第一节 电磁感应现象的发现
学 习 目 标
知 识 脉 络
1.了解电磁感应现象发现的历史过程，体会科学家探索自然规律的科学态度和科学方法．
2．通过实验，知道电磁感应现象及其产生的条件．(重点、难点)
3．了解法拉第及其对电磁学的贡献，认识发现磁生电现象对推动电磁学理论和电磁技术发展的重大意义.
[自 主 预 习·探 新 知]
[知识梳理]
一、法拉第与电磁感应现象
1．实验观察
(1)磁铁与螺线管有相对运动时能产生电流．在条形磁铁插入或拔出螺线管的瞬间，电流表的指针发生了偏转．条形磁铁在螺线管中保持不动时，电流表的指针不发生偏转．如图2-1-1所示．
图2-1-1
(2)改变原线圈中的电流，改变磁场的强弱，在副线圈中也能产生电流．当开关接通瞬间、断开瞬间、开关接通变阻器滑片移动时，电流表的指针发生了偏转；开关接通变阻器滑片不动时，电流表的指针不发生偏转．如图2-1-2所示．
图2-1-2
2．法拉第的实验结论
只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就有电流产生．这种由于磁通量的变化而产生电流的现象叫做电磁感应现象，所产生的电流叫做感应电流．
二、感应电动势
1．电动势：描述电源将其他形式的能量转换成电能的本领的物理量．
2．感应电动势：由于电磁感应现象而产生的电动势．
[基础自测]
1．思考判断
(1)奥斯特发现了“电生磁”的现象之后，激发人们去探索“磁生电”的方法．(√)
(2)闭合电路中的磁通量发生变化就会产生感应电流．(√)
(3)只要有感应电流产生，穿过闭合回路的磁通量一定发生了变化．(√)
(4)只要闭合电路内有磁通量，闭合电路中就有感应电流．(×)
(5)线框不闭合，即使穿过线框的磁通量变化，线框中也没有感应电流．(√)
(6)如果穿过断开电路的磁通量发生变化，电路中没有感应电流，也没有感应电动势．(×)
[提示] (4)若磁通量不发生变化，则没有感应电流．
(6)只要磁通量发生变化，电路中就有感应电动势．
2．关于产生感应电流的条件，下列说法中正确的是( )
A．只要闭合电路在磁场中运动，闭合电路中就一定有感应电流
B．只要闭合电路中有磁通量，闭合电路中就有感应电流
C．只要导体做切割磁感线运动，就有感应电流产生
D．只要穿过闭合电路的磁感线条数发生变化，闭合电路中就有感应电流
D [只有穿过闭合电路的磁通量发生变化时，才会产生感应电流，D正确．]
3．如图2-1-3所示，三角形线圈abc放在范围足够大的匀强磁场中并做下列运动，能产生感应电流的是( )
图2-1-3
A．向上平移
B．向右平移
C．向左平移
D．以ab为轴转动
D [以ab为轴转动时，穿过线圈中的磁通量发生变化，而将线圈上、下、左、右平移时穿过矩形线圈的磁通量不变，根据产生感应电流的条件可知选项D正确．]
[合 作 探 究·攻 重 难]
对磁通量及其变化量的理解
根据磁通量的定义式Φ＝BS，引起磁通量变化的方法有
1．闭合回路的面积不变，由于磁场变化而引起闭合回路的磁通量的变化．
2．磁场不变，由于闭合回路的面积发生变化而引起闭合回路的磁通量的变化．
3．磁场、闭合回路面积都发生变化时，也可引起穿过闭合电路的磁通量的变化．
总之，穿过闭合电路的磁感线条数发生变化时磁通量就发生了变化．
如图2-1-4所示，一环形线圈沿条形磁铁的轴线，从磁铁N极的左侧A点运动到磁铁S极的右侧B点，A、B两点关于磁铁的中心对称，则在此过程中，穿过环形线圈的磁通量将( )
图2-1-4
A．先增大，后减小
B．先减小，后增大
C．先增大、后减小，再增大、再减小
D．先减小、后增大，再减小、再增大
思路点拨：①分析条形磁铁周围磁感线的特点．
②由磁通量的意义分析线圈磁通量的变化．
A [穿过线圈的磁通量应以磁铁内部磁场为主，而内部的磁感线是一定值，在A、B点时，外部磁感线比较密，即与内部相反的磁感线多，相抵后剩下的内部的磁感线就少；中间位置时，外部磁感线比较疏，即与内部相反的磁感线少，相抵后剩下的内部的磁感线就多．所以两端磁通量小，中间磁通量大，A正确．]
?1)磁通量是标量，但有正、负，其正、负分别表示与规定的穿入方向相同、相反.
