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学案
4.1划时代的发现
【学习目标】
1.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。
2.知道电磁感应、感应电流的定义。
3.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。
以科学家不怕失败、勇敢面对挫折的坚强意志激励自己。
【重点难点】
1.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。
2.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。
【知识回顾】
一、磁通量及其磁通量的变化
1.磁通量的定义
2.公式适用条件单位
3.磁通量是标量,但磁通量有正负。
那么磁通量正、负如何理解?
4.用磁感线如何来形象地描述磁通量呢?
5.如右图,匀强磁场磁感应强度为B,平面abcd的面积为S,它与磁场方向不垂直,a′b′cd是它在垂直于磁场方向上的投影平面,则穿过平面abcd的磁通量为多大?
若平面abcd与磁场方向平行,则此时穿过平面abcd的磁通量又是多大?
二、磁通量的变化
1.计算公式Δφ=φ2-φ1(其中φ1是初状态的磁通量,φ2是末状态的磁通量)
2.磁通量的变化包括三种情况
①磁感应强度B不变,有效面积S变化,则磁通量的变化Δφ=
②磁感应强度B变化,有效面积S不变,则磁通量的变化Δφ=
③磁感应强度B和有效面积S都发生变化,则磁通量的变化Δφ=
【探究学习】
问题1:
奥斯特梦圆“电生磁”
阅读教材奥斯特梦圆“电生磁”部分内容,思考并回答下列问题:
1.是什么信念激励奥斯特寻找电与磁的联系的?
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。
问题2:
法拉第心系“磁生电”
阅读教材法拉第心系“磁生电”部分内容,思考并回答下列问题:
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?
谈谈自己的体会。
例题分析
例1:
发电的基本原理是电磁感应,发现电磁感应现象的科学家是()
A.安培B.赫兹C.法拉第D.麦克斯韦
例2:
发现电流磁效应现象的科学家是___________,发现通电导线在磁场中受力规律的科学家是__________,发现电磁感应现象的科学家是___________,发现电荷间相互作用力规律的的科学家是___________。
例3:
下列现象中属于电磁感应现象的是()
A.磁场对电流产生力的作用B.变化的磁场使闭合电路中产生电流
C.插在通电螺线管中的软铁棒被磁化D.电流周围产生磁场
【课堂检测】
1.奥斯特实验要有明显的效果,通电导线必须____________放置。
2.1831年8月29日,____________发现了电磁现象;把两个线圈绕在同一个铁环上,一个绕圈接到____________,另一个线圈接入____________,在给一个线圈____________或____________的瞬间,发现了另一个线圈中也出现了____________.
3.如右图所示,虚线框内有匀强磁场,大环和小环是垂直于磁场放置的两个圆环,
分别用
Φ1和Φ2表示穿过大小两环的磁通量,则有()
A.Φ1>Φ2B.Φ1<Φ2C.Φ1=Φ2D.无法确定
4.恒定的匀强磁场中有一个圆形闭合线圈,线圈平面垂直于磁场方向,当线圈在此磁场中做下列哪种运动时,穿过线圈的磁通量发生了变化(
)
A.线圈沿自身所在的平面做匀速运动B.线圈沿自身所在的平面做加速运动
C.线圈绕任一直径做匀速转动D.线圈绕任一直径做变速转动
5.两个圆环A、B,如右图所示放置,且RA>RB.一条形磁铁轴线过两个圆环的圆心
处且与圆环平面垂直,则穿过A、B环的磁通量ΦA和ΦB的关系是()
A.ΦA>ΦBB.ΦA=ΦBC.ΦA<ΦBD.无法确定
6.磁通量是研究电磁感应现象的重要物理量,如右图所示,通过恒定电流的导线MN与闭合线框共面,第一次将线框由1平移到2,第二次将线框绕cd边翻转到2,设先后两次通过线框的磁通量变化分别为ΔΦ1和ΔΦ2,则()
A.ΔΦ1>ΔΦ2B.ΔΦ1=ΔΦ2
C.ΔΦ1<ΔΦ2D.无法确定
7.单匝线圈abcd水平放置,有一半面积处在竖直向下的匀强磁场中,如右图所示,线圈面积为S,磁感应强度为B.当线圈绕ab边从图示位置转过30°和60°时,穿过线圈的磁通量分别是多少?
8.如右图所示,A、B两环共面同心,A环上均匀带有负电荷.当A环逆时针加速转动时,通过B环中的磁通量变化了没有?
当A环顺时针匀速转动时,通过B环中的磁通量变化了没有?
为什么?
简述出理由.
