物理3_2教材分析.ppt

1、选修3-2 第四章 电磁感应,教材解读 教学建议,榆次一中 李新德,选修3-2 第四章 电磁感应,教 材 解 读,新 电磁感应 1划时代的发现 2探究电磁感应的产生条件 3楞次定律4法拉第电磁感应定律 5电磁感应规律的应用 6互感和自感 7涡流 电磁阻尼和电磁驱动,旧 电磁感应 一、电磁感应现象 二、法拉第电磁感应定律 三、楞次定律-感应电流的方向 四、楞次定律的应用 五、自感现象 六、日光灯原理 七、涡流,一、新、旧教材编排结构比较,变化,更改 “磁通量”教学时机,增加“划时代的发现”,注重采用探究式的教学方法,调整教学内容安排顺序,对电磁感应现象研究更加深入,删除“日光灯原理”一节,增添“

2、电磁阻尼和驱动”,互感 自感 涡流,感生和动生电动势,法拉第电磁感应定律,知识结构,电磁感应的产生条件,楞次定律,右手定则,二、明确本章课程标准要求,1.收集资料，了解电磁感应定律的发现过程，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。 3.通过探究，理解楞次定律。 4.理解法拉第电磁感应定律。 5.通过实验，了解互感、自感现象和涡流现象。举例说明上述现象在生活和生产中的应用。,选修3-2 第四章 电磁感应,教 学 建 议,第四章电磁感应,第1节 划时代的发现,第一节 划时代的发现,这一节是新增的内容，如果放在过去往往把这样的教学内容当作阅读材料处理，是对

3、过程与方法、情感态度价值观的忽视。把电生磁、磁生电的过程展示给学生，一方面它能激发学生的学习兴趣，引起学生的思考，进一步体会物理学中的对称思想和统一思想，另一方面象P2页“机遇总是青睐那些有准备的头脑”。P3页“寻找10年之久的”磁生电”的效应终于被发现了。成功属于坚持不懈的有心人”！是对学生情感态度价值观很好的教育，把“科学足迹”这个内容融入进去让学生不但学会求知，还要注重品格修养。,引导学生阅读教材有关奥斯特发现电流磁效应的内容并思考以下问题：,（1）奥斯特寻找电与磁的联系之前，科学研究领域存在怎样的历史背景？ （2）奥斯特的研究是一帆风顺的吗？奥斯特面对失败是怎样做的？ （3）奥斯特发现

4、电流磁效应的过程是怎样的？用学过的知识如何解释？ （4）电流磁效应的发现有何意义？谈谈自己的感受。,1、奥斯特梦圆“电生磁”,18世纪中叶,科学家仍认为电和磁是互不相关的,摩擦生热现象和蒸汽机的出现实现了热运动和机械运动相互转化,1803年,奥斯特指出:运动、热、空气、光、电、磁等，不再是零散的罗列，我们将把整个宇宙纳在一个体系中,年，奥斯特发现电流的磁效应，揭示了电现象和磁现象存在联系,总结：电与磁间似无关转化思想生猜想 几经研究仍未果机遇青睐局限破,思路,2、法拉第心系“磁生电”,引导学生阅读教材有关法拉第发现电磁感应的内容，并思考以下问题： （1）奥斯特发现电流磁效应引发了怎样的思考？法

5、拉第持怎样的观点？ （2）法拉第的研究是一帆风顺的吗？法拉第面对失败是怎样做的？ （3）法拉第做了大量实验都是以失败告终，失败的原因是什么？ （4）法拉第经历了多次失败后，终于发现了电磁感应现象，他发现电磁感应现象的具体的过程是怎样的？之后他又做了大量的实验都取得了成功，他认为成功的“秘诀”是什么？ （5）从法拉第探索电磁感应现象的历程中，你学到了什么？,闪光的思想,漫长而艰苦的探究过程,归纳概括了五种由磁生电的方法,法拉第电磁感应现象的发现，宣告了电磁学作为一门统一学科的诞生，为电磁学的发展作出了重大贡献。同时也推动了 电气化时代的到来.,总结：电可生磁振欧陆对称思考创新路 静态试验千百度磁

6、生电在暂态处,思路：,各种自然现象之间是相互关联的，各种自然力是统一的、和谐的，是“不可毁灭的”，是可以相互转化的。实例：摩擦生热、蒸汽机等。,教师引导：,康德相互关联的思想,1820年4月21日奥斯特实验：,揭示了电流的磁效应,突破：电与磁是有联系的！,奥斯特发现“偶然”发现电流磁效应,法拉第对称性的思考,英国的法拉第认为： 电和磁是一对和谐对称的自然现象。,依据：磁化和静电感应现象,猜想：电流应该可以感应出电流！,信念：一定要转磁为电！,1828年11月28日,实验1. 两根长4米长的导线平行放置, 用两张厚纸将它们隔开, 先把其中的一根导线接到电池的两端通电,再把另一根与电流计相连。,实

