高中物理新课标版人教版选修1130《电磁感应》PPT课件

1、,新课标人教版课件系列,高中物理 选修1-1,第三章电磁感应,3.1电磁感应现象 ,教学目标,（一）知识与技能 1知道产生感应电流的条件。 2会使用线圈以及常见磁铁完成简单的实验。 （二）过程与方法 学会通过实验观察、记录结果、分析论证得出结论的科学探究方法 （三）情感、态度与价值观 渗透物理学方法的教育，通过实验观察和实验探究，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。, 教学重点 通过实验观察和实验探究，理解感应电流的产生条件。 教学难点 感应电流的产生条件。 教学方法 实验观察法、分析法、实验归纳法、讲授法 教学用具 条形磁铁（两个），导体棒，示教电流表，线圈（粗、细

2、各一个），学生电源，开关，滑动变阻器，导线若干，CAI课件，计算机等。, 教学过程 （一）引入新课 教师：“科学技术是第一生产力。”在漫漫的人类历史长河中，随着科学技术的进步，一些重大发现和发明的问世，极大地解放了生产力，推动了人类社 会的发展，特别是我们刚刚跨过的二十世纪，更是科学技术飞速发展的时期。经济建设离不开能源，人类发明也离不开能源，而最好的能源是电能，可以说人类离不 开电。饮水思源，我们忘不了为发现和使用电能做出卓越贡献的科学家法拉第。 1820年奥斯特发现了电流的磁效应，法拉第由此受到启发，开始了“由磁生电”的探索，经过十年坚持不懈的努力，于1831年8月29日发现了电磁感应现象

3、，开辟了人类的电气化时代。 本节课我们就来探究电磁感应的产生条件。,（二）进行新课 1、实验观察 （1）闭合电路的部分导体切割磁感线 教师：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。,学生：观察实验，记录现象。表1,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。,学生：观察实验

4、，记录现象。表2,（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。,学生：观察实验，记录现象。表3,2、分析论证 教师：通过上节课的学习我们就已经知道，“磁生电”是一种在变化、运动的过程中才能出现的效应。试以上面三个演示实验为例，对以上结论进行分析论证。 学生：分组讨论，学生代表发言。 学生甲：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

5、电流产生。 学生乙：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）,学生丙：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）,教师点评：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效应。,教师：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？,学生：实例

6、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。,教师：同学们分析、总结得很好，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。,（三）课堂总结 多

7、媒体辅助教学 教师：打开计算机，演示自制CAI课件，重现探究过程，巩固、升华所学知识，实现从感性认识到理性认识的飞跃。 1、研究背景（从奥斯特发现电流磁效应开始，法拉第受到对称性思考的启发开始探究电磁感应产生的条件） 2、实验一，部分导体切割磁感线运动（磁场不变，面积变化，产生感应电流） 3、实验二，磁体插入、把出线圈（面积不变、磁场变化，产生感应电流） 4、实验三，模拟法拉第的实验 5、实验总结（总结电磁感应产生的实质，实现从感性认识到理性认识的飞跃） 6、电磁感应现象遵守能量守恒（知识拓展） 7、典型例题（学以致用，巩固升华） 点评：电脑模拟，形象直观，巩固升华。,3.2法拉第电磁感应定律

8、,教学目标,知识与能力 1、知道什么是感应电动势。 2、了解什么是磁通量以及磁通量的变化量和磁通量的变化率。 3、在实验基础上，了解法拉第电磁感应定律内容及数学表达式，学会用该定律分析与解决一些简单的问题。 4、培养类比推理和通过观察、实验、归纳寻找物理规律的能力。 实验 仪器 螺线管要准备10匝和100匝的两个,复习：,1、磁通量的定义？,2、产生感应电流的条件？,3、闭合电路欧姆定律的内容？,新课教学,一、感应电动势：,既然闭合电路中有感应电流，这个电路中就一定有电动势。而产生电动势的哪部分导体就相当于电源。,1、影响感应电动势的因素：,磁通量的变化快慢，即磁通量的变化率。,注：产生感应电