4.2探究电磁感应的产生条件
(一)
【学习目标】:
1.知道电磁感应、感应电流的定义。
2.通过探究活动,学会通过现象,理解产生感应电流的条件。
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。
【学习重点】:
通过实验探究,归纳总结并理解感应电流的产生条件。
【知识回顾】
一.“电生磁”与“磁生电”
1.电流的磁效应——“”
1820年,丹麦物理学家发现载流导线能使小磁针偏转,这种作用称为电流的磁效应
2.电磁感应现象——“”
(1)1831年,英国物理学家发现了“磁生电”的现象,这种现象叫做电磁感应现象,产生的电流叫。
(2)法拉第把引起电流的原因概括为五类,它们都与和相联系:
变化的
、变化的、运动的、运动的、在磁场中运动的。
【课堂探究】:
二、探究感应电流的产生条件
探究1:
导体棒在磁场中运动是否产生感应电流?
如图4.2-1所示。
将可移动的导体放置在磁场中,并和电流计组成闭合回路,记录实验现象:
实验操作
实验现象(有无电流)
导体棒静止
导体棒平行磁感线运动
导体棒切割磁感线运动
总结:
什么情况下会产生感应电流?
探究2:
条形磁铁在螺线管中运动是否产生感应电流?
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2中。
磁铁的运动
表针摆动方向
磁铁的运动
表针摆动方向
N极插入线圈
S极插入线圈
N极停在线圈中
S极停在线圈中
N极从线圈中抽出
S极从线圈中抽出
总结:
在时会产生感应电流。
探究3:
模拟法拉第的实验——改变线圈A中的电流,线圈B中是否产生感应电流?
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。
把观察到的现象记录在表3中。
操作
现象
开关闭合瞬间
开关断开瞬间
开关闭合时,滑动变阻器不动
开关闭合时,迅速移动变阻器的滑片
总结:
在线圈A中的发生变化时,会产生感应电流。
2、分析论证
探究2中,磁体相对线圈运动,使得线圈内什么发生变化?
当磁铁插入时,磁场具体怎样变化?
磁铁拔出时,磁场是如何变化?
当磁体在线圈中静止时,线圈内磁场如何变化?
探究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内什么发生变化?
当通电瞬间,线圈B中的磁场具体如何变化?
断电瞬间,磁场如何变化?
探究1中,磁场的强弱没有变化,但导体棒切割磁感线运动使闭合电路包围的在变化。
3、归纳总结
综上三个探究实验,引起感应电流的因素有时因为磁22场强弱发生变化的,有时因为闭合电路面积发生变化的,哪个物理量能包含着这两个因素?
这个物理量的定义式是什么?
通常情况下又可如何理解?
(1)定义:
,用表示。
(2)公式:
(3)单位:
1wb=T·m2
磁通量就是表示穿过这个面的。
(4)通常情况下其意义可理解为:
表示
能否从本质上概括出产生感应电流的条件:
即判断回路中是否有感应电流的依据:
(1)电路是否
(2)
【课堂检测】
1:
判断闭合线框中是否有感应电流产生。
(1)甲,线框在磁场中上下运动
(2)图乙,线框左右运动
(3)图丙,线框绕AB轴转动
思考与讨论:
1.有磁场就一定有电流吗?
2.闭合电路在磁场中运动就一
定能产生感应电流吗?
2:
关于电磁感应现象,下列说法正确的是()
A.只要穿过电路中的磁通量发生变化,电路中一定会产生感应电流
B.只要导体相对于磁场运动,导体内一定会产生感应电流
C.只要闭合导线在磁场中做切割磁感线运动,电路中一定会产生感应电流
D.只要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
3:
竖直放置的长直导线ef中通有恒定电流,有一矩形线框abcd与导线在同一平面内,在下列情况中线圈产生感应电流的是()
A、导线中电流强度变大B、线框向右平动
C、线框向下平动D、线框以ab边为轴转动
E、线框以直导线ef为轴转动
4.2探究电磁感应的产生条件
(二)
【学习目标】:
1.理解产生感应电流的条件。
2.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。
【学习重点】理解感应电流的产生条件,能结合实例对磁通量的变化进行定性和定量的判断。
【知识回顾】
1.闭合电路的面积与垂直穿过此面积的磁感应强度的乘积叫做。
2.产生感应电流的条件。
3.引起磁通量的变化一般情况:
①B不变,变化。
②.S不变,变化。
③B不变,S不变,但两者之间夹角。
④B和S都变化,需计算判断。
【自主合作探究】
例1如图所示,在有界匀强磁场中有一矩形线圈abcd垂直磁场放置,现使线圈做如下几种运动:
(a)向上加速平移,(未出磁场),(b)匀速向右平移,(c)绕ab边转90°,其中线圈中能产生感应电流的是。
例2如图所示,A、B两回路中各有一开关S1、S2,且回路A中接有电源,
回路B中接有灵敏电流计,下列操作及相应的结果可能的是()
A、先闭合S2,后闭合S1的瞬间,电流计指针偏转
B、S1、S2闭合后,在断开S2的瞬间,电流计指针偏转
C、先闭合S1,后闭合S2的瞬间,电流计指针偏转
D、S1、S2闭合后,在断开S1的瞬间,电流计指针偏转
例3如图所示,一闭合金属环从上而下通过通电的长直螺线管,b
为螺线管的中点,金属环通过a、b、c处时,能产生感应电流的是__________.
