《-電磁感應(yīng)現(xiàn)象及應(yīng)用》參考教案

PAGEPAGE9電磁感應(yīng)現(xiàn)象及應(yīng)用【教學(xué)目標(biāo)】1．理解什么是電磁感應(yīng)現(xiàn)象。2．掌握產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件。3．了解電磁感應(yīng)在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。4．通過觀察演示實(shí)驗(yàn)，歸納、概括出利用磁場產(chǎn)生電流的條件，培養(yǎng)學(xué)生的觀察、概括能力?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】掌握只要閉合電路的磁通量發(fā)生變化，閉合電路中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。【教學(xué)難點(diǎn)】閉合電路磁通量的變化。【教學(xué)過程】一、復(fù)習(xí)提問、新課導(dǎo)入教師：在初中的時(shí)候我們學(xué)習(xí)了產(chǎn)生感應(yīng)電流的方法，請(qǐng)同學(xué)們回憶一下是什么方法？學(xué)生回答：線圈切割磁感線會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。師生一起回顧產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件與感應(yīng)電流的方向與什么有關(guān)。復(fù)習(xí)之后再次發(fā)問：這是產(chǎn)生感應(yīng)電流的唯一方法嗎？通過這節(jié)課我們來學(xué)習(xí)一下這種現(xiàn)象是如何發(fā)現(xiàn)的，產(chǎn)生感應(yīng)電流條件又有哪些？二、新課教學(xué)教師投影奧斯特實(shí)驗(yàn)，引出法拉第磁生電的理論。（一）劃時(shí)代的發(fā)現(xiàn)1．奧斯特夢(mèng)圓“電生磁”由于受康德哲學(xué)與謝林的自然哲學(xué)的影響，堅(jiān)信自然力是可以相互轉(zhuǎn)化的，長期探索電與磁之間的聯(lián)系。1820年4月終于發(fā)現(xiàn)了電流對(duì)磁針的作用，即電流的磁效應(yīng)。同年7月21日以《關(guān)于磁針上電沖突作用的實(shí)驗(yàn)》為題發(fā)表了他的發(fā)現(xiàn)。這篇短短的論文使歐洲物理學(xué)界產(chǎn)生了極大震動(dòng)，導(dǎo)致了大批實(shí)驗(yàn)成果的出現(xiàn)，由此開辟了物理學(xué)的新領(lǐng)域──電磁學(xué)。1820年因電流磁效應(yīng)這一杰出發(fā)現(xiàn)獲英國皇家學(xué)會(huì)科普利獎(jiǎng)?wù)隆?829年起任哥本哈根工學(xué)院院長。2．法拉第心系“磁生電”1820年奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)，受到科學(xué)界的關(guān)注，促進(jìn)了科學(xué)的發(fā)展。1821年英國《哲學(xué)年鑒》的主編約請(qǐng)戴維撰寫一篇文章，評(píng)述奧斯特發(fā)現(xiàn)以來電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)的理論發(fā)展概況。戴維把這一工作交給了法拉第。法拉第在收集資料的過程中，對(duì)電磁現(xiàn)象的研究產(chǎn)生了極大的熱情，并開始轉(zhuǎn)向電磁學(xué)的研究。他仔細(xì)地分析了電流的磁效應(yīng)等現(xiàn)象，認(rèn)為既然電流能產(chǎn)生磁，磁能否產(chǎn)生電呢？1822年他在日記中寫下了自己的思想：“磁能轉(zhuǎn)化成電”。他在這方面進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。起初，他試圖用強(qiáng)磁鐵靠近閉合導(dǎo)線或用強(qiáng)電流使另一閉合導(dǎo)線中產(chǎn)生電流，做了大量的實(shí)驗(yàn)，都失敗了。經(jīng)過歷時(shí)十年的失敗、再試驗(yàn)，直到1831年8月29日才取得成功。他接連又做了幾十個(gè)這類實(shí)驗(yàn)。1831年11月24日的論文中，他把產(chǎn)生感應(yīng)電流的情況概括成五類：變化著的電流；變化著的磁場；運(yùn)動(dòng)的恒定電流；運(yùn)動(dòng)的磁場；在磁場中運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體。他指出：感應(yīng)電流與原電流的變化有關(guān)，而不是與原電流本身有關(guān)。他將這一現(xiàn)象與導(dǎo)體上的靜電感應(yīng)類比，把它取名為“電磁感應(yīng)”。為了解釋電磁感應(yīng)現(xiàn)象，法拉第曾提出過“電張力”的概念。