物理选修沪科版．　电磁感应——划时代的发现

1、12.1电磁感应划时代的发现2课标定位学习目标：1.了解与电磁感应现象的发现相关的物理学史2知道电磁感应现象和感应电流的定义3知道产生感应电流的条件，会使用线圈以及常见磁铁完成简单的实验4领悟科学探究中提出问题、观察实验、分析论证、归纳总结等要素在研究物理问题时的重要性重点难点：1.探究感应电流产生的条件是重点2判断有无感应电流的方法是难点3核心要点突破课堂互动讲练课前自主学案知能优化训练1.14课前自主学案1新课题的提出：奥斯特发现了电流的磁效应，新课题的提出：奥斯特发现了电流的磁效应，即即“电能转化为磁电能转化为磁”，根据事物间的相互转化，根据事物间的相互转化，法拉第在法拉第在1822年提

2、出了自己的新课题：年提出了自己的新课题：“_”2思维定势路漫长：法拉第在很长一段时间内思维定势路漫长：法拉第在很长一段时间内基本上做了两类实验，一是在强磁体旁边放置基本上做了两类实验，一是在强磁体旁边放置导线或线圈，希望在导线或线圈中出现稳定的导线或线圈，希望在导线或线圈中出现稳定的电流；二是两根导线并列放置，其中一根通电电流；二是两根导线并列放置，其中一根通电流，希望在另一根中感应出电流这两类实验流，希望在另一根中感应出电流这两类实验成功了吗？成功了吗？_把磁转变为电没成功5后来他又对实验进行了改进，在一个铁环上绕了两后来他又对实验进行了改进，在一个铁环上绕了两个独立的线圈，一个线圈接电池，

3、另一个线圈接电个独立的线圈，一个线圈接电池，另一个线圈接电流计，实验也没能成功流计，实验也没能成功3偶然发现犹迷茫：法拉第重做改进后的实验，在偶然发现犹迷茫：法拉第重做改进后的实验，在接电池的线圈电路里，当把开关闭合或断开时，电接电池的线圈电路里，当把开关闭合或断开时，电流计动了一下，当电路接通后，电流计又恢复了平流计动了一下，当电路接通后，电流计又恢复了平静静4深入探究得真谛：法拉第的进一步实验表明，只深入探究得真谛：法拉第的进一步实验表明，只要电流发生变化，就会感应出电流；用磁铁和线圈要电流发生变化，就会感应出电流；用磁铁和线圈也感应出了电流，后来制造了世界上第一台发电也感应出了电流，后来

4、制造了世界上第一台发电机由磁得到电的现象叫做机由磁得到电的现象叫做_电磁感应现象6思考感悟思考感悟法拉第时代，还没有电流表，在法拉第时代，还没有电流表，在“磁生电磁生电”的实验的实验研究中，法拉第是怎样检测电流的呢？研究中，法拉第是怎样检测电流的呢？提示：提示：利用电流的磁效应，在南北方向的导线下利用电流的磁效应，在南北方向的导线下放一可旋转的小磁针当导线中有电流时，小磁放一可旋转的小磁针当导线中有电流时，小磁针就发生转动，当导线中无电流时，小磁针就指针就发生转动，当导线中无电流时，小磁针就指南北极南北极7二、探究感应电流产生的条件二、探究感应电流产生的条件1探究实验：利用磁铁在螺线管中的运动

5、探究实验：利用磁铁在螺线管中的运动将条形磁铁将条形磁铁_或或_与电流表构成与电流表构成_的螺线管的过程中，观察到电流的螺线管的过程中，观察到电流表的指针发生偏转，说明闭合电路中产生了感应电表的指针发生偏转，说明闭合电路中产生了感应电流流插入拔出闭合电路82探究实验：利用通电螺线管的磁场探究实验：利用通电螺线管的磁场螺线管螺线管A、滑动变阻器、电源、开关组成一个闭合、滑动变阻器、电源、开关组成一个闭合回路，螺线管回路，螺线管B与电流表组成一个闭合回路，螺线与电流表组成一个闭合回路，螺线管管A放在螺线管放在螺线管B内，当开关内，当开关_或或_的瞬的瞬间，电流表的指针会间，电流表的指针会_，而开关闭

6、合，而开关闭合稳定后，电流表的指针稳定后，电流表的指针_偏转；偏转；闭合断开发生偏转不发生9保持开关闭合，当滑动变阻器的滑片移动时，电流保持开关闭合，当滑动变阻器的滑片移动时，电流表的指针表的指针_；保持开关闭合，当螺线管；保持开关闭合，当螺线管A离 开 或 进 入 螺 线 管离 开 或 进 入 螺 线 管 B 时 ， 电 流 表 的 指 针时 ， 电 流 表 的 指 针_电流表指针发生了偏转，说明闭电流表指针发生了偏转，说明闭合电路中产生了感应电流合电路中产生了感应电流综合上述探究实验可得出感应电流的条件：只要穿综合上述探究实验可得出感应电流的条件：只要穿过闭合电路的过闭合电路的_发生变化，

