高中物理 2探究感应电流的产生条件优秀教案 新人教版选修3-2

1 2 2 探究感应电流的产生条件探究感应电流的产生条件 整体设计 教学分析 本节教学内容属于电磁感应的基础课 在学生已有的电磁感应知识基础上 通过实验 探究总结归纳出感应电流产生的条件 进一步分析和掌握感应电流的产生条件 本节内容 在教材中起到了承前启后的作用 为后面电磁感应规律的教学打下良好的基础 教学目标 1 观察电磁感应现象 理解产生感应电流的条件 2 经历电磁感应产生条件的探究活动 提高学生的分析 论证能力 3 进一步认识磁通量的概念 能结合实例对磁通量的变化进行定性和定量的判断 4 经历各种实验现象 学会通过现象分析 归纳事物本质特征的科学思想方法 认识 实验观察能力与逻辑思维能力在科学探究过程中的重要作用 教学重点难点 探究感应电流产生的条件 判断有无感应电流产生 通过演示实验和探究实验 从闭合电路的部分导体切割磁感线到磁铁相对于线圈运动 再到磁场变化 层层递进 找出实验的不同和共性 总结归纳 得出结论 然后通过不同 情况下磁通量是否变化训练学生判断感应电流的有无 加强对规律的应用 教学方法与手段 以探究实验为主线 结合演示实验 设置合适的问题教学模式 解决本节的主要内容 在提高学生动手能力的同时提高分析能力 培养学生物理实验的探究能力 课前准备 教学媒体 蹄形磁铁 条形磁铁 导体棒 示教电流表 线圈 粗 细各一个 学生电源 开关 滑动变阻器 导线若干 多媒体 知识准备 1 复习磁通量 定义 改变磁通量的几种途径 2 初中知识回顾 电磁感应现象 当闭合电路的一部分做切割磁感线运动时 电路中 会产生感应电流 教学过程 2 导入新课 事件 1 教学任务 PPT 展示 我们在初中对电磁感应的认识 1 闭合电路中的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时产生电流的现象称为电磁感 应现象 电磁感应中产生的电流称为感应电流 2 导体在磁场中产生电流的条件是 闭合电路的部分导体在磁场中做切割磁感线运动 3 发电机 话筒 电话机等 都是利用电磁感应原理工作的 4 英国科学家法拉第经过 10 年的不懈努力 于 1831 年发现了电磁感应现象 事件 2 导体切割磁感线 产生感应电流 教学任务 如何来探究电磁感应产生的条件 首先来做个初中已做过的实验 如下图 所示 在此实验中产生了感应电流 现利用下列器材回顾本实验 演示用电流表一块 蹄 形磁铁一块 用一个矩形线圈的一个边代替直导体 AB 这样实验效果可能比单根直导线效 果好 请两位同学做这个实验 其他同学做好记录 有感应电流产生的情况 当闭合电路中的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时 电路中就会产生感应电流 没有感应电流产生的情况 当这一部分导体静止在磁场中不动 或者说线圈和磁铁保 持相对静止时 线圈中没有感应电流产生 事件 3 教学任务 演示闭合电路部分导体切割磁感线 学情预设 在自主探究过程中 学生可能还有一些新的发现 如对方向的关注 这些 意外收获 也可以填到开放的表格中 这样 既可以保护学生的探究精神 又使得课堂具 有生成性 还为下一节课作了铺垫 导体切割磁感线 产生感应电流 图 1 师生活动 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 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 观察实验 记录现象 表 1 3 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 分析现象 讨论 磁场本身并没有变化 是由于导体切割磁感线而产生了电流 在讨论中使学生知道所谓导体切割磁感线是指导体运动方向与磁感应强度的方向不平行 结论 当闭合电路的部分导体切割磁感线时 电路中会产生感应电流 引导分析 磁场本身没有变化 提出问题 还有哪些情况可以产生感应电流 产生感应电流的条件是什么 学生猜想 讨论 引出新课题 学生猜想可能是磁场和导体间的运动 也可能是磁场的变化 提出自己的观点 为下 面的实验提供依据 推进新课 事件 4 教学任务 条形磁铁插入 抽出或者停留在线圈中 师生活动 分组实验 P5图 4 22 多媒体投影 介绍实验器材 并组装 将磁铁的一个磁极插入线圈 抽出线圈 静止在线圈中 进 行实验 观察现象并记录在表格中 图 2 演示 如下图所示 