后來在考慮了電磁感應(yīng)的各種情況后，認(rèn)為可以把感應(yīng)電流的產(chǎn)生歸因于導(dǎo)體“切割磁力線”。在電磁感應(yīng)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)二十年后，直到1851年才得出了電磁感應(yīng)定律。經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)后，他終于實(shí)現(xiàn)了“磁生電”的夙愿，宣告了電氣時(shí)代的到來。3．科拉頓的“失敗”1820年，奧斯特的磁效應(yīng)發(fā)表后，在科學(xué)界引起極大反響，科學(xué)家想既然“電能生磁”，反過來“磁也能生電”。可以說，想實(shí)現(xiàn)“磁生電”是當(dāng)時(shí)許多科學(xué)家的愿望，例如，安培、科拉頓等人都曾為之努力過，但是都失敗了。在這個(gè)問題上，最遺憾的莫過于科拉頓。1825年，科拉頓做了這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)，他將一個(gè)磁鐵插入連有靈敏電流計(jì)的螺旋線圈，來觀察在線圈中是否有電流產(chǎn)生。但是在實(shí)驗(yàn)時(shí)，科拉頓為了排除磁鐵移動(dòng)時(shí)對(duì)靈敏電流計(jì)的影響，他通過很長的導(dǎo)線把接在螺旋線圈上的靈敏電流計(jì)放到另一間房里他想，反正產(chǎn)生的電流應(yīng)該是“穩(wěn)定”的（當(dāng)時(shí)科學(xué)界都認(rèn)為利用磁場產(chǎn)生的電應(yīng)該是“穩(wěn)定”的），插入磁鐵后，如果有電流，跑到另一間房里觀察也來得及就這樣，科拉頓開始了實(shí)驗(yàn)。然而，無論他跑得多快，他看到的電流計(jì)指針都是指在“0”刻度的位置。科拉頓失敗了。科拉頓的這個(gè)失敗，是一個(gè)什么樣的失敗呢？后人有各種各樣的議論。有人說這是一次“成功的失敗”。因?yàn)榭评D的實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)得完全正確，如果磁鐵磁性足夠強(qiáng)，導(dǎo)線電阻不大，電流計(jì)十分靈敏，那么在科拉頓將磁鐵插入螺旋線圈時(shí)，電流計(jì)的指針確實(shí)是擺動(dòng)了的。也就是說，電磁感應(yīng)的實(shí)驗(yàn)是成功了，只不過科拉頓沒有看見，他跑得還是“太慢”，連電流計(jì)指針往回?cái)[也沒看見，有人說，這是一次“遺憾的失敗”。因?yàn)榭评D如果有個(gè)助手在另外那間房里，或者科拉頓就把電流計(jì)放在同一間房里看得見的地方，那么成功的桂冠肯定是屬于科拉頓的。有人說，這是一次“真正的失敗”。因?yàn)榭评D沒能轉(zhuǎn)變思想，沒有從“穩(wěn)態(tài)”的猜想轉(zhuǎn)變到“暫態(tài)”的考慮上來，所以他想不到請(qǐng)個(gè)助手幫一下忙、或者把電流計(jì)拿到同一間房里來。事實(shí)也正是如此，法拉第總結(jié)了別人和他自己以前失敗的教訓(xùn)，他決定不再固守“穩(wěn)態(tài)”的猜想，終于在1831年8月，觀察到了電磁感應(yīng)現(xiàn)象?？评D只能留下永遠(yuǎn)的遺憾。（二）產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件1．實(shí)驗(yàn)1：直導(dǎo)線在磁場中導(dǎo)體不動(dòng)導(dǎo)體向上、向下運(yùn)動(dòng)；導(dǎo)體向左或向右運(yùn)動(dòng)。引導(dǎo)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行概括。導(dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng)情況表針的擺動(dòng)情況左右運(yùn)動(dòng)擺動(dòng)上下平動(dòng)不擺動(dòng)歸納：閉合電路的一部分導(dǎo)體做切割磁感線的運(yùn)動(dòng)時(shí)，電路中就有電流產(chǎn)生。用計(jì)算機(jī)模擬“切割磁感線”的運(yùn)動(dòng)。理解“導(dǎo)體做切割磁感線的運(yùn)動(dòng)”的含義：切割磁感線的導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)速度的方向和磁感線方向不平行。問：導(dǎo)體不動(dòng)，磁場動(dòng)，會(huì)不會(huì)在電路中產(chǎn)生電流呢？2．實(shí)驗(yàn)2：條形磁鐵插入（撥出）螺線管。先用計(jì)算機(jī)模擬，再用實(shí)驗(yàn)來證明。注意：條形磁鐵插入，拔出時(shí)，彎曲的磁感線被切割，電路中有感應(yīng)電流。磁鐵的運(yùn)動(dòng)情況表針的擺動(dòng)情況插入瞬間擺動(dòng)拔出瞬間擺動(dòng)停在線圈中不擺動(dòng)引導(dǎo)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行概括。