高中物理-2探究感应电流的产生条件优秀教案-新人教版选修3-2.doc

2探究感应电流的产生条件教学分析本节教学内容属于电磁感应的基础课，在学生已有的电磁感应知识基础上，通过实验探究总结归纳出感应电流产生的条件，进一步分析和掌握感应电流的产生条件。本节内容在教材中起到了承前启后的作用，为后面电磁感应规律的教学打下良好的基础。教学目标1观察电磁感应现象，理解产生感应电流的条件。2经历电磁感应产生条件的探究活动，提高学生的分析、论证能力。3进一步认识磁通量的概念，能结合实例对磁通量的变化进行定性和定量的判断。4经历各种实验现象，学会通过现象分析、归纳事物本质特征的科学思想方法。认识实验观察能力与逻辑思维能力在科学探究过程中的重要作用。教学重点难点探究感应电流产生的条件，判断有无感应电流产生。通过演示实验和探究实验，从闭合电路的部分导体切割磁感线到磁铁相对于线圈运动再到磁场变化，层层递进，找出实验的不同和共性，总结归纳，得出结论。然后通过不同情况下磁通量是否变化训练学生判断感应电流的有无，加强对规律的应用。教学方法与手段以探究实验为主线，结合演示实验，设置合适的问题教学模式，解决本节的主要内容。在提高学生动手能力的同时提高分析能力，培养学生物理实验的探究能力。教学媒体蹄形磁铁，条形磁铁，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，多媒体。知识准备1复习磁通量：定义；改变磁通量的几种途径。2初中知识回顾：电磁感应现象；当闭合电路的一部分做切割磁感线运动时，电路中会产生感应电流。导入新课事件1教学任务：PPT展示：我们在初中对电磁感应的认识。1闭合电路中的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时产生电流的现象称为电磁感应现象。电磁感应中产生的电流称为感应电流。2导体在磁场中产生电流的条件是：闭合电路的部分导体在磁场中做切割磁感线运动。3发电机、话筒、电话机等，都是利用电磁感应原理工作的。4英国科学家法拉第经过10年的不懈努力，于1831年发现了电磁感应现象。事件2导体切割磁感线，产生感应电流教学任务：如何来探究电磁感应产生的条件？首先来做个初中已做过的实验，如下图所示，在此实验中产生了感应电流。现利用下列器材回顾本实验：演示用电流表一块、蹄形磁铁一块，用一个矩形线圈的一个边代替直导体AB，这样实验效果可能比单根直导线效果好。请两位同学做这个实验，其他同学做好记录。有感应电流产生的情况：当闭合电路中的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，电路中就会产生感应电流。没有感应电流产生的情况：当这一部分导体静止在磁场中不动，或者说线圈和磁铁保持相对静止时，线圈中没有感应电流产生。事件3教学任务：演示闭合电路部分导体切割磁感线。学情预设：在自主探究过程中，学生可能还有一些新的发现(如对方向的关注)，这些意外收获，也可以填到开放的表格中。这样，既可以保护学生的探究精神，又使得课堂具有生成性，还为下一节课作了铺垫。导体切割磁感线，产生感应电流图1师生活动：闭合电路的部分导体切割磁感线。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。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。观察实验，记录现象。表1导体棒的运动表针的摆动方向导体棒的运动表针的摆动方向向右平动向左向后平动不摆动向左平动向右向上平动不摆动向前平动不摆动向下平动不摆动结论：只有左右平动时，导体棒切割磁感线，有电流产生，前后平动、上下平动，导体棒都不切割磁感线，没有电流产生分析现象、讨论：磁场本身并没有变化，是由于导体切割磁感线而产生了电流。