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 下图磁铁插入 抽出和停在线圈中时 电流表指针如何动作 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 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 分析现象并讨论 结论 当磁铁相对线圈运动时 有感应电流产生 磁铁相对线圈静止时 没有电流产 生 学生进一步讨论 是否只有磁场和线圈有相对运动时才能产生感应电流呢 分析引导 当磁铁运动时 实际上是线圈的闭合电路所在位置的磁场发生变化 引导 学生猜想感应电流的产生是否和磁场变化有关系 进行下一步的实验 4 思考 1 本实验中 还有其他方法获得感应电流吗 磁铁左右运动 2 图 1 实验和图 2 实验有什么不同和联系 导体运动与磁场运动 本质的联系 事件 5 教学任务 科学探究 实验探究 探究闭合电路中感应电流产生的条件 演示 教材图 4 21 所示实验 重温感应电流产生的条件 即切割磁感线 实验 1 学生分组实验 教材图 4 22 所示实验 磁铁插入线圈 观察现象 收集证据 归纳感应电流产生的条件 即当闭合电路与磁铁间相对运动时 如磁铁插入线圈 就相当于线圈 切割 磁铁的磁感线 设想 1 实验 2 学生分组实验 教材图 4 23 所示实验 模仿法拉第的实验 观察现象 收集证据 归纳感应电流产生的条件 即无 切割 无 相对运动 认知冲突 重新审视有关实验 分析实验 1 再次归纳感应电流产生的条件 即闭合电路与磁铁间相对运动时 磁场 强弱的变化 可以产生感应电流 分析实验 2 再次归纳感应电流产生的条件 即当开关通 断 电流变化 电流的磁 场变化 磁场强弱变化 可以产生感应电流 师生归纳 当闭合电路所处磁场的强弱发生变化时 闭合电路中就会产生感应电流 设想 2 审视闭合电路部分导体切割磁感线实验 新的认知冲突 即闭合电路所处磁场的强弱 并未发生变化 也能产生感应电流 为什么 进一步的分析 磁感应强度 B 未变 闭合电路所包围的面积 S 发生改变 也能产生电 磁感应现象 设想 3 新的问题 对 设想 2 设想 3 能否做进一步概括 怎样概括 设想 2 闭合电路所包围的面积 S 不变 磁感应强度 B 变化 设想 3 闭合电路所包围的面积 S 变化 磁感应强度 B 不变 两个因素 面积 S 和磁感应强度 B 是否有一个物理量也包含这两个要素 如果没有 根据研究方便的需要 当然也可以 创造 引入磁通量概念 设想 2 设想 3 可概括为磁通量 变化 进一步的结论 只要穿过闭合电路的磁通量发生变化 闭合电路中就有感应电流产生 事件 6 教学任务 科学探究 实验探究 磁铁插入 抽出或停留在线圈中时 电路中 是否产生感应电流 1 认识实验器材 并组装 2 进行实验探究 并记录 3 实验成果交流 展示 提问 研讨 4 拓展性分析 1 图 1 实验和图 2 实验有什么逻辑联系 2 在图 2 实验中 还有其他方法获得感应电流吗 5 导体切割磁感线 产生感应电流 图1 磁铁插入 抽出和停在线圈 中时 电流表指针如何动作 图2 3 如果 磁场 和 部分导体 不发生 相对运动 即导体不切割磁感线 那么会 产生电磁感应现象吗 事件 7 教学任务 科学探究 理论探究 1 提问 什么叫磁通量 2 展示 点评 3 联系 回归 把磁通量的概念引入上述实验 会有什么新发现 4 探讨 交流 点评 Flash 动画展示 磁通量的变化 由于磁铁的插入与抽出 线圈中磁场的强弱在变化 由于导线做切割磁感线的运动 闭合电路包围的面积在变化 5 师生交流 猜想 磁场 和 部分导体 不发生 相对运动 即导体不切割磁 感线 但只要通过闭合电路的磁通量发生变化 电路中也会产生感应电流 即产生电磁感 应现象 事件 8 教学任务 科学探究 感受法拉第的研究 为科学假设插上翅膀 教师演示下图实验 学生观察 记录 分析 讨论 1 多媒体实物展示台 介绍实验器材 2 连接实验电路 3 实验演示 4 讨论 拓展 1 闭合开关后 不改变滑动变阻器的值 能否用其他方式获得感应电流 2 该实验能否转换为前面两个实验 5 总结 事件 9 6 教学任务 科学探究 实验探究 验证产生感应电流的条件 实验装置 如下图所示连接电路 实验操作 注意观察电流表指针的位置变化情况 操作 让插有软铁芯的螺线管 A 的轴线与线圈 C 的平面平行 闭合开关 S 操作 让螺线管 A 的轴线与线圈 C 的平面垂直 闭合开关 S 实验现象 在操作 时 螺线管 A 中磁场发生变化 而电流表指针不偏转 说明线圈 