7、验2. 将空心螺线管接到电池的两极, 把一直导线引进螺线管, 直导线两端与电流计相连 。,实验3. 将实验2中的直导线与电池两极相连, 螺线管与电流计连接 。,实验4. 把两根导线互相缠绕着, 先把其中的一根的两头接到电池上通电, 把另一根的两头接到电流计上。,未显示作用,毫无反应,不行,科学家工作并不神秘！,法拉第一直没有放弃！,日记,1831年8月29日,法拉第线圈：与160年后出现的现代变压器出奇的相似，现已成为著名的科学文物。,最早的电动机：电磁旋转器,法拉第的创新：,附：导学案,第二节 探究电磁感应的产生条件,一、教材分析:,产生感应电流的条件是电磁感应中的重要一环。教材要求运用磁通

8、量的变化的概念来描述电磁感应现象产生的条件，这也是后继学习的基础。学生通过三个实验的探究，进一步强化实验观察、分析、归纳及总结的能力。,二、重点、难点分析：,1重点是通过实验观察和实验探究，理解感应电流的产生条件。 2概括感应电流的产生条件是本节的难点。,三、教法、学法,本节通过三个系列探究实验，将学生思维逐步引向感应电流形成的根本原因-闭合电路中的磁通量发生了变化，从而帮助学生建立概念，掌握规律，使学生克服困难并理解本节的重难点。教学中必须明确：要使学生形成产生感应电流的根本原因是闭合电路的磁通量变化的认识是有相当难度的，需要从具体到抽象，从感性到理性，同中求异、异中求同，步步推进，反复比较

9、。,演示实验,（一）、重温初中实验，了解“切割”的真正含义,教师要注意引导学生观察导线上下运动，左右运动时的的不同结果,四、教学过程,问题1：假如AB棒不动，还能设法产生感应电流吗？,问题2：还有哪些情况可以产生感应电流？,学生实验一,（二）、学生分组实验：,结论：只有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。,相对,相对,观察现象、收集证据、归纳总结,问题： 假如磁铁不动，还能设法产生感应电流吗？,相对运动！,条形磁铁的磁场,通电螺线管的磁场,替换后实验！,电路相互独立！,实验二,问题1： 通电螺线管A静止在螺线管B内，会在 B回路中产生感应电流吗？,问题2： 你认为

10、该如何操作才能在B回路中产生感应电流？,方法1：线圈的插与拔,方法二：开关的开与合瞬间,开关闭合瞬间,开关断开瞬间,开关闭合状态,有,有,无,电流变化,磁场变化,左,右,无,方法三：滑动变阻器的滑动,滑动变阻器滑动时,向左滑动,向右滑动,左,右,总电阻变化,电流变化,磁场变化,模型归类,切割类,磁场变化类,（三）、分析论证,思考：总结是否准确？你如何看待三个实验的共性和个性？,条件分析,B不变，S变,S不变，B变,=BS,=BS,磁通量变！,相对运动,磁场变化,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。,磁通量是贯穿本章各节内容一条主线。关于磁通量及磁通量变化的教学需逐

11、步深入,（四）、现象探究,请问： 甲乙什么方向站立最有可能发出电来？,第三节楞次定律,一、【教材状况分析】 1从教材与前后的联系来看：“楞次定律”其理论的抽象性和知识的复杂性比前面知识都高一个层次。前面学习的“电场”和“磁场”只局限于从“静态场”方面考虑，而“楞次定律”所涉及的是变化的磁场与感应电流的磁场之间的相互关系，是一种“动态场”，“由静到动”是一个大的飞跃，学生显然要难理解得多。 2从教材的内容来看：“楞次定律”涉及的物理量多，关系复杂，产生感应电流的原磁场与感应电流的磁场，两者都处于同一个线圈中，且感应电流的磁场总要阻碍原磁场的变化，它们形成相互依赖又相互排斥的矛盾。教师在讲授时，如

12、果不明确交代各个量之间的关系，给学生一个清晰的思路，势必造成学生思路混乱，影响学生对该定律的理解。,二、【教学重点难点】,重点：楞次定律探究实验设计和实验结果的总结。 难点：感应电流激发的磁场与原来磁场之间的关系；定律内容表述中“阻碍”二字的理解；从能量观点认识楞次定律。,三、教学过程,传统的教学 教师演示实验学生观察实验教师引导学生分析得出楞次定律讲解例题课堂训练课后巩固 “自主实验探究式”教学 创设一个问题情景设计实验实验探究汇报研讨综合探究结果得出楞次定律理论联系实际扩展提高,（一）展示情景，提出问题 这一环节，教师要选用最简单的实验装置，最明显的实验现象，先让学生用已学过的知识解释实验

