第四章电磁感应教学设计.doc

高中物理选修3-2第四章电磁感应
1 划时代的发现 2 探究电磁感应的产生条件教学设计
教 学目 标
1．知道与电流的磁效应和电磁感应现象的发现相关的物理学史。
2．知道电磁感应、感应电流的定义。
3．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。
4．领会科学家对自然现象、自然规律的某些猜想在科学发现中的重要性。
5．以科学家不怕失败、勇敢面对挫折的坚强意志激励自己。
6．知道产生感应电流的条件。
7．会使用线圈以及常见磁铁完成简单的实验。
8．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。
9．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 材分 析
重点：知道与电流磁效应和电磁感应现象的发现相关的物理学史。领悟科学探究的方法和艰难历程。培养不怕失败、勇敢面对挫折的坚强意志。通过实验观察和实验探究，理解感应电流的产生条件。
难点：领悟科学探究的方法和艰难历程。培养不怕失败、勇敢面对挫折的坚强意志。感应电流的产生条件。

教 学器 材
计算机、投影仪、录像片
条形磁铁（两个），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。

实施教学过程设计
引入新课：
自从1820年奥斯特发现电流的磁效应即电流能够产生磁场，揭示了电磁之间存在着相互联系以后，人们很自然的想到：电流能够产生磁场，那么，利用磁场是不是也能够产生电流呢？不少科学家进行了这方面的探索，但是在相当长的时间内都没有能够得到电流。直到1831年，奥斯特实验十年之后，英国科学家法拉第经过十年坚持不懈的努力，终于利用磁场获得了电流，发现了电磁感应现象。
法拉第是英国著名的物理学家和化学家，出生于一个铁匠家庭，家境贫苦，他只读过二年小学，12岁上街买报，13岁到一家图书装订店当学徒，他被书报所吸引，利用业余时间刻苦学习。1812年，22岁的法拉第找机会听了当时英国著名的化学家戴维的一次化学讲座，这次讲座更激起了他参加科学工作的热望，事后他写信给戴维，他的信受到戴维的称赞。第二年便做了戴维的学生和助手。
1820年奥斯特关于电流磁效应的发现，引起了法拉第的深思，他反复研究和实验，经历了许多次的失败，终于在1831年发现了电磁感应现象，并进而发现了电磁感应的基本规律，利用电磁感应这一原理，他制造了电磁感应学史上第一台感应发电机，成为今天多种复杂电机的始祖，为建立经典电磁理论和现代电工学打下了基础。法拉第还有二个重要的成果：（1）、由实验得出了电解定律；（2）、提出了场的概念。
法拉第是一位靠自学成材的伟大科学家，他非常勤奋，他经常不分昼夜地在实验室里工作，他献身科学，不求名利，他出身贫苦，成名后过着艰苦朴素的生活，法拉第的高尚道德品质，也同样受到人们的称赞。
从这节课开始，我们就来学习电磁感应现象这方面的知识。
我们首先来了解科学家们的探究历程。
新课教学：
1、奥斯特梦圆“电生磁”：
引导学生阅读教材有关奥斯特发现电流磁效应的内容。提出以下问题，引导学生思考并回答：
（1）是什么信念激励奥斯特寻找电与磁的联系？在这之前，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。
学生活动：结合思考题，认真阅读教材，分成小组讨论，发表自己的见解。
（1）许多哲学家提出了各种自然现象之间是相互联系和相互转化的思想。奥斯特坚信电与磁之间可能存在着某种联系。而在这之前许多物理学家都坚持认为电与磁是互不相关的。
（2）奥斯特的研究并不是一帆风顺的。经历了好多次失败，但奥斯特始终没有放弃。直到1820年4月的一次演讲中他才发现了电流竟使下面的小磁针发生了转动。也就是电流的磁效应。
（3）奥斯特在1820年4月的一次演讲中，碰巧在南北方向的导线下面放置了一枚小磁针。当电源接通时，小磁针发生了转动。说明电流对小磁针产生了作用，证明电流在其周围产生了磁场。这就是发现电流磁效应的过程。通过前面的学习，我们知道，地磁场是南北方向的，小磁针静止时指示南北方向。通电直导线的磁场方向遵守安培定则。当导线南北放置时，导线下方的磁场方向沿东西方向，当导线通电后，小磁针受到电流的磁场作用由原来的南北方向转向东西方向。奥斯特从磁针的偏转，确定电和磁的联系。也就是电流的磁效应。
（4）电流磁效应的发现揭示了电现象和磁现象之间存在的某种联系。奥斯特的思维和实践突破了人类对电与磁认识的局限性。电流磁效应的发现引发了科学认识领域的思考，推动了电磁学的发展。
教师活动：倾听学生回答，及时给出点评。
课件演示：电流的磁效应。通过课件演示增加学生的感性认识。
2．法拉第心系“磁生电”：
教师活动：引导学生阅读教材有关法拉第发现电磁感应的内容。提出以下问题，引导学生思考并回答：
（1）奥斯特发现电流磁效应引发了怎样的哲学思考？法拉第持怎样的观点？
（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？谈谈自己的体会。
学生活动：结合思考题，认真阅读教材，分成小组讨论，发表自己的见解。
（1）奥斯特发现电流磁效应引发了对称性的普遍思考：既然电流能够引起磁针的运动，那么磁铁也会使导线产生电流。法拉第坚信：磁与电之间也应该有类似的“感应”。
（2）法拉第的研究并不是一帆风顺的。经历了好多次失败，但法拉第始终没有放弃。直到1831年8月29日，他苦苦寻找了10年之久的“磁生电”的效应终于被发现了。
（3）法拉第在1822年12月、1825年11月、1828年4月作过三次集中的实验研究，均以失败告终。原因在于，法拉第认为，既然奥斯特的实验表明有电流就有磁场，那么有了磁场就应该有电流。他在实验中用的都是恒定电流产生的磁场。
（4）多次失败后，1831年8月29日，法拉第终于发现了电磁感应现象。他把两个线圈绕到同一个铁环上，如图所示。一个线圈接电源，一个线圈接“电流表”，在给线圈通电和断电的瞬间，另一个线圈中就出现了电流。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：“磁生电”是一种在变化、运动的过程中才能出现的效应。
（5）法拉第探索电磁感应现象的历程经历了10年之久，经历了大量的失败，但法拉第凭借自己的坚定信念和对科学的执著追求，勇敢地面对失败，一次又一次，最终成功属于坚持不懈的有心人，他成功了。作为现代的中学生就要学习法拉第不怕失败、勇敢面对挫折的坚强意志。
教授及时给出点评。
课件演示：电磁感应现象。通过课件演示增加学生的感性认识。电磁感应现象产生的条件将在下节课深入学习，本节课不宜过多地展开。让学生体会一下最终法拉第成功的原因，在于“磁生电”是一种在变化、运动的过程中才能出现的效应。