?2?若穿过某线圈有方向相反的磁场，则线圈的磁通量为它们抵消后净的磁感线的条数.
[针对训练]
1．如图2-1-5所示，在垂直于纸面的范围足够大的匀强磁场中，有一个矩形闭合线框abcd，线框平面与磁场垂直．在下列情况中，线框中磁通量发生变化的是( )
图2-1-5
A．线框沿纸面向左匀速运动
B．线框沿纸面向左加速运动
C．线框垂直纸面向外运动
D．线框绕ad边转动
D [线框沿纸面向左匀速、加速运动，只要不出磁场，磁通量不变，线框垂直纸面向外运动，磁通量也不变．线框绕ad边转动时，磁通量变化．故A、B、C错误，D正确．]
产生感应电流的条件及方法
1．感应电流产生的条件
穿过闭合回路的磁通量发生变化，无论是闭合回路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，还是穿过回路的磁场或回路的面积发生变化，都会引起穿过闭合回路的磁通量发生变化，在回路中就会有感应电流产生．其条件可以归纳为两个：一是电路本身必须闭合，二是穿过回路本身的磁通量发生变化．主要体现在“变化”上，回路中有没有磁通量穿过不是产生感应电流的条件，如果穿过回路的磁通量很大但无变化，那么无论多么大，都不会产生感应电流．
2．产生感应电流的方法
(1)闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动
如图2-1-6所示，导体AB做切割磁感线运动时，线路中有电流产生，而导体AB顺着磁感线运动时，线路中无电流产生．
图2-1-6 图2-1-7
(2)磁铁在线圈中运动
如图2-1-7所示，条形磁铁插入或拔出线圈时，线圈中有电流产生，但磁铁在线圈中静止不动时，线圈中无电流产生．
(3)改变螺线管AB中的电流
如图2-1-8所示，将小螺线管AB插入大螺线管CD中不动，当开关S接通或断开时，电流表中有电流通过；若开关S一直接通，当改变滑动变阻器的阻值时，电流表中也有电流通过．
图2-1-8
如图所示，矩形线框在磁场中做各种运动，能够产生感应电流的是( )
A B C D
B [感应电流产生条件为：①磁通量发生变化；②闭合回路．A、C、D中穿过矩形线框的磁通量都不变，故不产生感应电流．]
闭合回路磁通量发生变化，回路中就会产生感应电流
[针对训练]
2．如图2-1-9所示，线圈两端接在电流表上组成闭合电路．在下列情况中，电流表指针不发生偏转的是( )
图2-1-9
A．线圈不动，磁铁插入线圈时
B．线圈不动，磁铁从线圈中拔出
C．磁铁不动，线圈上、下移动
D．磁铁插在线圈内不动
D [产生感应电流的条件是穿过闭合回路的磁通量发生变化，线圈和电流计已经组成闭合回路，只要穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中就产生感应电流，电流计指针就偏转．在选项A、B、C三种情况下，线圈和磁铁发生相对运动，穿过线圈的磁通量发生变化，产生感应电流；而当磁铁插在线圈中不动时，线圈中虽然有磁通量，但磁通量不变化，不产生感应电流．]
[当 堂 达 标·固 双 基]
1．磁通量可以形象地理解为“穿过一个闭合电路的磁感线的条数”．在图2-1-10所示磁场中，S1、S2、S3为三个面积相同的相互平行的线圈，穿过S1、S2、S3的磁通量分别为Φ1、Φ2、Φ3且都不为0.下列判断正确的是( )
图2-1-10
A．Φ1最大
B．Φ2最大
C．Φ3最大
D．Φ1、Φ2、Φ3相等
A [磁通量表示穿过一个闭合电路的磁感线条数的多少，从题图中可看出穿过S1的磁感线条数最多，穿过S3的磁感线条数最少．]
2．在一根水平方向的通电长直导线下方，有一个小线框abcd，放置在跟长导线同一竖直平面内，今使小线框分别做如图所示的四种不同的运动，其中线框磁通量没有变化的是( )
