选修模块----电磁感应现象

普通高中物理课程标准(第三部分内容标准选修模块选修32)本模块是选修模块。电磁感应现象展示了不同运动形式之间的联系，为电能的大规模应用奠定了物理学的基础；交变电流是生活和生产中最常用到的电流；传感器则是生活和生产中各种测量、控制所不可缺少的元器件。学习这些内容时要同样重视它们的理论意义和实践意义。本模块安排了几个科学探究活动。学生应在经历科学探究的过程中，领悟物理学研究的思想与方法。,本模块划分为以下三个二级主题：,电磁感应交变电流传感器,1内容标准（1）收集资料，了解电磁感应现象的发现过程，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。（3）通过探究，理解楞次定律。理解法拉第电磁感应定律。例1分析电动机运转时产生反电动势的现象，分别用力和能量的观点进行说明。（4）通过实验，了解自感现象和涡流现象。举例说明自感现象和涡流现象在生活和生产中的应用。例2观察日光灯电路，分析日光灯镇流器的作用和原理。例3观察家用电磁灶，了解电磁灶的结构和原理。2活动建议从因特网、科技书刊上查阅资料，了解电磁感应在生活和生产中的应用，例如磁卡阅读器、录音机、录像机的原理等。,（二）交变电流1内容标准（1）知道交变电流，能用函数表达式和图像描述交变电流。例1用示波器观察交变电流的波形，并测算其峰值和有效值。（2）通过实验，了解电容器和电感器对交变电流的导通和阻碍作用。例2用灯泡或交流电流表观察电容器和电感器对交变电流的阻碍作用。（3）通过实验，探究变压器电压与匝数的关系。例3观察生活中常见的变压器，了解其作用。（4）了解从变电站到住宅的输电过程，知道远距离输电时应用高电压的道理。例4查阅资料，了解直流输电的原理，比较交流输电和直流输电的特点。2活动建议（1）参观当地的小型电厂，了解发电过程。调查发电机的容量、居民用电和工业用电情况。撰写调查报告。（2）观察变电站和高压输电线路。,（三）传感器1内容标准（1）知道非电学量转换成电学量的技术意义。（2）通过实验，知道常见传感器的工作原理。例1通过实验认识温度传感器将温度信号转变为电信号的作用。（3）列举传感器在生活和生产中的应用。例2了解光敏传感器及其在日常生活中的应用。2.活动建议（1）调查日常生活中传感器的应用，对其中一种的工作原理、技术意义、经济效益进行分析。（2）利用传感器制作简单的自动控制装置。,电磁感应,重点内容：1.电磁感应现象2.法拉第电磁感应定律3.楞次定律,四个单元1.电磁感应现象的发现，感应电流产生的条件。2.法拉第电磁感应定律，楞次定律。3.反电动势与能量守恒。4.自感、日光灯，涡流。,1.电磁感应现象的发现,教材：,奥斯特实验的启迪法拉第坚持不懈取得成功,小资料：科拉顿的遗憾。法拉第的电流计。,课外阅读：杰出的物理学家法拉第,可以布置让学生收集资料，课上交流，使学生了解电磁感应现象的发现过程，体会人类探索自然规律的科学态度和科学精神。,教师可以提问：法拉第向英国皇家学会提交的论文报告了他的重大发现。文章中将“磁生电”的现象分成五类。法拉第所说的“磁生电”是指电流还是指电场？,教师还可以提问：法拉的文章中将“磁生电”的现象分成五类，即（1）变化中的电流；（2）变化中的磁场；（3）运动中的恒定电流；（4）运动中的磁铁；（5）运动中的导线。对以上五种情况你认为最核心的含义是什么？变化。（为下一节做好铺垫）,2.感应电流产生的条件,导体在磁场中做切割磁感线的运动。通过闭合电路的磁场发生变化。电磁感应对科学技术发展的意义。电磁感应的发现对人类思想发展的影响。,教材安排了两个探究实验：,也可以给学生提供必要的设备，让学生自己设计实验去验证法拉第所说的五类“磁生电”的情况。,3.法拉第电磁感应定律,感应电动势。