C 中没有感 应电流 在操作 时 螺线管 A 中磁场发生变化 电流表指针偏转 说明线圈 C 中有感应电流 分析 能否产生感应电流 关键是螺线管 A 通电前后 穿过闭合线圈 C 的磁感线条数 是否发生变化 引导学生能否从教材中的三个实验归纳出这样的结论 即穿过闭合电路的 磁感线条数发生变化 闭合电路中就有感应电流产生 最后 使学生认识到 穿过闭合电 路的磁通量发生变化是产生感应电流的条件 事件 10 教学任务 模仿法拉第实验 师生活动 提出问题 如果 磁场 和 部分导体 不发生 相对运动 那么会产生电磁感应现 象吗 演示实验 课本 P6图 423 多媒体投影 介绍实验仪器以及实验原理 当开关闭合时 A 线圈周围存在磁场 连接实验电路 按照一定的步骤进行实验 学生观察 记录并填入表格 演示 如下图所示 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 下图由开关或变阻器控制一个线圈中的电流 能够在另一个线圈中产生感应电流吗 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 7 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 分析现象 讨论 当开关闭合 断开或者迅速滑动滑动变阻器时 B 线圈中有感 应电流产生 当开关闭合但滑动变阻器不变时 没有感应电流产生 引导学生分析 当滑动变阻器不动时 B 线圈回路中有磁场 但是磁场没有发生变化 其他情况下 B 回路中的磁场都发生变化 结论 当闭合电路中的磁场发生变化时 电路中有感应电流产生 拓展 闭合开关后 如果不滑动滑动变阻器 能否用其他方式获得感应电流 事件 11 由于磁铁的插入与抽出 线圈中磁场的强弱在变化 教学任务 分析论证 提出问题 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 如下图 由于线圈 A 中电流 的变化 磁场也在变化 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 如下图 事件 12 教学任务 分析论证 提出问题 1 实验 2 和实验 3 两个实验似乎都告诉我们穿过闭合电路的磁场发生变化 电路中就 有感应电流产生 是否正确 实验 1 中闭合电路中的磁场是否发生了变化 2 这三个实验都能产生感应电流 它们产生的本质是否相同 学生分组讨论 引导学生观察下面的图片 学生代表分析 补充 8 由于导线做切割磁感 线的运动 闭合电路 包围的面积在变化 由于磁铁的插入与抽出 线圈中磁场的强弱在变化 由于线圈A中电流变化 线 圈B中磁场的强弱发生变化 实验 1 中 部分导体切割磁感线时 磁场本身不变 但是闭合电路所围面积发生变化 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 实验 2 中 磁体相对线圈运动时 线圈本身面积没有变化 但磁场发生变化 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 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 B 线圈内磁场发生变化 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 教师总结 通过大家的论证 我们得出结论 磁生电 的确是一种在变化 运动的 过程中才能出现的现象 可以是闭合电路中的磁场发生变化 也可以是闭合电路的面积发 生变化 引导学生讨论受这两方面影响的物理量是磁通量 事件 13 教学任务 归纳结论 师生活动 引导学生观察图片中磁感线的条数变化 学生总结结论 以上产生感应电流的实验中 有的磁感应强度没有发生变化 面积发生了变化 有的 线圈的面积没有变化 但穿过线圈的磁感应强度发生了变化 其共同点是穿过线圈的磁通 量发生了变化 结论 只要穿过闭合回路的磁通量发生变化 闭合电路中就有感应电流产生 事件 14 教学任务 归纳结论 科学探究成果 1 电磁感应的概念 不论使用什么方法 只要穿过闭合电路的磁通量发生变化 闭合 电路中就有感应电流 这种现象称做电磁感应 2 电磁感应的条件 穿过闭合电路的磁通量发生变化 3 本节三个实验的逻辑关系 Error 磁通量发生变化 事件 15 教学任务 归纳结论 科学探究成果 1 电磁感应的概念 不论使用什么方法 只要穿过闭合电路的磁通量发生变化 闭合 电路中就有感应电流 