9、动势的条件： 磁通量发生变化。,2、感应电动势的大小：,法拉第电磁感应定律： 电路中感应电动势的大小，跟穿过 这一电路的磁通量的变化率成正比。,表达式：,1、在国际单位制中K=1；,说明：,2、如果有n匝线圈，,3、计算的是平均值。,3、一个有用的推论：,情景：,直导线在磁场中切割磁感线时 感应电动势的计算。,方法：,（1）V/B时，,（2）V垂直B时，,E=BLV,E=0,（3）一般情况，,说明：,本公式计算的是与速度的对应值。,小结：,磁场,电流,电磁感应现象,现象产生 的条件,影响因素,闭合电路,磁通量变化,法拉第电磁感应定律,应用举例,例1、如图所示为穿过某线路的磁通量随 时间t变化的

10、关系图，试根据图说明： （1）穿过某线路的磁通量何时最大？ 何时最小？ （2）/t何时最大？何时最小？ （3）感应电动势E何时最大？何时最小？,注意区分几个物理量： 、/t E只与/t有关， 而与、无关。,2、匝数为100匝的线圈，在0.5s内穿过线圈 的磁通量由0增至1.5105Wb，这时，线圈 中产生的感应电动势有多大？若线圈和电流 表的总电阻是3，感应电流有多大？,3、如图所示，长为3L圆导体棒与一金属框架 紧密接触，框架上两个电阻的阻值均为R，整 个装置放在磁感应强度为B、方向垂直于纸面。 若导体棒以速度V向右匀速运动，则流过每个 电阻的电流为多少？,若将导体棒改为半径为 L / 2的

11、导体环，则又 如何？,4、如图所示，在磁感应强度为B的匀强磁场 中，有半径为r的光滑半圆形导体框架。OC 为一端绕O点在框架上滑动的导体棒，OA之 间连一个阻值为R的电阻（其余电阻都不计）， 若使OC以角速度匀速转动。试求： （1）图中哪部分相当于电源？ （2）感应电动势E为多少？ （3）流过电阻R的电流I为多少？,5、如图所示，裸金属线组成滑框，ab可滑 动，其电阻，长串接电阻，匀强磁场，当 ab以向右匀速运动过程中，求 （1）ab间感应电动势。（2）ab间的电压。 （3）保证ab匀速运动，所加外力F。 （4）在2秒的时间内，外力功； ab生热Q；电阻R上生热。,3.3交变电流,教学目标,知

12、识与能力： 1、理解交变电流是怎样产生的。 2、定性了解交流的变化规律及其图像表示和主要特征物理量。 3、知道交流能通过电容器的原因，了解交流这一特性在电子技术中的应用。 4、初步了解发电机、交变电流的发明和利用对促进人类社会进步的作用，进一步体验科学、技术与社会生活之间的密切关系。 实验仪器： 示波器、小灯泡、导线、学生电源,直流电(DC)电流方向不随时间而改变,一、交变电流,按下图所示进行实验演示,交变电流(AC),交变电流(交流):大小和方向都随时间做周期性变化的电流.,交流发电机模型的原理简图,二、交变电流的产生,矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动,（1）电动势按正弦规律变化

13、,（2）电流按正弦规律变化,（3）电路上的电压按正弦规律变化,电流通过R时：,三交变电流的变化规律,四、交流电的图像,五、交变电流的种类,(1)正弦交流电,(2)示波器中的锯齿波扫描电压,(3)电子计算机中的矩形脉冲,(4)激光通信中的尖脉冲,交流发电机简介,六、描述交流电的物理量：,1、最大值（峰值）： Em Um m,、瞬时值： u i e,、周期和频率：,（1）周期：,交变电流完成一次周期性变化所需的时间。,（3）角频率：线圈在匀强磁场中转动的角速度。,（2）频率：一秒内完成周期性变化的次数。,T和f的物理意义：表征交流电变化的快慢。,（4）关系：,我国生产和生活用交流电的周期T_s，频

14、率f= _Hz，角速度_rad/s，在1s内电流的方向变化_次。,0.02,50,100,一个周期内电流方向改变两次。,、有效值： E U I,（1）定义：,根据电流的热效应来规定，让交流电和直流通过相同阻值的电阻，如果他们在一个周期内产生的热量相等，就把这一直流电的数值叫做这一交流电的有效值。,（2）正弦交流电的有效值与最大值的关系：,(3)说明：,A、以上关系式只适用于正弦或余弦交 流电；,B、交流用电器的额定电压和额定电流 指的是有效值；,C、交流电流表和交流电压表的读数是 有效值,D、对于交流电若没有特殊说明的均指 有效值,1、交变电流：大小和方向都随时间作周期性变化的电流。,2、正弦

