3.1电磁感应现象 教案 (2)
文档属性
| 名称 | 3.1电磁感应现象 教案 (2) |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 290.9KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2016-12-30 14:47:21 | ||
图片预览
文档简介
3.1电磁感应现象
教案
一、教学目标
（一）知识与技能
1、知道电磁感应现象的发现相关的物理学史。
2、能根据实验事实归纳产生感应电流的条件。
（二）过程与方法
1、体会科学探索的过程特征，领悟科学思维方法。
2、通过演示和学生设计实验,培植学生的科学兴趣,培养学生的创新意识和创新能力,实验动手能力以及对现象的概括归纳能力.
领会合作的乐趣。
3、领悟科学探究中提出问题、观察实验、得出结论、归纳总结等要素在研究物理问题时的重要性。
（三）情感、态度与价值观
1、通过对物理学中对称美、简洁美的介绍赏析，培养学生欣赏物理学中美的情怀。
2、经历科学探究的过程，培养学生的科学态度和科学精神。
3、以科学家不怕失败、勇敢面对挫折的坚强意志激励自己。
二、教学重难点
（一）教学重点
电磁感应的内涵以及探索电磁感应现象的科学思想和方法。
（二）教学难点
教师对学生探究式学习的操控及学生对实验现象的分析总结──磁通量的变化。
三、教学方法
本课以探究式教学模式为主，结合问题法、演示法、启发法、归纳法、多媒体辅助法等教学方法。
四、教学准备
多媒体设备一套,自制辅助教学课件，一张讲桌。
演示实验:灵敏电流计,蹄形磁铁,自制线框一只,长导体棒一根,干电池一节，可拆卸变压器一个，导线若干。
学生分组实验:灵敏电流计,滑动变阻器,条形磁铁,原副线圈一套,干电池一节,开关一只，导线若干。
五、教学过程
（一）导入新课
教师朗诵《早发白帝城》，同时利用多媒体展示三峡风景，师：如今，诗人笔下的三峡，不仅风景秀丽依然，更在为祖国的建设做着巨大的贡献，世界上最大的水力发电厂———三峡电厂共投入使用26台巨型发电机，年发电量847亿千瓦时，发电厂中的发电设备是如何获得强大的电能的 接下来我们再做一个小游戏，需要3三位勇敢的同学参加，我这里有绕在一个铁心上的两个线圈，其中一个线圈通过电建接在一节1.5v的干电池两端，而参加游戏的同学手拉手与另外一个线圈构成回路。把电键断开，问参加游戏的同学的感受。师：像被电了一下，同学们构成的原本并没有电源的回路好像也发电了，这其中有什么奥秘呢？让我们一起跨越千年的鸿沟，回到19世纪，探索其中的奥秘。
（二）进行新课
法拉第的发现
1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了――电流的磁效应，揭示了电和磁之间存在着联系，这一惊人发现使当时整个科学界受到很大的震动，受到了这一发现的启发，人们由物理学中的“对称”思想开始考虑这样一个问题：既然“电能生磁”，那“磁能不能生电”呢？从1820年到1831年，当时许多著名的科学家如法国的安培、菲涅尔、阿拉果和英国的沃拉斯顿等都纷纷投身于探索磁与电的关系之中。他们用各种很强的磁铁试图产生电流，但均无结果。早在1822年,
法拉第在笔记本中就记下了这样的信念:
“一定要转磁为电”,人们最容易想到的就是把导线绕在磁铁上来实现磁生电，起初，法拉第也试图用强磁铁靠近闭合导线或用强电流使邻近的闭合导线中产生出稳定的电流，但都一次次地失败了。他泡在实验室里，进行各种磁电试验，试验、失败、再试验，功夫不负有心人，法拉第坚韧不拔的精神终于迎来了电学史上最辉煌的一天，1831年8月29日，经过大量实验后，他终于实现了“磁生电