13、现象，然后很自然地将学生带入另一个问题情景，去激发学生思考。 教师演示：按图1将磁铁从线圈中插入 和拔出，引导学生观察现象，讨论： （1）为什么在线圈内有电流？ （2）插入和拔出磁铁时，电流方向一样吗？ （3）N极或S极插入，电流方向一样吗？ 教师引导：插入时穿过线圈的磁通量在增加，而拔出时磁通量在减少，这说明感应电流的方向有可能与穿过线圈的磁通量如何变化有关。,图1,感应电流的方向究竟有何规律？,（二）学生猜想,在演示实验的基础上,鼓励学生大胆猜测:“感应电流方向究竟由哪些因素所决定” ,培养学生思维的发散性,指出科学猜想是研究自然科学的一种广泛应用的思想方法,它不是无根据的幻想,是有客观依

14、据的.猜想是否正确,要靠实验检验.被实验肯定的猜想,就是正确规律;被实验否定的猜想,应该放弃,重新提出新的猜想,再用实验来检验.,教师引导：实验前我们应该做的准备工作:,本实验的研究对象是线圈所对应的闭合回路。 还要查明电流表指针偏转方向与电流方向的关系。（通过如图2实验） 要知道线圈的绕向怎样，以便确定感应电流的磁场方向。 实验中要记录线圈中磁铁磁场的方向、穿过螺线管的磁通量的变化情况、感应电流的方向及其产生的磁场的方向等。,图2,（三）设计实验,实 验 探 究,当磁铁插入线圈时，线圈中的磁通量增大，当磁铁抽出线圈时，线圈中的磁通量减小。下面探究磁通量增大和减小时线圈中感应电流方向的特点。,

15、（1）线圈中磁通量增大时：,可得出的结论：_。,根据以上（1）和（2）的结论，进一步概括得出：线圈中感应电流的方向和磁通量变化的关系为：_.,怎么事先就知道要比较B感和B铁方向关系？,怎么事先就知道表中要列一个“感应电流磁场的方向” ？,（2）线圈中磁通量减小时：,可得出的结论：_。,增加，相反,减小，相同,阻碍变化,学生完成上述实验后，引导、启发学生思考下面几个问题： 问题1、请你根据上表中所填写的内容分析一下，感应电流的磁场方向是否总是与原磁场的方向相反？ 问题2、请你仔细分析上表，用尽可能简洁的语言概括一下，究竟如何确定感应电流的方向？并说出你的概括中的关键词语。 学生四人小组交流、分析

16、、讨论，用最简洁的语言概括出本组的结论。老师巡视各组的情况，然后指定某些组公布本组的成果在全班进行交流，师生共同讨论，形成结论。,教学中，学生概括多种多样，有的小组总结非常准确到位，也有一部分小组不能准确得出结论，有的小组结论完全错误，甚至还有极个别的小组根本无法总结出规律： 概括1、甲、乙中螺线管内磁通量增加，感应电流产生的磁场与原磁场方向相反。丙、丁中螺线管内磁通量减小，感应电流产生磁场与原磁场方向相同。 概括2、感应电流的磁场总是阻碍原磁通量的变化 概括3、感应电流在回路中产生的磁通量总是反抗原磁通量的变化 概括4、感应电流的磁场总是阻止原磁通量 概括5、感应电流的磁场总是阻止原磁通量的

17、变化 概括6、感应电流的磁场阻碍磁铁的运动 ,充分肯定学生的努力，并对出现的问题进行讨论、纠正，最后得出楞次定律的表述： 感应电流具有这样的方向：感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。,4、对楞次定律中“阻碍”的理解,引导学生思考下面的问题链 谁在阻碍？阻碍什么？如何阻碍？ 能否阻止？为何阻碍？,教师（总结）：当穿过闭合电路的磁通量增大时，感应电流的磁场与原磁场反向，“反抗”其增大；当穿过闭合电路的磁通量减小时，感应电流的磁 场与原磁场同向，“补偿”其减小。即：从磁通量的角度，“阻碍” 就是指 增“反”减“同”。,应用楞次定律判定感应电流方向的思路,感应电流的磁场方向,感应电流的方

18、向,楞次定律,右手螺旋定则,第四节 法拉第电磁感应定律,类比：试从本质上比较甲、乙两电路的异同,用类比的方法让学生意识到即使开关不闭合，只要磁铁相对线圈运动，就一定有感应电动势产生,产生电动势的那部分导体相当于电源,1、产生条件：只要穿过电路的磁通量发生变化，电路中就产生感应电动势。,2、感应电动势与感应电流：只要磁通量变化,电路中就产生感应电动势; 若电路又闭合,电路中就有感应电流.,一、感应电动势,总电阻一定,E越大,I越大,指针偏转越大.,问题：电流表指针偏转程度跟感应电动势的大小有什么关系？,变化的快慢不同,发生了变化,产生了E(I),E(I)大小不等,磁通量变化越快，感应电动势越大。