15、式电流变化规律： e=Emsint Em=NBS叫电动势的最大值 i=Imsint Im=Em/R叫电流的最大值 u=Umsint Um=ImR叫电压的最大值,小 结,1、最大值（峰值）： Em Um m,、瞬时值： u i e,3、周期：交变电流完成一次周期性变化所需的时间。,4、频率：一秒内完成周期性变化的次数。,5、有效值： E U I,（1）定义：,根据电流的热效应来规定，让交流电和直流通过相同阻值的电阻，如果他们在一个周期内产生的热量相等，就把这一直流电的数值叫做这一交流电的有效值。,（2）正弦交流电的有效值与最大值的关系：,、交变电流：和 都随时间 做 的电流叫做交变电流 电压和电

16、流随时间按变化的交流电叫正弦交流电 、交流电的产生：矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的中心轴匀速旋转时，线圈中就会产生,大小,方向,周期性变化,正弦规律,感应电流,、线圈从中性面开始转动，角速度是，线圈中的感应电动势的峰值是Em，那么在任一时刻t感应电动势的瞬时值e为 若线圈电阻为，则感应电流的瞬时值为,e= Emsint,i= (Em/R)sint,3.4变压器,教学目标,知识与能力： 了解变压器的构造，知道变压器为什么能够改变交流的电压。 由实验探究总结变压器原、副线圈的电压与两个线圈匝数的关系。 了解几种常见的变压器类型及其应用。 体验科学探究过程，培养实验设计与分析论证能力 实验仪

17、器： 变压器、学生电源、灯泡,照明灯电压-220伏 机床上照明灯-36伏 半导体收音机电源电压不超过10伏 大型发电机交流电压-几万伏 远距离输电-几十万伏 电视机显像管却需要10000V以上电压 交流便于改变电压，以适应各种不同的需要,变压器就是改变交流电压的设备,几种常见的变压器,一、变压器的构造,1.示意图,原线圈,副线圈,铁芯,2.构造：,（1）闭合铁芯 （绝缘硅钢片叠合而成）,（2）原线圈（初级线圈）：其匝数用n1表示,（3）副线圈（次级线圈）：其匝数用n2表示,（4）输入电压：U1; 输出电压：U2.,3.电路图中符号,问题：变压器副线圈和原线圈电路是否相通？,变压器原副线圈不相通

18、，那么在给原线圈接交变电压U1后，副线圈电压U2是怎样产生的？,铁芯与线圈互相绝缘,二、变压器的工作原理,原线圈通以变化的电流时,会产生变化的磁场,磁通量是全部集中在铁芯内,不管闭合铁芯上绕多少匝线圈,穿过每组线圈的磁通量的变化率相同的.,原线圈,副线圈,铁芯,若给原线圈接直流电压，U副线圈电压U2 ？,电能-磁场能-电能的转换,闭合铁芯实现了电能-磁场能-电能的转换，由于原副线圈中的电流共同产生的磁通量绝大部分通过铁芯，使能量在转换过程中损失很小，为了便于研究，物理学中引入了一种理想化模型-理想变压器。,下面我们定量分析理想变压器的变压规律。,研究原副线圈两端电压关系的实验,三、理想变压器的

19、变压规律,原、副线圈中产生的感应电动势分别是：,E1=n1/ t,E2=n2/ t,E1/n1= E2/n2,原线圈回路有：,U1 E1=I1r1 0,则U1=E1,副线圈回路有：,E2=U2 +I2r2 U2,则U2=E2,若不考虑原副线圈的内阻，则U1=E1；U2=E2 则：U1/U2= n1/n2,理想变压器原副线圈的端电压之比等于这两个线圈的匝数之比,n2 n1 U2U1 -升压变压器,n2 n1 U2 U1 -降压变压器,U1/U2= n1/n2,四、理想变压器的变流规律,问题：原副线圈的电流可能满足何规律？,1.理想变压器输出功率应等于输入功率,即:,U1I1=U2I2,I 1/