( http: / / www.21cnjy.com"
\o
"欢迎登陆21世纪教育网 )”的夙愿，宣告了电气时代的到来。同学们如果你们是当时的法拉第，你们会如何从实验中去找到这种前所未有的感应现象呢？师：我们在初中就学过，导体切割磁感线时，闭合电路中有电流产生。
1、实验观察
（1）闭合电路的部分导体切割磁感线
在初中学过，当闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动时，电路中会产生感应电流，如图4.2-1所示。
演示：导体左右平动，前后运动、上下运动。观察电流表的指针，把观察到的现象记录在表1中。如图所示。
观察实验，记录现象。
表1
导体棒的运动
表针的摆动方向
导体棒的运动
表针的摆动方向
向右平动
向左
向后平动
不摆动
向左平动
向右
向上平动
不摆动
向前平动
不摆动
向下平动
不摆动
结论：只有左右平动时，导体棒切割磁感线，有电流产生，前后平动、上下平动，导体棒都不切割磁感线，没有电流产生。
还有哪些情况可以产生感应电流呢？
（2）向线圈中插入磁铁，把磁铁从线圈中拔出
演示：如图4.2-2所示。把磁铁的某一个磁极向线圈中插入，从线圈中拔出，或静止地放在线圈中。观察电流表的指针，把观察到的现象记录在表2中。
观察实验，记录现象。
表2
磁铁的运动
表针的摆动方向
磁铁的运动
表针的摆动方向
N极插入线圈
向右
S极插入线圈
向左
N极停在线圈中
不摆动
S极停在线圈中
不摆动
N极从线圈中抽出
向左
S极从线圈中抽出
向右
结论：只有磁铁相对线圈运动时，有电流产生。磁铁相对线圈静止时，没有电流产生。
（3）模拟法拉第的实验
演示：如图4.2-3所示。线圈A通过变阻器和开关连接到电源上，线圈B的两端与电流表连接，把线圈A装在线圈B的里面。观察以下几种操作中线圈B中是否有电流产生。把观察到的现象记录在表3中。
观察实验，记录现象。
表3
操作
现象
开关闭合瞬间
有电流产生
开关断开瞬间
有电流产生
开关闭合时，滑动变阻器不动
无电流产生
开关闭合时，迅速移动变阻器的滑片
有电流产生
结论：只有当线圈A中电流变化时，线圈B中才有电流产生。
2、分析论证
分组讨论，学生代表发言。
演示实验1中，部分导体切割磁感线，闭合电路所围面积发生变化（磁场不变化），有电流产生；当导体棒前后、上下平动时，闭合电路所围面积没有发生变化，无电流产生。
演示实验2中，磁体相对线圈运动，线圈内磁场发生变化，变强或者变弱（线圈面积不变），有电流产生；当磁体在线圈中静止时，线圈内磁场不变化，无电流产生。（如图4.2-4）
演示实验3中，通、断电瞬间，变阻器滑动片快速移动过程中，线圈A中电流变化，导致线圈B内磁场发生变化，变强或者变弱（线圈面积不变），有电流产生；当线圈A中电流恒定时，线圈内磁场不变化，无电流产生。（如图4.2-5）
3、归纳总结
请大家思考以上几个产生感应电流的实例，能否从本质上概括出产生感应电流的条件？
实例1中，部分导体切割磁感线，磁场不变，但电路面积变化，从而穿过电路的磁通量变化，从而产生感应电流；实例2中，导体插入、拔出线圈，线圈面积不变，但磁场变化，同样导致磁通量变化，从而产生感应电流；
实例3中，通断电的瞬间，滑动变阻器的滑动片迅速滑动的瞬间，都引起线圈A中电流的变化，最终导致线圈B中磁通量变化，从而产生感应电流。从这三个实例看见，感应电流产生的条件，应是穿过闭合电路的磁通量变化。
引起感应电流的表面因素很多，但本质的原因是磁通量的变化。因此，电磁感应现象产生的条件可以概括为：