在讨论中使学生知道所谓导体切割磁感线是指导体运动方向与磁感应强度的方向不平行。结论：当闭合电路的部分导体切割磁感线时，电路中会产生感应电流。引导分析：磁场本身没有变化。提出问题：还有哪些情况可以产生感应电流？产生感应电流的条件是什么？学生猜想、讨论，引出新课题。学生猜想可能是磁场和导体间的运动，也可能是磁场的变化，提出自己的观点，为下面的实验提供依据。推进新课事件4教学任务：条形磁铁插入、抽出或者停留在线圈中。师生活动：分组实验：P5图4.22(多媒体投影)介绍实验器材，并组装；将磁铁的一个磁极插入线圈、抽出线圈、静止在线圈中，进行实验，观察现象并记录在表格中。图2演示：如下图所示。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。下图磁铁插入、抽出和停在线圈中时，电流表指针如何动作？观察实验，记录现象。表2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：磁铁相对线圈运动时，有电流产生。磁铁相对线圈静止时，没有电流产生分析现象并讨论：结论：当磁铁相对线圈运动时，有感应电流产生。磁铁相对线圈静止时，没有电流产生。学生进一步讨论，是否只有磁场和线圈有相对运动时才能产生感应电流呢？分析引导：当磁铁运动时，实际上是线圈的闭合电路所在位置的磁场发生变化。引导学生猜想感应电流的产生是否和磁场变化有关系？进行下一步的实验。思考：(1)本实验中，还有其他方法获得感应电流吗？(磁铁左右运动)(2)图1实验和图2实验有什么不同和联系？(导体运动与磁场运动，本质的联系)事件5教学任务：科学探究实验探究探究闭合电路中感应电流产生的条件。演示：教材图4.21所示实验。重温感应电流产生的条件，即切割磁感线。实验1：学生分组实验(教材图4.22所示实验磁铁插入线圈)观察现象，收集证据，归纳感应电流产生的条件，即当闭合电路与磁铁间相对运动时(如磁铁插入线圈，就相当于线圈“切割”磁铁的磁感线)。设想1实验2：学生分组实验(教材图4.23所示实验模仿法拉第的实验)观察现象，收集证据，归纳感应电流产生的条件，即无“切割”，无“相对运动”认知冲突！重新审视有关实验。分析实验1：再次归纳感应电流产生的条件。即闭合电路与磁铁间相对运动时磁场强弱的变化，可以产生感应电流。分析实验2：再次归纳感应电流产生的条件。即当开关通、断电流变化电流的磁场变化磁场强弱变化，可以产生感应电流。师生归纳：当闭合电路所处磁场的强弱发生变化时，闭合电路中就会产生感应电流。设想2审视闭合电路部分导体切割磁感线实验：新的认知冲突！即闭合电路所处磁场的强弱并未发生变化，也能产生感应电流。为什么？进一步的分析：磁感应强度B未变，闭合电路所包围的面积S发生改变也能产生电磁感应现象。设想3新的问题：对设想2设想3，能否做进一步概括？怎样概括？设想2：闭合电路所包围的面积S不变磁感应强度B变化设想3：闭合电路所包围的面积S变化磁感应强度B不变两个因素：面积S和磁感应强度B；是否有一个物理量也包含这两个要素(如果没有，根据研究方便的需要，当然也可以“创造”)。引入磁通量概念：设想2设想3可概括为磁通量“变化”。进一步的结论：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产生。事件6教学任务：科学探究实验探究磁铁插入、抽出或停留在线圈中时，电路中是否产生感应电流？1认识实验器材，并组装。2进行实验探究，并记录。3实验成果交流：展示、提问、研讨。4拓展性分析：(1)图1实验和图2实验有什么逻辑联系？(2)在图2实验中，还有其他方法获得感应电流吗？ (3)如果“磁场”和“部分导体”不发生“相对运动”，即导体不切割磁感线，那么会产生电磁感应现象吗？事件7教学任务：科学探究理论探究。1提问：什么叫磁通量？2展示、点评。