20、I 2= U2 / U1= n2 / n1,P出= P入,2.理想变压器原副线圈的电流跟它们的匝数成反比,I 1/ I 2= n2 / n1,变压器工作时，高压线圈匝数多而通过的电流小，可用较细的导线绕制；低压线圈匝数少而通过的电流大，应当用较粗的导线绕制。 这也是判定高压线圈和低压线圈的一种方法。,此公式只适用于一个副线圈的变压器,【例1】理想变压器原、副线圈的匝数比n1:n24：1，当导体棒在匀强磁场中向左做匀速直线运动切割磁感线时，图中电流表A1的示数12mA，则电流表A2的示数为（ ） A3mA B0 C48mA D与负载R的值有关,解析：变压器只能工作于交流电路，不能工作在恒定电流和

21、恒定电压的电路，导体棒向左匀速切割磁感线时，在线圈n1中通过的是恒定电流，不能引起穿过线圈n2的磁通量变化，在副线圈n2上无感应电动势出现，所以A2中无电流通过。,【例2】一理想变压器，其原线圈2200匝，副线圈440匝，并接一个100的负载电阻，如图所示。 （1）当原线圈接在44V直流电源电源上时，电压表示数为_V,电流表示数为_A. （2）当原线圈接在220V交变电源上时，电压表示数为_V，电流表示数为_A,此时输入功率为_W.,0,0,44,0.44,19.36,小结： 1.变压器的结构和工作原理 2.理想变压器的理想化模型及功率传输规律 3.理想变压器的变压和变流规律,3.5高压输电,

22、教学目标,知识与能力： 了解为什么用高压输电。 知道减少远距输送电能损失的主要途径。 了解电网在能源利用上的作用，认识科学技术对人类生活的深远影响。 教学仪器： 远距离输电模型,国资委表态支持特高压输电项目 本报讯 国务院国资委副主任邵宁昨日明确表示，国家电网公司发展特高压输电项目，符合建设创新型国家的要求，符合企业创新发展的需要，国资委对此给予充分肯定和支持。,证券时报,刘振亚从中国国情和国家能源战略出发，全面分析建设特高压交流电网的意义后表示：“建设以特高压为核心的国家电网已经刻不容缓。”他透露说，“建设以特高压电网为重点、各级电网协调发展的坚强国家电网，得到了党中央、国务院的充分肯定和社

23、会各界的广泛支持。”,经济参考报 ,曾培炎：特高压是实现能源资源优化配置的有效途径,国家为什么如此支持高压输电？高压输电究竟有什么地方如此的吸引我们?,思考：,高压输电,存在的问题：由于导线上有电阻，所以输电时，在导线上就引起电流的热效应，从而导致电能的损失。,如何减少电能损失？,Q=I2Rt,措施,1、减小电阻,2、减小电流,3、缩短通电时间,X,分析讨论：如何减小导线电阻？,我们直接给出电阻的决定式：,R=.l/s,阅读教材P75，降低导线电阻内容,分析讨论：如何减小导线中的电流？,注：发电机输出功率是一定的,I=P/U,由此可见：增大输电线路中的电压 可以有效的减小输电线路中的电流,此时

24、电路中电能的损失就为：,W损=Q=I2Rt =（P2/U2）Rt,损失的功率：,P损=I2R =（P2/U2）R,例题分析：利用超导材料可实现无损耗输电，现有一直流电路，输电总电阻为0.4，它提供给用电器的电功率为40kw，电压为800V，若用临界温度以下的超导电缆代替原来的输电线，保持供给用电器的功率和电压不变，那么节约的电功率为 A、1kw B、1.6103kw C、1.6kw D、10kw,A,名词解释,阅读教材P76电网供电的内容，请你解 释一下什么叫做电网以及使用电网供电 的好处所在？,让你也做一回评论员,阅读P77问题与练习第四题有关石墨炸弹的文章，然后发表一下你的评论，供大家交流

25、学习,3.6自感现象 涡流,教学目标,知识与能力： 1、了解什么是自感现象、自感系数和涡流，知道影响自感系数大小的因素。 2、了解自感现象的利用和危害的防止。 3、初步了解日光灯、电磁炉等家用电器工作的自感原理。 4、利用对自感现象的想象培养想象能力，体验将物理知识应用于生活的过程。 5、体会科技成果对生活的广泛影响，培养对涡流现象的广泛、神奇的应用产生兴趣。 教具： 阻尼摆演示仪等,一、自感现象 1、回顾：在做3.1-5（右图）的实验时， 由于线圈A中电流的变化，它产生的磁 通量发生变化，磁通量的变化在线圈B 中激发了感应电动势。互感。,思考：线圈A中电流的变化会引起线圈A中激发感应电动势吗