7、闭合电路中就会发生变化，闭合电路中就会产生感应电流产生感应电流发生偏转发生偏转磁通量10核心要点突破一、实验探究过程的归纳一、实验探究过程的归纳1实验探究实验探究(1)闭合电路的部分导体切割磁感线如图闭合电路的部分导体切割磁感线如图111所示所示图11111观察实验，记录现象，如下表所示观察实验，记录现象，如下表所示.导体棒的运动导体棒的运动表针的表针的摆动方摆动方向向导体棒的运导体棒的运动动表针的摆表针的摆动方向动方向向右平动向右平动左左向下平动向下平动不摆动不摆动向左平动向左平动右右向上平动向上平动不摆动不摆动结论：当导体棒左右平动，切割磁感线时，回结论：当导体棒左右平动，切割磁感线时，回

8、路中会产生感应电流；当导体棒上下平动，不路中会产生感应电流；当导体棒上下平动，不切割磁感线时，回路中不会产生感应电流切割磁感线时，回路中不会产生感应电流.12(2)条形磁铁插入或拔出线圈，如图条形磁铁插入或拔出线圈，如图112所示所示图11213观察实验，记录现象，如下表所示观察实验，记录现象，如下表所示.磁铁的运动磁铁的运动表针的摆表针的摆动方向动方向磁铁的运动磁铁的运动表针的摆表针的摆动方向动方向N极插入线圈极插入线圈右右S极插入线极插入线圈圈左左N极停在线圈极停在线圈中中不摆动不摆动S极停在线极停在线圈中圈中不摆动不摆动N极从线圈中极从线圈中拔出拔出左左S极从线圈极从线圈中拔出中拔出右右

9、结论：当磁极相对线圈运动时，回路中有感应电结论：当磁极相对线圈运动时，回路中有感应电流产生；当磁极停在线圈中时，回路中无感应电流产生；当磁极停在线圈中时，回路中无感应电流产生流产生.14说明：当线圈的绕向、电流表不同或电路的连接不说明：当线圈的绕向、电流表不同或电路的连接不同时，电流表指针偏转方向不同，但实验结论相同时，电流表指针偏转方向不同，但实验结论相同同15(3)模拟法拉第的实验模拟法拉第的实验如图如图113所示线圈所示线圈A通过滑动变阻器和开关通过滑动变阻器和开关连接到电源上，线圈连接到电源上，线圈B的两端与电流表连接，把线的两端与电流表连接，把线圈圈A装在线圈装在线圈B的里面观察以下

10、几种操作线圈的里面观察以下几种操作线圈B中是否有电流产生中是否有电流产生图11316观察实验，记录现象，如下表所示观察实验，记录现象，如下表所示.操作操作现象现象开关闭合瞬间开关闭合瞬间电流表指针向右摆动一下电流表指针向右摆动一下开关断开瞬间开关断开瞬间电流表指针向左摆动一下电流表指针向左摆动一下开关闭合，滑动变阻器不开关闭合，滑动变阻器不动动电流表指针不发生偏转电流表指针不发生偏转开关闭合，迅速移动变阻开关闭合，迅速移动变阻器的滑片器的滑片电流表指针会有相应的左电流表指针会有相应的左右摆动右摆动结论：只有在改变原线圈中的电流时，在副线圈中结论：只有在改变原线圈中的电流时，在副线圈中才会产生感

11、应电流才会产生感应电流.172.结论结论实验表明：只要穿过闭合电路的磁通量发生实验表明：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变化，闭合电路中就会产生感应电流18即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)1.(2011年河南开封高二检测年河南开封高二检测)(1)1831年，物理学家年，物理学家法拉第用如图法拉第用如图114所示的实验，成功发现了磁所示的实验，成功发现了磁生电现象，当开关始终处于闭合状态时，生电现象，当开关始终处于闭合状态时，a线圈中线圈中_(选填选填“有有”或或“无无”)感应电流产生，感应电流产生，当开关闭合或断开瞬间，当开关闭合或断开瞬间，

12、a线圈中线圈中_(选填选填“有有”或或“无无”)感应电流产生感应电流产生图11419(2)如图如图115是某兴趣小组研究磁生电现象所需是某兴趣小组研究磁生电现象所需的器材的器材图11520请你协助该小组完成如下工作，用实线将带有铁芯请你协助该小组完成如下工作，用实线将带有铁芯的线圈的线圈A、电源、滑动变阻器和开关连接成原线圈、电源、滑动变阻器和开关连接成原线圈回路，将小量程电流表和线圈回路，将小量程电流表和线圈B连接成副线圈回路，连接成副线圈回路，并列举出在实验中改变副线圈回路磁通量，使副线并列举出在实验中改变副线圈回路磁通量，使副线圈回路产生感应电流的三种方式：圈回路产生感应电流的三种方式：