A．左右平移
B．上下平移
C．在纸面前后平移
D．绕ab、cd边的中心轴转动
A [长直导线下方的磁场是不均匀的，离导线越远磁感应强度越小，因此线框上下平移、在纸面前后平移、绕ab、cd边的中心轴转动时，磁通量均发生变化，但线框左右平移时，磁通量不发生变化．]
3．如图2-1-11所示，将一个矩形线圈放入匀强磁场中，若线圈平面平行于磁感线，则下列运动中，在线圈中会产生感应电流的是( )
图2-1-11
A．矩形线圈做平行于磁感线的平移运动
B．矩形线圈做垂直于磁感线的平移运动
C．矩形线圈绕AB边转动
D．矩形线圈绕BC边转动
C [A、B、D三个选项中在发生运动状态的变化时，没有引起磁通量的变化，故都没有发生电磁感应现象，所以没有感应电流产生．C选项中，线圈的磁通量发生了改变，故线圈中产生了感应电流．]
课件15张PPT。
第一节 电磁感应现象的发现目标导航预习导引目标导航预习导引二一一、法拉第与电磁感应现象
1.1820年丹麦物理学家奥斯特发现通电导线周围存在磁场,我们今天称之为电生磁,英国物理学家法拉第在1831年发现磁场可以产生感应电流,这就是磁生电.
2.磁场产生电流的条件是只要穿过闭合电路的磁通量发生变化,闭合电路中就有电流产生.
预习交流
1852年,瑞士年轻的科学家科拉顿也用实验探索如何产生感应电流.科拉顿用条形磁铁在线圈中插进和抽出进行实验时,为了排除磁铁对“电流表”的影响,把“电流表”和线圈分别放在两个房间里.实验时,他在两个房间之间跑来跑去,没有观察到电磁感应现象.vvvv目标导航预习导引二一问题:科拉顿与电磁感应现象擦肩而过,他的遗憾出在哪里?
答案:科拉顿之所以没有观察到电磁感应现象是因为:在将条形磁铁插进和抽出线圈时确有感应电流产生.但感应电流只能维持瞬间,当插进不动或抽出后,线圈的磁通量不再发生变化,因而感应电流消失.科拉顿“跑”失良机,问题出在他不是在切割磁感线时观察实验现象,因而看不到磁针的偏转.目标导航二一预习导引二、感应电动势
如果要使一个闭合电路中出现电流,电路中必须有一个电源,描述电源把其他形式的能量转换成电能本领大小的物理量,称为电动势,它的符号是E,它的单位与电压单位相同,是伏,符号是V.使用闭合电路中出现感应电流的电动势被称为感应电动势.vvvvvv迁移应用典题例解知识精要1.穿过闭合电路的磁通量发生变化,是闭合电路中产生感应电流的必要条件,而与磁通量的变化原因和变化方式无关.
2.闭合电路中有电动势时,闭合电路中才会有电流.可见,穿过闭合电路的磁通量发生变化时,闭合电路中产生了感应电动势.电路断开时,无法产生感应电流,但电路中有感应电动势,这也是电磁感应现象.
3.磁通量变化的原因和变化的方式很多也很复杂,常见的磁通量变化原因有如下几种情况:
(1)闭合电路的部分导体在匀强磁场中做切割磁感线平动,此时B不变,S在变.典题例解知识精要(2)闭合电路的部分导体在匀强磁场中做切割磁感线转动,此时也是B不变,S在变.
(3)闭合电路在匀强磁场中绕一定轴转动,定轴与电路平面共面,且与磁场方向垂直.此时B不变,S在变.
(4)闭合电路处在磁感应强度B随时间变化的磁场中,此时S不变,B在变.迁移应用知识精要典题例解【例题】 我们在初中学过:“闭合电路中的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时,导体中就产生电流.”现在我们说“只要穿过闭合电路的磁通量发生变化,闭合电路中就有感应电流产生”.这两种说法是否一致,结合图分析,导体AB向左、右移动时穿过闭合电路ABEF的磁通量如何改变.这些情况是否也符合“只要穿过闭合电路的磁通量发生变化,闭合电路中就有感应电流产生”的说法?