只要穿过闭合电路的磁通量变化，闭合电路中就有感应电流产生。
（四）实例探究
关于磁通量的计算
【例1】如图所示，在磁感应强度为
B的匀强磁场中有一面积为S的矩形线圈abcd，垂直于磁场方向放置，现使线圈以ab边为轴转180°，求此过程磁通量的变化？
错解：初态，末态，故。
错解分析：错解中忽略了磁通量的正、负。
正确解法：初态中，末态，故
关于电磁感应现象产生的条件
【例2】在图所示的条件下，闭合矩形线圈中能产生感应电流的是（
）
答案：EF
【例3】（综合性思维点拨）如图（甲）所示，有一通电直导线MN水平放置，通入向右的电流I，另有一闭合线圈P位于导线正下方且与导线位于同
一竖直平面，正竖直向上运动。问在线圈P到达MN上方的过程中，穿过P的磁通量是如何变化的？在何位置时P中会产生感应电流？
解：根据直流电流磁场特点，靠近导线处磁场强，远离导线处磁场弱。把线圈P从MN下方运动到上方过程中的几个特殊位置如图（乙）所示，可知Ⅰ→Ⅱ磁通量增加，Ⅱ→Ⅲ磁通量减小，Ⅲ→Ⅳ磁通量增加，Ⅳ→Ⅴ磁通量减小，所以整个过程磁通量变化经历了增加→减小→增加→减小，所以在整个过程中P中都会有感应电流产生。
关于电磁感应现象的实际应用
【例4】如图所示是生产中常用的一种延时继电器的示意图。铁芯上有两个线圈A和B。线圈A跟电源连接，线圈B的两端接在一起，构成一个闭合回路。在断开开关S的时候，弹簧E并不能立即将衔铁D拉起，因而不能使触头C（连接工作电路）立即离开，过一段时间后触头C才能离开，延时继电器就是这样得名的。试说明这种继电器的原理。
解析：线圈A与电源连接，线圈A中有恒定电流，产生恒定磁场，有磁感线穿过线圈B，但穿过线圈B的磁通量不变化，线圈
B中无感应电流。断开开关S时，线圈A中电流迅速减减小为零，穿过线圈B的磁通量也迅速减少，由于电磁感应，线圈B中产生感应电流，由于感应电流的磁场对衔铁D的吸引作用，触头C不离开；经过一小段时间后感应电流减弱，感应电流磁场对衔铁D的吸引力减小，当弹簧E的作用力比磁场力大时，才将衔铁D拉起，触头C离开．
教案
一、教学目标
（一）知识与技能
1、知道电磁感应现象的发现相关的物理学史。
2、能根据实验事实归纳产生感应电流的条件。
（二）过程与方法
1、体会科学探索的过程特征，领悟科学思维方法。
2、通过演示和学生设计实验,培植学生的科学兴趣,培养学生的创新意识和创新能力,实验动手能力以及对现象的概括归纳能力.
领会合作的乐趣。
3、领悟科学探究中提出问题、观察实验、得出结论、归纳总结等要素在研究物理问题时的重要性。
（三）情感、态度与价值观
1、通过对物理学中对称美、简洁美的介绍赏析，培养学生欣赏物理学中美的情怀。
2、经历科学探究的过程，培养学生的科学态度和科学精神。
3、以科学家不怕失败、勇敢面对挫折的坚强意志激励自己。
二、教学重难点
（一）教学重点
电磁感应的内涵以及探索电磁感应现象的科学思想和方法。
（二）教学难点
教师对学生探究式学习的操控及学生对实验现象的分析总结──磁通量的变化。
三、教学方法
本课以探究式教学模式为主，结合问题法、演示法、启发法、归纳法、多媒体辅助法等教学方法。
四、教学准备
多媒体设备一套,自制辅助教学课件，一张讲桌。
演示实验:灵敏电流计,蹄形磁铁,自制线框一只,长导体棒一根,干电池一节，可拆卸变压器一个，导线若干。
学生分组实验:灵敏电流计,滑动变阻器,条形磁铁,原副线圈一套,干电池一节,开关一只，导线若干。
五、教学过程
（一）导入新课