13、_；_；_.21解析：解析：(1)因穿过因穿过a线圈的磁通量不变，所以无感应线圈的磁通量不变，所以无感应电流产生闭合瞬间穿过电流产生闭合瞬间穿过a线圈的磁通量突然增大，线圈的磁通量突然增大，所以有感应电流产生断开瞬间，穿过所以有感应电流产生断开瞬间，穿过a线圈的磁线圈的磁通量突然减小，所以有感应电流产生通量突然减小，所以有感应电流产生(2)实物连接如图所示实物连接如图所示合上合上(或断开或断开)开关瞬间；合上开关后，将原线开关瞬间；合上开关后，将原线圈圈A插入副线圈插入副线圈B或从副线圈或从副线圈B中抽出；合上开中抽出；合上开关，将原线圈关，将原线圈A插入副线圈插入副线圈B后，移动滑动变阻器后

14、，移动滑动变阻器的滑片的滑片22答案：答案：(1)无有无有(2)见解析见解析23二、理解磁通量及磁通量变化的判定二、理解磁通量及磁通量变化的判定1磁通量磁通量(1)定义：磁场中垂直于磁场方向的某一平面的面定义：磁场中垂直于磁场方向的某一平面的面积与该处磁感应强度的乘积，叫做穿过这个面积的积与该处磁感应强度的乘积，叫做穿过这个面积的磁通量符号用磁通量符号用表示表示(2)计算式：计算式：BS.(3)单位：国际单位是韦伯，符号单位：国际单位是韦伯，符号 Wb,1 Wb1 Tm2.(4)磁通量是标量，没有方向磁通量是标量，没有方向(5)磁通量的物理意义：穿过某个平面的磁通量就磁通量的物理意义：穿过某个

15、平面的磁通量就是穿过那个平面的磁感线的条数是穿过那个平面的磁感线的条数242磁通量变化的判定磁通量变化的判定(1)引起磁通量变化的原因引起磁通量变化的原因根据磁通量的计算公式根据磁通量的计算公式BSsin(其中其中为闭合电为闭合电路所围成的平面与磁场方向之间的夹角路所围成的平面与磁场方向之间的夹角)，因此决，因此决定磁通量的因素有三个方面，定磁通量的因素有三个方面，B、S、的变化都会的变化都会导致磁通量的变化导致磁通量的变化面积面积S不变，磁感应强度不变，磁感应强度B发生变化，则磁通量发生变化，则磁通量发生变化；发生变化；25面积面积S变化，磁感应强度变化，磁感应强度B不发生变化，则磁通不发生

16、变化，则磁通量量发生变化；发生变化；面积面积S变化，磁感应强度变化，磁感应强度B发生变化，则磁通量发生变化，则磁通量可能发生变化；可能发生变化；线圈平面和磁场方向的夹角发生变化时，引起通线圈平面和磁场方向的夹角发生变化时，引起通过线圈的磁通量发生变化过线圈的磁通量发生变化26(2)如何求磁通量的变化量如何求磁通量的变化量磁感应强度磁感应强度B不变，有效面积不变，有效面积S发生变化，则发生变化，则t0BS；磁感应强度磁感应强度B变化，有效面积变化，有效面积S不变，则不变，则t0BS；磁感应强度磁感应强度B变化，有效面积变化，有效面积S发生变化，则发生变化，则t0BtStB0S0.27特别提醒：特

17、别提醒：在求磁通量的变化量时要注意：磁通量在求磁通量的变化量时要注意：磁通量是标量，若规定穿入线圈正面的方向为正，则从线是标量，若规定穿入线圈正面的方向为正，则从线圈背面方向穿入时磁通量为负值，在线圈翻转圈背面方向穿入时磁通量为负值，在线圈翻转180时，磁通量的变化应等于其绝对值之和，而时，磁通量的变化应等于其绝对值之和，而不是绝对值之差，磁通量的正、负不表示方不是绝对值之差，磁通量的正、负不表示方向，是为了计算磁通量变化而引入的向，是为了计算磁通量变化而引入的28即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)2. (2011年榆林高二检测年榆林高二检测)如图如图116所示，所示，a

