2024-2025學(xué)年新教材高中物理第十二章電能能量守恒定律3電磁感應(yīng)現(xiàn)象及應(yīng)用教案新人教版必修3

PAGE6-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．駕馭產(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．通過視察演示試驗(yàn)，歸納、概括出利用磁場產(chǎn)生電流的條件，培育學(xué)生的視察、概括實(shí)力?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】駕馭只要閉合電路的磁通量發(fā)生變更，閉合電路中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流?！窘虒W(xué)難點(diǎn)】閉合電路磁通量的變更?！窘虒W(xué)過程】一、復(fù)習(xí)提問、新課導(dǎo)入老師：在初中的時候我們學(xué)習(xí)了產(chǎn)生感應(yīng)電流的方法，請同學(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)覺的，產(chǎn)生感應(yīng)電流條件又有哪些？二、新課教學(xué)老師投影奧斯特試驗(yàn)，引出法拉第磁生電的理論。（一）劃時代的發(fā)覺1．奧斯特夢圓“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，長期探究電與磁之間的聯(lián)系。1820年4月最終發(fā)覺了電流對磁針的作用，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試驗(yàn)》為題發(fā)表了他的發(fā)覺。這篇短短的論文使歐洲物理學(xué)界產(chǎn)生了極大振動，導(dǎo)致了大批試驗(yàn)成果的出現(xiàn)，由此開拓了物理學(xué)的新領(lǐng)域──電磁學(xué)。1820年因電流磁效應(yīng)這一杰動身覺獲英國皇家學(xué)會科普利獎?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)覺電流的磁效應(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》的主編約請戴維撰寫一篇文章，評述奧斯特發(fā)覺以來電磁學(xué)試驗(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，對電磁現(xiàn)象的探討產(chǎn)生了極大的熱忱，并起先轉(zhuǎn)向電磁學(xué)的探討。他細(xì)致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)的探討。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，做了大量的試驗(yàn)，都失敗了。經(jīng)過歷時十年的失敗、再試驗(yàn)，直到1831年8月29日才取得勝利。他接連又做了幾十個這類試驗(yàn)。1831年11月24日的論文中，他把產(chǎn)生感應(yīng)電流的狀況概括成五類：變更著的電流；變更著的磁場；運(yùn)動的恒定電流；運(yùn)動的磁場；在磁場中運(yùn)動的導(dǎo)體。他指出：感應(yīng)電流與原電流的變更有關(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)”。為了說明電磁感應(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)的各種狀況后，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)覺二十年后，直到1851年才得出了電磁感應(yīng)定律。經(jīng)過大量試驗(yàn)后，他最終實(shí)現(xiàn)了“磁生電”的夙愿，宣告了電氣時代的到來。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”?？梢哉f，想實(shí)現(xiàn)“磁生電”是當(dāng)時很多科學(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。在這個問題上，最缺憾的莫過于科拉頓。1825年，科拉頓做了這樣一個試驗(yàn)，他將一個磁鐵插入連有靈敏電流計(jì)的螺旋線圈，來視察在線圈中是否有電流產(chǎn)生。但是在試驗(yàn)時，科拉頓為了解除磁鐵移動時對靈敏電流計(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)當(dāng)是“穩(wěn)定”的（當(dāng)時科學(xué)界都認(rèn)為利用磁場產(chǎn)生的電應(yīng)當(dāng)是“穩(wěn)定”的），插入磁鐵后，假如有電流，跑到另一間房里視察也來得及就這樣，科拉頓起先了試驗(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?？评D的這個失敗，是一個什么樣的失敗呢？后人有各種各樣的爭論。有人說這是一次“勝利的失敗”。