歸納：無論是導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)，還是磁場運(yùn)動(dòng)。只要導(dǎo)體和磁場之間發(fā)生切割磁感線的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，閉合電路中就有電流產(chǎn)生。過渡：閉合電路的一部分導(dǎo)體切割磁感線時(shí)，穿過電路的磁感線條數(shù)發(fā)生變化，如果導(dǎo)體和磁場不發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而讓穿過閉合電路的磁場發(fā)生變化，會(huì)不會(huì)在電路中產(chǎn)生電流呢？3．實(shí)驗(yàn)3：導(dǎo)體和磁場不發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，線圈電路接通、斷開，滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)片左、右滑動(dòng)。操作表針的擺動(dòng)情況開關(guān)閉合瞬間擺動(dòng)開關(guān)閉合，滑動(dòng)變阻器不動(dòng)不擺動(dòng)開關(guān)閉合，滑動(dòng)變阻器觸片滑動(dòng)擺動(dòng)開關(guān)斷開瞬間擺動(dòng)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生分析上述現(xiàn)象的物理過程：因?yàn)殡娏魉ぐl(fā)的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B總是正比于電流強(qiáng)度I，即B∝I，電路的閉合或斷開控制了電流從無到有或從有到無的變化；變阻器是通過改變電阻來改變電流的大小的，電流的變化必將引起閉合電路磁場的變化，穿過閉合電路的磁感線條數(shù)的變化——磁通量發(fā)生變化，閉合電路中產(chǎn)生電流。用計(jì)算機(jī)模擬電路中S斷開、閉合，滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)時(shí)，穿過閉合電路磁場變化情況：4．綜上所述，總結(jié)出：不論用什么方法，只要穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化，閉合電路中就有電流產(chǎn)生。這種利用磁場產(chǎn)生電流的現(xiàn)象叫電磁感應(yīng)，產(chǎn)生的電流叫感應(yīng)電流。引導(dǎo)學(xué)生分析磁通量變化包括：（1）B不變，S變化（2）S不變，B變化（3）B、S不變，B、S的夾角變化（4）B、S都變化（三）電磁感應(yīng)現(xiàn)象的應(yīng)用教師展示電磁感應(yīng)現(xiàn)象的應(yīng)用展示可拆變壓器的構(gòu)造，簡單講解變壓的原理。提問：電磁感應(yīng)使變壓器工作，那么電磁爐是跟電磁感應(yīng)有什么關(guān)系？學(xué)生思考后教師講解：在可拆變壓器的一字鐵下面加一塊厚約2mm的鐵板，鐵板垂直于鐵芯里磁感線的方向。在原線圈接交流電。幾分鐘后，讓學(xué)生摸摸鐵芯和鐵板，比較它們的溫度，報(bào)告給全班同學(xué)。學(xué)生：鐵板的溫度比鐵芯高。教師：為什么鐵芯和鐵板會(huì)發(fā)熱呢？原來在鐵芯和鐵板中有渦流產(chǎn)生。教師：當(dāng)線圈中的電流發(fā)生變化時(shí)，這個(gè)線圈附近的導(dǎo)體中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。這種電流看起來很像水的旋渦，所以叫做渦流。師生共同活動(dòng)：分析渦流的產(chǎn)生過程。教師：課件演示，渦流的產(chǎn)生過程，增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)。教師：為什么鐵板的溫度比鐵芯高？學(xué)生：因?yàn)殍F板中的渦流很強(qiáng)，會(huì)產(chǎn)生大量的熱。而鐵芯中的渦流被限制在狹窄的薄片之內(nèi)，回路的電阻很大，渦流大為減弱，渦流產(chǎn)生的熱量也減少。教師：除了這些之外，磁卡、磁帶、動(dòng)圈式話筒、高頻焊接等等都跟電磁感應(yīng)現(xiàn)象有關(guān)，同學(xué)們課后去搜集有關(guān)資料，分析它們分別是如何利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象的。三、課堂練習(xí)1．通電直導(dǎo)線旁邊放一矩形線圈ABCD，請(qǐng)大家設(shè)計(jì)方法，使ABCD中能產(chǎn)生感應(yīng)電流？2．如圖所示的勻強(qiáng)磁場中有一個(gè)矩形的閉合導(dǎo)線框。在下列幾種情況下，線框中是否產(chǎn)生感應(yīng)電流？3．如