“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，终于利用“磁”获得了“电”，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。
同学们在初中学过：闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中就会产生电流。如图所示。这种现象叫做电磁感应，产生的电流叫感应电流。
那么，还有哪些情况可以产生感应电流呢？
3、实验观察：
（1）向线圈中插入磁铁，把磁铁从线圈中抽出：
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1中。
观察实验，记录现象。
表1：
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：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。
（2）模仿法拉第的实验：

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2中。
观察实验，记录现象。

表2：
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
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。
4、分析论证：
请同学们分析上述几种利用磁场获得电流的情况，找出它们的共同原因。
闭合回路中的电流从无到有，可以说是闭合回路中的电流发生了变化，一个因素的变化肯定是由其它因素的变化引起的。在上述几种情况中，闭合回路中都产生了电流，产生电流的根本原因应该是相同的。那么，到底是什么因素的变化使电路中有了电流呢？
分组讨论，学生代表发言。
初中实验中，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1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。
演示实验2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。
5、归纳总结：
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？
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1中，磁体插入、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2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发生变化。

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。上述讨论：我都强调电路要闭合。为什么？如果电路不闭合，从电流计上还能不能观察到电流？如果电流不闭合，是不是就不能发生电磁感应现象了？
6、电磁感应现象中能量的转化：
在上述电磁感应现象中，电路中产生了电流，电流流过电路要做功，要消耗电能，那么这个电能哪里来的呢？分析上述几种情况中的能量转换关系。
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v
分析详解：
(1)、闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动。如下图示，穿过闭合电路所围面积的磁感线条数即磁通量发生变化。据φ=BS，φ的变化可以由B的变化引起，也可以由S的变化引起，那么在这里，φ的变化到底是由哪个的变化引起的呢？S！
（2）、条形磁铁插入或抽出线圈中，即闭合回路中。如下图所示，①、插入，穿过闭合回路所围面积的磁场增强，磁感线条数增多，磁通量增大；②、抽出，则穿过闭合回路所围面积的磁场减弱，磁感线条数减少，磁通量减少。在这里φ的变化是由哪个的变化引起的？B！
S
N
（3）、原副线圈的情况，小线圈通电后就成了一根通电螺线管，它要激发磁场，它相当于一块条形磁铁。所以，原付线圈沿轴线的相对运动，就等同于条形磁铁插入或抽出线圈，穿过付线圈所在的闭合回路的磁通量发生变化。那么其它情况呢？①、接通原线圈所在的电路时，原线圈中的电流从无到有，它激发的磁场从无到有，穿过付线圈所在回路的磁通量从无到有，即磁通量发生变化；②、断开时，电流从有到无，磁场从有到无，磁通量从有到无，发生变化；③、通过滑动变阻器改变原线圈中电流的大小时，原线圈激发的磁场的强弱发生变化，电流增大，磁场增强；电流减少，磁场减弱，从而引起穿过付线圈所在回路的磁通量发生变化，这种情况φ的变化都是由B的变化引起的。
概括总结闭合回路中产生感应电流的原因即条件：归根到底是穿过闭合电路的磁通量发生变化。

作 业
认真阅读教材，领悟科学家奥斯特发现电流磁效应现象和法拉第发现电磁感应现象的探究历程。阅读教材第4页“科学足迹”，体会科学家们不怕失败、勇敢面对挫折的坚强意志，学习科学家们的人格魅力。