因?yàn)榭评D的試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)得完全正確，假如磁鐵磁性足夠強(qiáng)，導(dǎo)線電阻不大，電流計(jì)非常靈敏，那么在科拉頓將磁鐵插入螺旋線圈時，電流計(jì)的指針的確是搖擺了的。也就是說，電磁感應(yīng)的試驗(yàn)是勝利了，只不過科拉頓沒有望見，他跑得還是“太慢”，連電流計(jì)指針往回?cái)[也沒望見，有人說，這是一次“缺憾的失敗”。因?yàn)榭评D假如有個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，那么勝利的桂冠確定是屬于科拉頓的。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，所以他想不到請個助手幫一下忙、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)，他確定不再固守“穩(wěn)態(tài)”的猜想，最終在1831年8月，視察到了電磁感應(yīng)現(xiàn)象?？评D只能留下恒久的缺憾。（二）產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件1．試驗(yàn)1：直導(dǎo)線在磁場中導(dǎo)體不動導(dǎo)體向上、向下運(yùn)動；導(dǎo)體向左或向右運(yùn)動。引導(dǎo)學(xué)生視察試驗(yàn)并進(jìn)行概括。導(dǎo)體棒的運(yùn)動狀況表針的搖擺狀況左右運(yùn)動搖擺上下平動不搖擺歸納：閉合電路的一部分導(dǎo)體做切割磁感線的運(yùn)動時，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。理解“導(dǎo)體做切割磁感線的運(yùn)動”的含義：切割磁感線的導(dǎo)體運(yùn)動速度的方向和磁感線方向不平行。問：導(dǎo)體不動，磁場動，會不會在電路中產(chǎn)生電流呢？2．試驗(yàn)2：條形磁鐵插入（撥出）螺線管。先用計(jì)算機(jī)模擬，再用試驗(yàn)來證明。留意：條形磁鐵插入，拔出時，彎曲的磁感線被切割，電路中有感應(yīng)電流。磁鐵的運(yùn)動狀況表針的搖擺狀況插入瞬間搖擺拔出瞬間搖擺停在線圈中不搖擺引導(dǎo)學(xué)生視察試驗(yàn)并進(jìn)行概括。歸納：無論是導(dǎo)體運(yùn)動，還是磁場運(yùn)動。只要導(dǎo)體和磁場之間發(fā)生切割磁感線的相對運(yùn)動，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，穿過電路的磁感線條數(shù)發(fā)生變更，假如導(dǎo)體和磁場不發(fā)生相對運(yùn)動，而讓穿過閉合電路的磁場發(fā)生變更，會不會在電路中產(chǎn)生電流呢？3．試驗(yàn)3：導(dǎo)體和磁場不發(fā)生相對運(yùn)動，線圈電路接通、斷開，滑動變阻器滑動片左、右滑動。操作表針的搖擺狀況開關(guān)閉合瞬間搖擺開關(guān)閉合，滑動變阻器不動不搖擺開關(guān)閉合，滑動變阻器觸片滑動搖擺開關(guān)斷開瞬間搖擺試驗(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，電路的閉合或斷開限制了電流從無到有或從有到無的變更；變阻器是通過變更電阻來變更電流的大小的，電流的變更必將引起閉合電路磁場的變更，穿過閉合電路的磁感線條數(shù)的變更——磁通量發(fā)生變更，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，滑動變阻器滑動時，穿過閉合電路磁場變更狀況：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)生變更，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)生分析磁通量變更包括：（1）B不變，S變更（2）S不變，B變更（3）B、S不變，B、S的夾角變更（4）B、S都變更（三）電磁感應(yīng)現(xiàn)象的應(yīng)用老師展示電磁感應(yīng)現(xiàn)象的應(yīng)用展示可拆變壓器的構(gòu)造，簡潔講解變壓的原理。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)生思索后老師講解：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。在原線圈接溝通電。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。老師：為什么鐵芯和鐵板會發(fā)熱呢？原來在鐵芯和鐵板中有渦流產(chǎn)生。老師：當(dāng)線圈中的電流發(fā)生變更時，這個線圈旁邊的導(dǎo)體中就會產(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：分析渦流的產(chǎn)生過程。老師：課件演示，渦流的產(chǎn)生過程，增加學(xué)生的感性相識。老師：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)生的熱量也削減。老師：除了這些之外，磁卡、磁帶、動圈式話筒、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)磁場中有一個矩形的閉合導(dǎo)線框。在下列幾種狀況下，線框中是否產(chǎn)生感應(yīng)電流？3．如圖