迁移应用知识精要典题例解解析:这两种说法是一致的,当导体AB向左移动时,导体AB在切割磁感线,因而导体中产生了电流,但同时穿过闭合电路ABEF的磁通量变小,根据本节所学的“只要穿过闭合电路的磁通量发生变化,闭合电路中就会产生感应电流”的结论可判定,导体中也有电流产生;当导体AB向右移动时,导体AB在切割磁感线,因而导体中产生了电流,但同时穿过闭合电路ABEF的磁通量变大,因而导体中也应有电流产生.
答案:符合迁移应用知识精要典题例解迁移应用知识精要迁移应用典题例解1.如图所示,把一个铜环放在匀强磁场中,使环的平面与磁场的方向垂直(图甲),如果使环沿着磁场的方向移动,铜环中是否有感应电流产生?为什么?如果磁场是不均匀的(图乙),是否有感应电流产生?为什么?简答：据题意,在图甲所示的情况下,磁场是均匀的,铜环的平面始终与磁场的方向垂直.使环沿着磁场的方向移动,穿过铜环的磁通量没有发生变化,因此,铜环中没有感应电流产生.
如果磁场如图乙所示,是不均匀的,当环沿磁场方向运动时,穿过环的磁通量将发生改变,因此会产生感应电流.知识精要迁移应用典题例解2.如图所示,线圈A插在线圈B中,线圈B与电流表接成闭合电路,线圈A与蓄电池、开关、滑动变阻器组成另一个电路,用此装置来研究电磁感应现象,下列说法正确的是( )
A.开关闭合瞬间,电流表指针发生偏转
B.开关闭合稳定后,电流表指针发生偏转
C.开关断开瞬间,电流表指针不发生偏转
D.开关闭合和断开瞬间,电流表指针都不发生偏转
解析:开关闭合和断开瞬间,穿过线圈B的磁通量发生变化,电流表指针发生偏转.开关闭合稳定后,穿过线圈B的磁通量不变,电流表指针不发生偏转.
答案:A案例探究方法规律正确理解磁通量的变化如图所示,通电直导线下边有一个矩形线框,线框平面与直导线共面.若使线框逐渐远离(平动)通电导线,则穿过线框的磁通量将( )
A.逐渐增大 B.逐渐减小
C.保持不变 D.不能确定
解析:本题考查的内容为对磁通量变化的理解.当矩形线框在线框与直导线决定的平面内逐渐远离通电导线平动时,由于离开导线越远,磁场越弱,而线框的面积不变,则穿过线框的磁通量将减小,故B正确.
答案:B案例探究方法规律解决本题要掌握两点知识:
(1)通电直导线周围的磁场分布:通电直导线周围的磁场在导线周围成螺旋分布,且远离直导线时磁场逐渐减弱.