3联系、回归：把磁通量的概念引入上述实验，会有什么新发现？4探讨、交流、点评。Flash动画展示：磁通量的变化。 5师生交流、猜想：“磁场”和“部分导体”不发生“相对运动”，即导体不切割磁感线，但只要通过闭合电路的磁通量发生变化，电路中也会产生感应电流，即产生电磁感应现象。事件8教学任务：科学探究感受法拉第的研究，为科学假设插上翅膀。教师演示下图实验，学生观察、记录、分析、讨论。1多媒体实物展示台：介绍实验器材。2连接实验电路。3实验演示。4讨论、拓展：(1)闭合开关后，不改变滑动变阻器的值，能否用其他方式获得感应电流？(2)该实验能否转换为前面两个实验？5总结。事件9教学任务：科学探究实验探究验证产生感应电流的条件。实验装置：如下图所示连接电路。实验操作：注意观察电流表指针的位置变化情况。操作：让插有软铁芯的螺线管A的轴线与线圈C的平面平行，闭合开关S；操作：让螺线管A的轴线与线圈C的平面垂直，闭合开关S。实验现象：在操作时，螺线管A中磁场发生变化，而电流表指针不偏转，说明线圈C中没有感应电流；在操作时，螺线管A中磁场发生变化，电流表指针偏转，说明线圈C中有感应电流。分析：能否产生感应电流，关键是螺线管A通电前后，穿过闭合线圈C的磁感线条数是否发生变化。引导学生能否从教材中的三个实验归纳出这样的结论，即穿过闭合电路的磁感线条数发生变化，闭合电路中就有感应电流产生。最后，使学生认识到，穿过闭合电路的磁通量发生变化是产生感应电流的条件。事件10教学任务：模仿法拉第实验。师生活动：提出问题：如果“磁场”和“部分导体”不发生“相对运动”，那么会产生电磁感应现象吗？演示实验：课本P6图423。(多媒体投影)介绍实验仪器以及实验原理(当开关闭合时，A线圈周围存在磁场，)；连接实验电路，按照一定的步骤进行实验；学生观察、记录并填入表格。演示：如下图所示。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。下图由开关或变阻器控制一个线圈中的电流，能够在另一个线圈中产生感应电流吗？观察实验，记录现象。表3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中才有电流产生分析现象、讨论：当开关闭合、断开或者迅速滑动滑动变阻器时，B线圈中有感应电流产生；当开关闭合但滑动变阻器不变时，没有感应电流产生。引导学生分析：当滑动变阻器不动时，B线圈回路中有磁场，但是磁场没有发生变化，其他情况下B回路中的磁场都发生变化。结论：当闭合电路中的磁场发生变化时，电路中有感应电流产生。拓展：闭合开关后，如果不滑动滑动变阻器，能否用其他方式获得感应电流？事件11由于磁铁的插入与抽出，线圈中磁场的强弱在变化。教学任务：分析论证。提出问题：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，无电流产生。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。(如下图)由于线圈A中电流的变化，磁场也在变化。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。(如下图)事件12教学任务：分析论证。提出问题：(1)实验2和实验3两个实验似乎都告诉我们穿过闭合电路的磁场发生变化，电路中就有感应电流产生，是否正确？实验1中闭合电路中的磁场是否发生了变化？(2)这三个实验都能产生感应电流，它们产生的本质是否相同？学生分组讨论，引导学生观察下面的图片。学生代表分析、补充。实验1中，部分导体切割磁感线时，磁场本身不变，但是闭合电路所围面积发生变化，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。