这种现象称做电磁感应 2 电磁感应的条件 穿过闭合电路的磁通量发生变化 9 事件 16 教学任务 电磁感应中的能量转化 电有电场能 磁有磁场能 如何从能量守恒的角度分析电磁感应呢 下面从能量角度分析电磁感应现象 分析 教材实验一 消耗机械能 电能 发电机 教材实验三 电能由 a 螺线管转移到 b 螺线管 变压器 结论 电磁感应现象同样遵循能量守恒定律 事件 17 教学任务 感应电流产生条件的应用 师生活动 课堂训练 1 P7 问题与练习 1 如下图所示 匀强磁场中有一个矩形闭合线圈 保持线圈平面始终与磁感线垂直 当 线圈在磁场中上下运动时 图甲 是否有感应电流 当线圈在磁场中左右运动时 图乙 是否有感应电流 为什么 拓展 如果线圈在磁场中转动 有无感应电流呢 为什么 闭合线框中是否产生感应电流 通过乙图体会部分导体切割和全部切割的不同 明白感应电流产生的本质是穿过闭合 电路的磁通量发生变化 答案 答案 无 无 有 什么时候线圈 中有感应电流 课堂训练 2 P8 问题与练习 3 如图所示 矩形区域 abcd 内有匀强磁场 闭合线圈由位置 1 通过这个磁场运动到位置 2 线圈在运动过程的什么时候有感应电流 什么时候没有感应电流 为什么 若线圈的宽度为 d 磁场的宽度为 l 且 d l 线圈匀速通过的速度为 v 则线框中有 电流的时间为多长 答案 答案 线圈仅在进入和穿出磁场的过程中才有感应电流产生 此时穿过线圈的磁通量 发生变化 有电流的时间为 t 2 d v 课堂训练 3 P8 问题与练习 4 矩形线圈 ABCD 位于通电长直导线附近 线圈与导线在一个平面内 线圈的两个边与导 线平行 下列哪种情况线圈中产生感应电流 10 A 在这个平面内 线圈远离或靠近长直导线时 B 长直导线中的电流发生变化时 学生分析不同情况下磁通量是否发生变化 然后判断有无感应电流 在分析磁通量变 化时可以指出磁通量的方向以及增减 为以后感应电流的方向判断打下基础 答案 答案 A 有 B 有 事件 18 教学任务 典题分析 引申拓展 1 结合本节的实验探究和磁通量的概念 谈谈你对 电磁感应的产生条件 的理解 解析 解析 从探究实验来看 包括 磁场不动导体动 导体不动磁场动 和 导体磁场都 不动 等三种情况 从磁通量的概念来看 包括 B 不变 S 变化 S 不变 B 变化和 B S 都变 化等三种情况 2 教材 P7 做一做 理想实验 摇绳能发电吗 做一做 摇绳能发电吗 摇绳能发电吗 把一条大约 10 m 长电线的两端连在一个灵敏电流表的两个接线柱上 形成闭合电路 两个同学迅速摇动这条电线 可以发电吗 简述你的理由 你认为两个同学沿哪个方向站立时 发电的可能性比较大 试一试 解析 解析 从探究实验来看 闭合电路的部分导体 摇绳 在做切割磁感线运动 从 磁通量变化来看 在 摇绳 运动的过程中 B 不变 S 变化 可见 发生电磁感应 产生 感应电流 显然 两位同学东西方向站立并迅速摇动电线时 产生的电磁感应现象比较明 显 拓展 电流是有能量的 请问 摇绳 中的电能从哪里来 答案 答案 人对摇绳做功转化为电能 3 矩形线圈 ABCD 位于通电长直导线附近 线圈与导线在一个平面内 线圈的两个边与 导线平行 下列哪种情况线圈中产生感应电流 1 在这个平面内 线圈沿着平行于导线的方向上下运动时 2 线圈以 AB 边为轴转动时 3 线圈以 AD 边为轴转动时 4 线圈以长直导线为轴转动时 5 在中心点不变的情况下 把矩形线圈 ABCD 拉成圆形时 解析 解析 从引起磁通量变化的两个因素 磁感应强度 B 和有效面积 S 入手进行分析 11 答案 答案 2 3 5 4 教材 问题与练习 第 7 题 如图所示 固定于水平面上的金属架 CDEF 处在竖直向下的匀强磁场中 金属棒 MN 沿 框架以速度 v 向右做匀速运动 t 0 时 磁感应强度为 B0 此时 MN 到达的位置恰好使 MDEN 构成一个边长为 L 的正方形 为使 MN 棒中不产生感应电流 从 t 0 开始 磁感应强 度 B 应该怎样随时间 t 变化 请推导出这种情况下 B 与 t 的关系式 解析 解析 1 为使 MN 棒中不产生感应电流 必须保证闭合电路的磁通量不发生变化 2 磁通量 0 B0S0 B0L2 3 金属棒 MN 沿框架以速度 v 向右做匀速运动时 矩形区域 MDEN 的面积为 S L L vt 4 由于 S 随时间不断增加 可见 B 随时间逐渐减小 则 t BL L vt 5 0 t即 B0S0 BL L vt 所以 B B0L L vt 事件 19 教学任务 课堂反馈 学生独立完成 1