法拉第电磁感应定律。导线切割磁感线产生的感应电动势。电磁感应对科学技术发展的意义。电磁感应的发现对人类思想发展的意义。,组合好的实验装置,八十中何春生,陶行知中学李宝玲,电磁感应对科学技术发展的意义。电磁感应的发现对人类思想发展的影响。,以学生自我阅读为主，教师可以适当点拨。,小资料：英国开尔文勋爵对法拉第的评价很高。他说：“在法拉第的许多贡献中，最伟大的一个就是力线的概念了，借助于它就可以把电场和磁场的许多性质，以最简单而极具启发性的形式表示出来。”法拉第在1832年给英国皇家学会写了一封密封的信，信封上写着：“现在应当收藏在皇家学会的档案馆里的一些新的观点。”这封信指导1938年才被人发现，启了封。法拉第在这封信中预言磁感应和电感应的传播，暗示了电磁存在的波可能性，还预言了光可能是一种电磁振动的传播。他在信的最后写道：“就我所知，现在除了我以外，科学家中还没有人持类似的观念。”,1832年俄国物理学家楞次受到法拉第的启发，开始做了一系列的电学实验，1833年发现了楞次定律，给出了判定感应电流的方法。1833年距能量的发现还差10几年的时间。,课堂上可以酌情增加一点练习。,2008(）21题。如图，一个边长为l的正方形虚线内有垂直纸面向里的匀强磁场；一个边长也为l的正方形导线所在所在平面与磁场方向垂直；虚线框对角线ab与导线框的一条边垂直；ba的延长线平分导线框，在t0时，使导线框从图示的位置开始以恒定的速度沿ab方向移动，直到整个导线框离开磁场区域。以i表示导线框中感应电流的强度，取逆时针方向为正。下列表示it关系的图示中，可能正确的是,法拉第是自学成才的伟大科学家。法拉第用精巧的实验和深刻的洞察力把物理学推向前进，法拉第的工作是物理学史上一个杰出的范例。遗憾的是法拉第的数学基础较差，没有给出电磁感应定律的数学表达式，首先给出法拉第电磁感应定律数学表达式的科学家是德国科学家纽曼（积分形式）。,需要指出的是，在科学研究和实际应用中往往需要知道电流的方向。根据法拉第电磁感应定律得表达式可以表示出感应电动势（感应电流）的方向（我们目前所学的法拉第电磁感应定律只是初等数学形式的大小表达式）。但对电流方向的判断规则比较复杂。为此俄国物理学家楞次对此进行了深入的研究，给出了一种比较简单的判断感应电流的方法。,4.楞次定律,右手定则。楞次定律。楞次定律的应用。,按照人们探究的逻辑顺序引入,由一个有趣的现象引入,开关闭合瞬间金属环跳起和金属环中产生了感应电流有关。让学生猜猜，将电池的极性反接，金属环是否还会跳起。学生到此可能会说：跳起的原因是线圈中产生了感应电流。教师问：开关断开瞬间线圈中就没有感应电流吗？师：看来还和感应电流的方向有关。,楞次定律,还可以表述为：感应电流的效果总是反抗引起感应电流的原因。,教材表述：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。,效果,也可以理解为引起引起磁通量变化的相对运动。,可以理解为感应电流所激发出的磁场。,4（b）,练习与评价,法拉第是自学成才的伟大科学家。法拉第用精巧的实验和深刻的洞察力把物理学推向前进，法拉第的工作是物理学史上一个杰出的范例。遗憾的是法拉第的数学基础较差，没有给出电磁感应定律的数学表达式，首先给出法拉第电磁感应定律数学表达式的科学家是德国科学家纽曼（积分形式）。,需要指出的是，在科学研究和实际应用中往往需要知道电流的方向。根据法拉第电磁感应定律得表达式可以表示出感应电动势（感应电流）的方向（我们目前所学的法拉第电磁感应定律只是初等数学形式的大小表达式）。但对电流方向的判断规则比较复杂。为此俄国物理学家楞次对此进行了深入的研究，给出了一种比较简单的判断感应电流的方法。,新的问题,感应电流只有按照楞次定律所描述的方向流动