实验2中，磁体相对线圈运动时，线圈本身面积没有变化，但磁场发生变化，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。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B线圈内磁场发生变化，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。教师总结：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现象，可以是闭合电路中的磁场发生变化，也可以是闭合电路的面积发生变化。引导学生讨论受这两方面影响的物理量是磁通量。事件13教学任务：归纳结论。师生活动：引导学生观察图片中磁感线的条数变化，学生总结结论。以上产生感应电流的实验中，有的磁感应强度没有发生变化，面积发生了变化；有的线圈的面积没有变化，但穿过线圈的磁感应强度发生了变化。其共同点是穿过线圈的磁通量发生了变化。结论：只要穿过闭合回路的磁通量发生变化，闭合电路中就有感应电流产生。事件14教学任务：归纳结论科学探究成果。1电磁感应的概念：不论使用什么方法，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。这种现象称做电磁感应。2电磁感应的条件：穿过闭合电路的磁通量发生变化。3本节三个实验的逻辑关系：磁通量发生变化事件15教学任务：归纳结论科学探究成果。1电磁感应的概念：不论使用什么方法，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。这种现象称做电磁感应。2电磁感应的条件：穿过闭合电路的磁通量发生变化。事件16教学任务：电磁感应中的能量转化。电有电场能，磁有磁场能，如何从能量守恒的角度分析电磁感应呢？下面从能量角度分析电磁感应现象。分析教材实验一、消耗机械能电能发电机教材实验三、电能由a螺线管转移到b螺线管变压器结论：电磁感应现象同样遵循能量守恒定律。事件17教学任务：感应电流产生条件的应用。师生活动：【课堂训练1】 P7问题与练习1如下图所示，匀强磁场中有一个矩形闭合线圈，保持线圈平面始终与磁感线垂直，当线圈在磁场中上下运动时(图甲)，是否有感应电流？当线圈在磁场中左右运动时(图乙)，是否有感应电流？为什么？拓展：如果线圈在磁场中转动，有无感应电流呢？为什么？闭合线框中是否产生感应电流？通过乙图体会部分导体切割和全部切割的不同，明白感应电流产生的本质是穿过闭合电路的磁通量发生变化。答案：无无有什么时候线圈中有感应电流？【课堂训练2】 P8问题与练习3如图所示，矩形区域abcd内有匀强磁场，闭合线圈由位置1通过这个磁场运动到位置2。线圈在运动过程的什么时候有感应电流，什么时候没有感应电流？为什么？若线圈的宽度为d，磁场的宽度为l，且dl，线圈匀速通过的速度为v，则线框中有电流的时间为多长？答案：线圈仅在进入和穿出磁场的过程中才有感应电流产生，此时穿过线圈的磁通量发生变化。有电流的时间为t2 d/v。【课堂训练3】 P8问题与练习4矩形线圈ABCD位于通电长直导线附近，线圈与导线在一个平面内，线圈的两个边与导线平行。下列哪种情况线圈中产生感应电流？A在这个平面内，线圈远离或靠近长直导线时；B长直导线中的电流发生变化时；学生分析不同情况下磁通量是否发生变化，然后判断有无感应电流。在分析磁通量变化时可以指出磁通量的方向以及增减，为以后感应电流的方向判断打下基础。答案：A有B有事件18教学任务：典题分析，引申拓展。1结合本节的实验探究和磁通量的概念，谈谈你对“电磁感应的产生条件”的理解。解析：从探究实验来看，包括“磁场不动导体动”“导体不动磁场动”和“导体磁场都不动”等三种情况；从磁通量的概念来看，包括B不变S变化、S不变B变化和B、S都变化等三种情况。