教师朗诵《早发白帝城》，同时利用多媒体展示三峡风景，师：如今，诗人笔下的三峡，不仅风景秀丽依然，更在为祖国的建设做着巨大的贡献，世界上最大的水力发电厂———三峡电厂共投入使用26台巨型发电机，年发电量847亿千瓦时，发电厂中的发电设备是如何获得强大的电能的 接下来我们再做一个小游戏，需要3三位勇敢的同学参加，我这里有绕在一个铁心上的两个线圈，其中一个线圈通过电建接在一节1.5v的干电池两端，而参加游戏的同学手拉手与另外一个线圈构成回路。把电键断开，问参加游戏的同学的感受。师：像被电了一下，同学们构成的原本并没有电源的回路好像也发电了，这其中有什么奥秘呢？让我们一起跨越千年的鸿沟，回到19世纪，探索其中的奥秘。
（二）进行新课
法拉第的发现
1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了――电流的磁效应，揭示了电和磁之间存在着联系，这一惊人发现使当时整个科学界受到很大的震动，受到了这一发现的启发，人们由物理学中的“对称”思想开始考虑这样一个问题：既然“电能生磁”，那“磁能不能生电”呢？从1820年到1831年，当时许多著名的科学家如法国的安培、菲涅尔、阿拉果和英国的沃拉斯顿等都纷纷投身于探索磁与电的关系之中。他们用各种很强的磁铁试图产生电流，但均无结果。早在1822年,
法拉第在笔记本中就记下了这样的信念:
“一定要转磁为电”,人们最容易想到的就是把导线绕在磁铁上来实现磁生电，起初，法拉第也试图用强磁铁靠近闭合导线或用强电流使邻近的闭合导线中产生出稳定的电流，但都一次次地失败了。他泡在实验室里，进行各种磁电试验，试验、失败、再试验，功夫不负有心人，法拉第坚韧不拔的精神终于迎来了电学史上最辉煌的一天，1831年8月29日，经过大量实验后，他终于实现了“磁生电
( http: / / www.21cnjy.com"
\o
"欢迎登陆21世纪教育网 )”的夙愿，宣告了电气时代的到来。同学们如果你们是当时的法拉第，你们会如何从实验中去找到这种前所未有的感应现象呢？师：我们在初中就学过，导体切割磁感线时，闭合电路中有电流产生。
1、实验观察
（1）闭合电路的部分导体切割磁感线
在初中学过，当闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动时，电路中会产生感应电流，如图4.2-1所示。
演示：导体左右平动，前后运动、上下运动。观察电流表的指针，把观察到的现象记录在表1中。如图所示。
观察实验，记录现象。
表1
导体棒的运动
表针的摆动方向
导体棒的运动
表针的摆动方向
向右平动
向左
向后平动
不摆动
向左平动
向右
向上平动
不摆动
向前平动
不摆动
向下平动
不摆动
结论：只有左右平动时，导体棒切割磁感线，有电流产生，前后平动、上下平动，导体棒都不切割磁感线，没有电流产生。
还有哪些情况可以产生感应电流呢？
（2）向线圈中插入磁铁，把磁铁从线圈中拔出
演示：如图4.2-2所示。把磁铁的某一个磁极向线圈中插入，从线圈中拔出，或静止地放在线圈中。观察电流表的指针，把观察到的现象记录在表2中。
观察实验，记录现象。
表2
磁铁的运动
表针的摆动方向
磁铁的运动
表针的摆动方向
N极插入线圈
向右
S极插入线圈
向左
N极停在线圈中
不摆动
S极停在线圈中
不摆动
N极从线圈中抽出
向左
S极从线圈中抽出
向右
结论：只有磁铁相对线圈运动时，有电流产生。磁铁相对线圈静止时，没有电流产生。
（3）模拟法拉第的实验
演示：如图4.2-3所示。线圈A通过变阻器和开关连接到电源上，线圈B的两端与电流表连接，把线圈A装在线圈B的里面。观察以下几种操作中线圈B中是否有电流产生。把观察到的现象记录在表3中。
观察实验，记录现象。
表3
操作
现象
开关闭合瞬间