26、？ 2、自感现象：由于导体本身的电流发生变化而产生 的电磁感应现象叫做自感现象。 3、自感现象对电路的影响观察两个实验,演示实验一：开关闭合时的自感现象,A1、A2是规格完全一样的灯泡。闭合电键S，调节变阻器R，使A1、A2亮度相同，再调节R1，使两灯正常发光，然后断开开关S。重新闭合S，观察到什么现象？,灯泡A2立刻正常发光，跟线圈L串联的灯泡A1逐渐亮起来。,现象：,要求和操作：,接通电路的瞬间，电流增大，穿过线圈的磁通量也增加，在线圈中产生感应电动势，由楞次定律可知，它将阻碍原电流的增加，所以A1中的电流只能逐渐增大， A1逐渐亮起来。 线圈中出现的感应电动势只是阻碍了原电流的变化（增加

27、），而非阻止，所以虽延缓了电流变化的进程，但最终电流仍然达到最大值， A1最终达到正常发光,分析：,按图连接电路。开关闭合时电流分为两个支路，一路流过线圈L，另一路流过灯泡A。灯泡A正常发光 把开关断开，注意观察灯泡亮度,演示实验二：开关断开时的自感现象,电路断开时，线圈中的电流减小而导致磁通量发生变化，产生自感电动势阻碍原电流的减小，L中的电流只能从原值开始逐渐减小，S断开后，L与A组成闭合回路，L中的电流从A中流过，所以A不会立即熄灭，而能持续一段发光时间,要求：,线圈L的电阻较小,现象：,开关断开时，灯A先更亮后再熄灭,分析：,演示实验二：开关断开时的自感现象,用电路图分析实验二,结论：

28、,1导体中电流变化时，自身产生感应电动势，这个感应电动势阻碍原电流的变化 2自感现象：由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象，叫做自感现象 3自感电动势：在自感现象中产生的感应电动势，叫做自感电动势 注意： “阻碍”不是“阻止”，电流原来怎么变化还是怎么变，只是变化变慢了，即对电流的变化起延迟作用。,二、电感器 自感系数,1电感器：电路中的线圈又叫电感器。 2、自感系数L： （1）描述电感器的性能的，简称自感或电感。 （2）L大小影响因素：由线圈本身的特性所决定，与线圈是否通电无关它跟线圈的形状、长短、匝数、有无铁芯等因素有关，线圈越长，单位长度上的匝数越多，截面积越大，自感系数就越大

29、，有铁芯时线圈的自感系数比没有铁芯时要大得多 3、电感器的特性：阻碍电流的变化，对交流电有阻碍作用。 4、上节学到的变压器，实际上也是电感器。,三、自感现象的应用和防止,1应用：在各种电器设备、电工技术和无线电技术中应用广泛。如日光灯电子镇流器中，有电阻器、电容器、电感器件,三、自感现象的应用和防止,2危害：在切断自感系数很大，电流很强的电路的瞬间，产生很高的自感电动势，形成电弧，在这类电路中应采用特制的开关，精密电阻可采用双线并绕来清除自感现象,四、涡流及其应用,1变压器在工作时，除了在原、副线圈产生感应电动势外，变化的磁通量也会在铁芯中产生感应电流。 一般来说，只要空间有变化的磁通量，其中的导体就会产生感应电流，我们把这种感应电流叫做涡流,2、应用： （1）新型炉灶电磁炉。 （2）金属探测器：飞机场、火车站安全检查、扫雷、探矿。,四、涡流及其应用,3、防止：铁芯都用电阻率很大的硅钢片叠成。,一、自感现象：由于导体本身的电流发生变化而产生 的电磁感应现象叫做自感现象。 二、两个演示实验：开关闭合和断开时的自感现象。 电路图、要求、操作、现象、原因分析 三、 电感器：在电路中，线圈又叫电感器。 四、自感系数L： 1、描述电感器的性能的，简称自感或电感。 2、