(2)磁通量变化的影响因素:穿过一个闭合电路(或一个面)的磁通量与该线圈的面积、磁感应强度及该面与磁场方向的夹角有关,题中夹角和线圈的面积没有发生变化,而穿过线圈的磁场逐渐减弱,所以穿过线圈的磁通量逐渐减小.第一节 电磁感应现象的发现
[教学目标] 1、在物理知识方面 (1)理解什么是电磁感应现象? (2)掌握产生感应电流的条件。 2、在能力培养方面 通过观察演示实验，归纳、概括出利用磁 场产生电流的条件，培养学生的观察、概括能力。 [教学重点] 使学生掌握只要闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就会产生感应电流。 [教学难点] 闭合电路磁通量的变化。 [教 具] 蹄形磁铁、条形磁铁、电流计、原副线圈、滑动变器，开头，导线若干，电池(电源)、计算机、相关课件等。 [主要教学过] 一、复习上一节(章)的主要内容 ●磁场及磁感线的基本特征。 ●电流的磁场、右手螺旋定则及磁现象的电本质。 ●磁通、磁感强度的含义及相互关系。 ●左手定则和安培定律。 以上内容主要由教师复习为主。 二、发现电磁感应现象的背景(新课引入) 1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流能够匀生磁场——电流的磁效应，揭示了电和磁之间存在着联系，受到这一发现的启发，人们开始考虑这样一个问题：既然电流能够产生磁场，反过来，利用磁场是不是能够产生电流呢?不少科学家进行了这方面的探索，英国科学家法拉第，坚信电与磁有密切的联系。经过10年坚持不解的努力，于1831年终于取得了重大的突破，发现了利用磁场产生电流的条件。重点分析法拉第的实验。 三、用实验方法研究产生感应电流的条件 实验1：直导线在磁场中导体不动导体向上、向下运动；导体向左或向右运动。引导学生观察实验并进行概括。 归纳：闭合电路的一部分导体做切割磁感线的运动时，电路中就有电流产生。 用计算机模拟“切割磁感线”的运动。 理解“导体做切割磁感线的运动”的含义：切割磁感线的导体运动速度的方向和磁感线方向不平行。 问：导体不动，磁场动，会不会在电路中产生电流呢? 实验2：条形磁铁插入(拨出)螺线管先用计算机模拟，再用实验来证明。 注意：条形磁铁插入，拔出时，弯曲的磁感线被切割，电路中有感应电流。 引导学生观察实验并进行概括；无论是导体运动，还是磁场运动．只要导体和磁场之间发生切割磁感线的相对运动，闭合电路中就有电流产生。过渡：闭合电路的一部分导体切割磁感线时，穿过电路的磁感线条数发生变化，如果导体和磁场不发生相对运动，而让穿过闭合电路的磁场发生变化，会不会在电路中产生电流呢? 实验3：导体和磁场不发生相对运动 ， 图 5 线圈电路接通、断开：滑动变阻器滑动片左、右滑动。 在观察实验现象的基础上，引导学生分析上述现象的物理过程：因为电流所激发的磁场的磁感应强度B总是正比于电流强度I，即B、∝I电路的闭合或断开控制了电流从无到有或从有到无的变化；变阻器是通过改变屯阻来改变电流的大小的，电流的变化必将引起闭合电路磁场的变化，穿过闭合电路的磁感线条数的变化——磁通量发生变化，闭合电路中产生电流。 · 用计算机模拟电路中S断开、闭合，滑动变阻器滑动时，穿过闭合电路磁场变化情况： 综上所述，总结出，1，不论用什么方法，只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就有电流产生。这种利用磁场产生电流的现象叫电磁感应，产生的电流叫感应电流。 2．产生感应电流的条件。 (1)电路必须闭合 (2)磁通量发生变化。 引导学生分析磁通量发生变化的因素由中 Φ =B*Ssin 可知：当①磁感应强度B发生变化：②线圈的面积S发生变化；⑧磁感应强度B与面积S之间的夹角9发生变化。这三种情况都可以引起磁通量发生变化。 四、课堂小结 产生感应电流的条件是穿过闭合电路的磁通量发生变化，这里关键要注意“闭合”与“变化”两词。就是说在闭合电路中有磁通量穿过但不变化，即使磁场很强，磁通量很大，也不会产生感应电流，当然电路不闭合，电流也不可能产生。 注：由于是借班上课，故对学生的了解不是很好，教学的进度难以把握，以上内容为基本内容，可能会根据当堂情况作相应调整。
电磁感应现象课堂记录 1、法拉第的实验说明———————— 2、实验一： 导体向上、向下运动；电表-------------导体向左、向右运动；电表———————归纳：——————电路中就有电流产生。 3、实验二： 线圈不动，磁铁动，电表————————说明无论是导体运动还是磁场运动，’只要————————；闭合回路中就有电流产生。 4、实验三： 线圈电路接通、断开；电表指针_________________；滑动变阻器滑动片左、右滑动；电表指针______________说明，除了闭合回路的部分导线切割磁感线外，线圈中的___________________发生变化时，也能产生感应电流。所以无论是导体做切割磁感线的运动，还是磁场发生变化，实质上都是引起穿过闭合电路的———发生变化。 总结： l、_________________________现象叫电磁感应， 2、产生感应电流的条件：a)____________;b)___________ 3、磁通量发生变化的因素有：________;__________;_________.