19、,磁通量的变化快慢,越大?,演示:在实验中，将条形磁铁从同一高度插入线圈中同一位置，快插入和慢插入有什么相同和不同?,磁通量的变化率,二、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。,1.内容:,注意：教师要引导学生证明: 1wb/s=1v。,2.公式:,n为线圈的匝数,理解:、/t的意义,类比法（与v、v、v/t比较） 分析、/t的区别与联系,三、导体切割磁感线时的感应电动势,教师引导下学生自行推导公式,若导体运动方向跟磁感应强度方向有夹角,学生分组讨论，得出结论,为v与B夹角,(1) 求出的是平均感应电动势, E和某段时间或某个过程对应； 求出的是瞬时

20、感应电动势，E和某个时刻或某个位置对应.,(2)求出的是整个回路的感应电动势；求出的是某部分导体的电动势。回路中感应电动势为零时，回路中某段导体的感应电动势不一定为零。,1、区别：,(1)公式中的时间趋近于0时，则E为瞬时感应电动势,(2)公式中v若代表平均速度，则E为平均感应电动势。,2、联系：,教师要充分启发、引导,1、电动机转动时产生的感应电动势削弱了电源的电流，这个电动势称为反电动势。反电动势的作用是阻碍线圈的转动。这样，要维持线圈原来的转动就必须向其提供电能，电能转化为其它形式的能。 2、电动机停止转动，这时就没有了反电动势，线圈电阻一般都很小，线圈中电流会很大，电动机可能会烧毁。这

21、时，应立即切断电源，进行检查。,四、反电动势,反电动势在电路中相当于与原电源“反串”，即反电动势的方向与电路电流的方向相反,对基础较好的学生，可对反电动势进行更近一步了解,第五节 电磁感应规律的应用,复习电动势、提出问题,每一个电动势都对应有一种非静电力 正是由于非静电力做功把其它形式的能转化为电能。,问题:感应电动势对应的非静电力是一种什么样的作用?,电路中电动势的作用是某种非静电力对自由电荷的作用。,一个闭合电路静止于磁场中,由于磁场强弱的变化,闭合电路内产生了感应电动势. 这种情况下,哪一种作用是非静电力?,一、感生电场与感生电动势,(1)定义:变化的磁场在周围空间激发的电场叫感生电场(

22、涡旋电场).,(3) 电场线:是闭合的曲线.,1、感生电场,(2)方向:就是感生电流的方向. 用楞次定律判断.,感生电场是产生 感生电动势的原因.,2、感生电动势： 由感生电场产生的感应电动势. 感生电动势所对应的非静电力是感生电场对自由电荷的作用.,3、应用实例-电子感应加速器,电子感应加速器是用感生电场来加速电子的一种设备。,它的柱形电磁铁在两极间产生磁场。在磁场中安置一个环形真空管道作为电子运行的轨道。当磁场发生变化时，就会沿管道方向产生感生电场。射入其中的电子就受到感生电场的持续作用而不断加速。,1.导体切割磁感线时也会产生感应电动势,该电动势产生的机理是什么?,2.导体切割磁感线产生

23、的感应电动势的大小与哪些因素有关?,3.它是如何将其它形式的能转化为电能的?,二、洛伦兹力与动生电动势,思考,1、自由电荷会随着导体棒运动,并因此受到洛伦兹力。导体中自由电荷的合运动在空间大致沿什么方向？为了方便，可以认为导体中的自由电荷是正电荷。,分析与解答: 1、导体中自由电荷(正电荷)具有水平方向的速度，由左手定则可判断受到沿棒向上的洛伦兹力作用，其合运动是斜向上的。,2、导体棒一直运动下去，自由电荷是否也会沿着导体棒一直运动下去?为什么?,分析与解答: 2、自由电荷不会一直运动下去.因为C、D两端聚集电荷越来越多，在CD棒间产生的电场越来越强,当电场力等于洛伦兹力时,自由电荷不再定向运动.,分析与解答: 3、C端电势高。,从能的角度定量了解动生电动势,分析与解答: 4、导体棒中电流是由D指向C的。此时导体棒可以看作是一个电源，导体棒切割磁感线产生了动生电动势。,3、导体棒的哪端电势比较高?,4、如果用导线把C、D两端连到磁场外的一个用电器上，导体棒中电流是沿什么方向的?,1、由于导体的运动(切割磁感线)而产生的感应电动势叫动生电动势.,特别注意：动生电动势与洛伦兹力有关，但洛伦兹力始终不做功.,2、动生电动势所对应的非静电力是洛伦兹力的分力.,二、洛伦兹力与动生电动势,第