有电流产生
开关断开瞬间
有电流产生
开关闭合时，滑动变阻器不动
无电流产生
开关闭合时，迅速移动变阻器的滑片
有电流产生
结论：只有当线圈A中电流变化时，线圈B中才有电流产生。
2、分析论证
分组讨论，学生代表发言。
演示实验1中，部分导体切割磁感线，闭合电路所围面积发生变化（磁场不变化），有电流产生；当导体棒前后、上下平动时，闭合电路所围面积没有发生变化，无电流产生。
演示实验2中，磁体相对线圈运动，线圈内磁场发生变化，变强或者变弱（线圈面积不变），有电流产生；当磁体在线圈中静止时，线圈内磁场不变化，无电流产生。（如图4.2-4）
演示实验3中，通、断电瞬间，变阻器滑动片快速移动过程中，线圈A中电流变化，导致线圈B内磁场发生变化，变强或者变弱（线圈面积不变），有电流产生；当线圈A中电流恒定时，线圈内磁场不变化，无电流产生。（如图4.2-5）
3、归纳总结
请大家思考以上几个产生感应电流的实例，能否从本质上概括出产生感应电流的条件？
实例1中，部分导体切割磁感线，磁场不变，但电路面积变化，从而穿过电路的磁通量变化，从而产生感应电流；实例2中，导体插入、拔出线圈，线圈面积不变，但磁场变化，同样导致磁通量变化，从而产生感应电流；
实例3中，通断电的瞬间，滑动变阻器的滑动片迅速滑动的瞬间，都引起线圈A中电流的变化，最终导致线圈B中磁通量变化，从而产生感应电流。从这三个实例看见，感应电流产生的条件，应是穿过闭合电路的磁通量变化。
引起感应电流的表面因素很多，但本质的原因是磁通量的变化。因此，电磁感应现象产生的条件可以概括为：
只要穿过闭合电路的磁通量变化，闭合电路中就有感应电流产生。
（四）实例探究
关于磁通量的计算
【例1】如图所示，在磁感应强度为
B的匀强磁场中有一面积为S的矩形线圈abcd，垂直于磁场方向放置，现使线圈以ab边为轴转180°，求此过程磁通量的变化？
错解：初态，末态，故。
错解分析：错解中忽略了磁通量的正、负。
正确解法：初态中，末态，故
关于电磁感应现象产生的条件
【例2】在图所示的条件下，闭合矩形线圈中能产生感应电流的是（
）
答案：EF
【例3】（综合性思维点拨）如图（甲）所示，有一通电直导线MN水平放置，通入向右的电流I，另有一闭合线圈P位于导线正下方且与导线位于同
一竖直平面，正竖直向上运动。问在线圈P到达MN上方的过程中，穿过P的磁通量是如何变化的？在何位置时P中会产生感应电流？
解：根据直流电流磁场特点，靠近导线处磁场强，远离导线处磁场弱。把线圈P从MN下方运动到上方过程中的几个特殊位置如图（乙）所示，可知Ⅰ→Ⅱ磁通量增加，Ⅱ→Ⅲ磁通量减小，Ⅲ→Ⅳ磁通量增加，Ⅳ→Ⅴ磁通量减小，所以整个过程磁通量变化经历了增加→减小→增加→减小，所以在整个过程中P中都会有感应电流产生。
关于电磁感应现象的实际应用
【例4】如图所示是生产中常用的一种延时继电器的示意图。铁芯上有两个线圈A和B。线圈A跟电源连接，线圈B的两端接在一起，构成一个闭合回路。在断开开关S的时候，弹簧E并不能立即将衔铁D拉起，因而不能使触头C（连接工作电路）立即离开，过一段时间后触头C才能离开，延时继电器就是这样得名的。试说明这种继电器的原理。
解析：线圈A与电源连接，线圈A中有恒定电流，产生恒定磁场，有磁感线穿过线圈B，但穿过线圈B的磁通量不变化，线圈
B中无感应电流。断开开关S时，线圈A中电流迅速减减小为零，穿过线圈B的磁通量也迅速减少，由于电磁感应，线圈B中产生感应电流，由于感应电流的磁场对衔铁D的吸引作用，触头C不离开；经过一小段时间后感应电流减弱，感应电流磁场对衔铁D的吸引力减小，当弹簧E的作用力比磁场力大时，才将衔铁D拉起，触头C离开．