2教材P7“做一做”理想实验：摇绳能发电吗？做一做摇绳能发电吗？摇绳能发电吗？把一条大约10 m长电线的两端连在一个灵敏电流表的两个接线柱上，形成闭合电路，两个同学迅速摇动这条电线，可以发电吗？简述你的理由。你认为两个同学沿哪个方向站立时，发电的可能性比较大？试一试。解析：从探究实验来看，闭合电路的部分导体“摇绳”在做切割磁感线运动；从磁通量变化来看，在“摇绳”运动的过程中，B不变S变化。可见，发生电磁感应，产生感应电流。显然，两位同学东西方向站立并迅速摇动电线时，产生的电磁感应现象比较明显。拓展：电流是有能量的。请问“摇绳”中的电能从哪里来？答案：人对摇绳做功转化为电能。3矩形线圈ABCD位于通电长直导线附近，线圈与导线在一个平面内，线圈的两个边与导线平行。下列哪种情况线圈中产生感应电流？(1)在这个平面内，线圈沿着平行于导线的方向上下运动时；(2)线圈以AB边为轴转动时；(3)线圈以AD边为轴转动时；(4)线圈以长直导线为轴转动时；(5)在中心点不变的情况下，把矩形线圈ABCD拉成圆形时。解析：从引起磁通量变化的两个因素：磁感应强度B和有效面积S入手进行分析。答案：(2)(3)(5)4教材“问题与练习”第7题如图所示，固定于水平面上的金属架CDEF处在竖直向下的匀强磁场中，金属棒MN沿框架以速度v向右做匀速运动。t0时，磁感应强度为B0，此时MN到达的位置恰好使MDEN构成一个边长为L的正方形。为使MN棒中不产生感应电流，从t0开始，磁感应强度B应该怎样随时间t变化？请推导出这种情况下B与t的关系式。解析：(1)为使MN棒中不产生感应电流，必须保证闭合电路的磁通量不发生变化；(2)磁通量0B0S0B0L2；(3)金属棒MN沿框架以速度v向右做匀速运动时，矩形区域MDEN的面积为：SL(Lvt)；(4)由于S随时间不断增加，可见B随时间逐渐减小；则tBL(Lvt)(5)0t即B0S0BL(Lvt)；所以，BB0L/(Lvt)。事件19教学任务：课堂反馈。学生独立完成。1关于电磁感应，下列说法中正确的是()A导体相对磁场运动，导体内一定会产生感应电流B导体做切割磁感线的运动，导体内一定会产生感应电流C闭合电路在磁场中做切割磁感线运动时，电路中一定会产生感应电流D穿过闭合电路的磁通量发生变化，电路中一定会产生感应电流2下图哪些回路中会产生感应电流？3在无限长直线电流的磁场中，有一闭合的金属线框abcd，线框平面与直导线ef在同一平面内(如下图)，当线框做下列哪种运动时，线框中能产生感应电流()A水平向左运动B竖直向下平动C垂直纸面向外平动D绕ac边转动答案：1.D2.AC3.BCD事件20教学任务：课堂总结与反思。师生活动：引导学生自己总结本节学会了什么，从不同方面总结本节课的学习活动。产生感应电流的条件：穿过闭合电路的磁通量发生改变。布置作业1复习本节教材。2完成课本课后问题与练习。3课后讨论“做一做”。2探究感应电流产生的条件一、复习磁通量1定义：面积为S，垂直匀强磁场B放置，则B与S的乘积，叫做穿过这个面的磁通量，用表示。磁通量就是穿过这个面的磁感线条数。2公式：BS3单位：韦伯(Wb)1 Wb1 Tm2二、产生感应电流的条件1闭合回路。2回路中的磁通量发生变化，B、S、变化。三、电磁感应中的能量转化电磁感应现象同样遵循能量守恒定律。四、归纳总结只要穿过闭合回路的磁通量发生变化，闭合电路中就有感应电流产生。2探究感应电流产生的条件1闭合电路的部分导体在磁场中运动结论：闭合电路的部分导体切割磁感线，电路中有感应电流产生。2条形磁铁插入、抽出或者停留在线圈中结论：当磁铁相对线圈运动时，有感应电流产生。磁铁相对线圈静止时，没有电流产生。3模仿法拉第实验结论：当闭合电路中的磁场发生变化时，电路中有感应电流产生。4分析论证穿过线圈的磁通量发生变化5归纳结论只要穿过闭合回路的磁通量发生变化，闭合电路中就有感应电流产生。12