18、、b、c三个圆环水平套在条形磁铁外面，其中三个圆环水平套在条形磁铁外面，其中a和和b两环两环大小相同，大小相同，c环最大，环最大，a环位于环位于N极处，极处，b和和c两环位两环位于条形磁铁中部，则穿过三个环的磁通量的大小是于条形磁铁中部，则穿过三个环的磁通量的大小是()图11629Ac环最大，环最大，a与与b环相同环相同B三个环相同三个环相同Cb环比环比c环大环大Da环一定比环一定比c环大环大解析：解析：选选C.条形磁铁磁场的磁感线分布特点是：条形磁铁磁场的磁感线分布特点是：两端密，中间疏；两端密，中间疏；磁铁内、外磁感线条数相磁铁内、外磁感线条数相等等a、b、c三个环中磁铁内磁场方向都向上，

19、而三个环中磁铁内磁场方向都向上，而磁铁外部磁场不同，应选磁铁外部磁场不同，应选C，而，而a、c两环磁通量大两环磁通量大小关系不确定小关系不确定30课堂互动讲练电磁感应的探索历程类型一在探究“磁生电”现象的历程中，人们经历了并不平坦的道路下列与之有关的说法正确的是()A奥斯特在发现“电生磁”的同时，受对称性思想的影响也发现了“磁生电”现象B安培曾试图用恒定电流和磁铁放在导体线圈附近“感应”出电流31C法拉第最初实验探究的失败是由于他试图用恒法拉第最初实验探究的失败是由于他试图用恒定电流的磁场使电路中感应出电流定电流的磁场使电路中感应出电流D奥斯特受法拉第的奥斯特受法拉第的“磁生电磁生电”影响发现

20、了影响发现了“电电生磁生磁”【精讲精析精讲精析】奥斯特发现了电流的磁效应，即奥斯特发现了电流的磁效应，即“电生磁电生磁”后，法拉第受对称性思想的启发，开始后，法拉第受对称性思想的启发，开始探究探究“磁生电磁生电”，并最终发现了电磁感应现象安，并最终发现了电磁感应现象安培的失败和法拉第的前几次实验的失败均在于他们培的失败和法拉第的前几次实验的失败均在于他们试图用恒定电流的磁场感应出电流试图用恒定电流的磁场感应出电流32【答案答案】BC【方法总结方法总结】通过了解法拉第的艰难探索历通过了解法拉第的艰难探索历程，体会任何一个伟大的发现都不是一帆风顺程，体会任何一个伟大的发现都不是一帆风顺的，都要经历

21、艰难困苦的过程，要学习科学家的科的，都要经历艰难困苦的过程，要学习科学家的科学态度、意志力，以提高自身的科学素质法拉第学态度、意志力，以提高自身的科学素质法拉第发现电磁感应的历程是对称思维提出课题发现电磁感应的历程是对称思维提出课题探索实探索实验经历漫长验经历漫长偶然发现偶然发现得到真谛得到真谛33磁通量及其变化的分析类型二闭合线圈按如图117所示的方式在磁场中运动，则穿过闭合线圈的磁通量发生变化的是()34图图11735【精讲精析精讲精析】对于对于A选项，因为线圈平面平行于选项，因为线圈平面平行于磁感线，在以磁感线，在以OO为轴转动的过程中，线圈平面为轴转动的过程中，线圈平面始终与磁感线平行

22、，磁通量始终为零始终与磁感线平行，磁通量始终为零B选项中，选项中，线圈平面也与磁感线平行，磁通量为零，在竖直向线圈平面也与磁感线平行，磁通量为零，在竖直向上运动过程中，线圈平面始终与磁感线平行，磁通上运动过程中，线圈平面始终与磁感线平行，磁通量始终为零量始终为零C选项中，线圈平面与磁感线平行，选项中，线圈平面与磁感线平行，磁通量始终为零磁通量始终为零D选项中，随着线圈的转动，选项中，随着线圈的转动，B与与S都不变，都不变，B又垂直于又垂直于S，所以，所以BS始终不始终不变而变而E选项，图示状态选项，图示状态0，转过，转过90时，时，BS，因此磁通量发生变化，因此磁通量发生变化36【答案答案】E

23、【方法总结方法总结】引起磁通量变化的原因有：引起磁通量变化的原因有：(1)磁感磁感应强度应强度B发生变化；发生变化；(2)线圈的面积线圈的面积S发生变化；发生变化；(3)磁磁感应强度感应强度B和线圈的面积和线圈的面积S的夹角发生变化的夹角发生变化37(2011年延安高二检测年延安高二检测)如图如图118，在水平面，在水平面上有两条平行导电导轨上有两条平行导电导轨MN、PQ，导轨间距离为，导轨间距离为l，匀强磁场垂直于导轨所在的平面匀强磁场垂直于导轨所在的平面(纸面纸面)向里，磁感应向里，磁感应强度的大小为强度的大小为B，两根金属杆，两根金属杆1、2摆在导轨上，与导摆在导轨上，与导轨垂直，它们分别以速度轨垂直，它们分别以速度v1