒸汽轮机（火力发电站）等。
三、总结反思，超越自我
1. 1831年，法拉第发现：电磁感应现象。 当导体回路中的一部分做切割磁感线运动时，回路中就产生电流。这种现象称为电磁感应，在电磁感应现象中产生的电流叫作感应电流。
产生感应电流条件：导体回路中的一部分做切割磁感线运动。
感应电流方向：与导体做切割磁感线运动方向和磁场方向有关。
2.动圈式话筒、发电机原理：电磁感应。
发电机能量转化：机械能转化电能。
我国供电网的交流电的频率是50Hz。
四、板书设计，整合提升
1. 1831年，法拉第发现：电磁感应现象。 当导体回路中的一部分做切割磁感线运动时，回路中就产生电流。这种现象称为电磁感应，在电磁感应现象中产生的电流叫作感应电流。
产生感应电流条件：导体回路中的一部分做切割磁感线运动。
感应电流方向：与导体做切割磁感线运动方向和磁场方向有关。
2.动圈式话筒、发电机原理：电磁感应。
发电机能量转化：机械能转化电能。
我国供电网的交流电的频率是50Hz。
五、大海扬帆，尝试远航
1. 下列说法不正确的是（ ）
A. 奥斯特发现了电流的磁效应
B. 1831年法拉第发现了利用磁场产生电流的条件和规律
C. 根据电磁感应现象，发明了电动机
D. 磁场产生电流的条件是导体回路中一部分在磁场中做切割磁感线运动
2．下列实验装置中，不属于电磁感应的是（ )
3．下列实验装置中，属于电磁感应的是（ )
4．如图所示，闭合电路的中的导体AB在磁场中，导体AB的状态不能使电路中产生感应电流的是（ ）
A. 导体AB平行磁感线运动
B. 导体AB水平向右运动
C. 导体AB水平向左运动
D. 导体AB由左下向右上倾斜运动
5．下列说法正确的是（ ）
A. 方向不变的电流，叫做直流电。
B. 直流发电机的线圈中产生直流电流。
C. 我国交变电流的频率是60Hz
D. 发动机将电能转化为机械能
参考答案1.C；2.C；3.A；4.A；5.A。
六、作业：P167.T2
课外作业P166-167.T1、T3、T4 。
P168阅读材料 法拉第
教学反思：
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