【拓展训练】:
1.关于感应电流,下列说法中正确的是()
A.只要穿过线圈的磁通量发生变化,线圈中就一定有感应电流
B.导体在磁场中做切割磁感线运动时,导体中一定有感应电流
C.若闭合电路的一部分导体不做切割磁感线运动,闭合电路中一定没有感应电流
D.闭合线圈放在变化的磁场中,必然有感应电流产生
2.金属矩形线圈abcd在匀强磁场中做如图所示的运动,线圈中有感应电流的是:
()
3.如图,一水平放置的矩形线圈abcd在细长磁铁N极附近下落,保持bc边在纸外,ad边在纸内,由图中的位置I经过II到位置III,且位置I和III都很靠近位置II,在这个过程中,线圈中的磁通量()
A.是增加的
B.B.是减少的
C.先增加,后减少
D.先减少,后增加
4.一均匀扁平条形磁铁与一线圈共面,磁铁中心与圆心O重合(图4).下列运动中能使线圈中产生感应电流的是()
A.N极向外、S极向里绕O点转动
B.N极向里、S极向外,绕O点转动
C.在线圈平面内磁铁绕O点顺时针向转动
D.垂直线圈平面磁铁向纸外运动
5.在一根直导线旁放一个闭合的矩形线圈,以下情况中矩形线圈中是否有感应电流?
a.线圈平面与导线垂直,导线中通过变化的电流
b.线圈和导线在同一平面上,导线中通过变化的电流
c.线圈和导线在同一平面上,导线中通过恒定的电流
4.2探究电磁感应的产生条件(三)
【学习目标】:
1.理解产生感应电流的条件。
2.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。
【学习重点】理解感应电流的产生条件,能结合实例对磁通量的变化进行定性和定量的判断。
【自主合作探究】
1、下列情况中都是线框在磁场中切割磁感线运动,其中线框中有感应电流的是()
2、如图所示的匀强磁场中有一个矩形闭合导线框,在下列四种情况下,线框中会产生感应电流的是()
A.线框平面始终与磁感线平行,线框在磁场中左右运动
B.线框平面始终与磁感线平行,线框在磁场中上下运动
C.线框绕位于线框平面内且与磁感线垂直的轴线AB转动
D.线框绕位于线框平面内且与磁感线平行的轴线CD转动
3、如图所示,线圈Ⅰ与电源、开关、滑动变阻器相连,线圈Ⅱ与电流计G相连,线圈Ⅰ与线圈Ⅱ绕在同一个铁芯上,在下列情况下,电流计G中有示数的是()
A.开关闭合瞬间
B.开关闭合一段时间后
C.开关闭合一段时间后,来回移动变阻器滑动端
D.开关断开瞬间
4、如图所示,在匀强磁场中有一线圈,线圈平面与磁感线平行。
当磁场突然增大时,线圈中有感应电流吗?
为什么?
5、如图,距形线圈abcd绕oo/轴在匀强磁场中匀速转动,下列说法中正确的是()
A线圈从图示位置转过90的过程中,穿过线圈的磁通量不断减小
B线圈从图示位置转过90的过程中,穿过线圈的磁通量不断增大
C线圈从图示位置转过180的过程中,穿过线圈的磁通量没有发生变化
D线圈从图示位置转过360的过程中,穿过线圈的磁通量没有发生变化
6、下列情况能产生感应电流的是()
A.如图甲所示,导体AB顺着磁感线运动
B.如图乙所示,条形磁铁插入或拔出线圈时
C.如图丙所示,小螺线管A插入大螺线管B中不动,开关S一直接通时
D.如图丙所示,小螺线管A插入大螺线管B中不动,开关S一直接通,当改变滑动变阻器的阻值时
7、电磁感应现象中能量的转化:
在电磁感应现象中,能量转化和守恒定律同样适用,由于机械运动而产生感应电流时,感应电流的电能是由外界的能转化为能。
无机械运动而产生的感应电流,感应电流的电能是由产生变化的电路中的电能转化而来的。
8、有一金属圆环与一根带绝缘层的长直导线放在同一平面内,且直导线与环的直径重合,如图所示,当直导线内通以均匀增加的电流时,圆环内将(填有、无)感应电流。
将金属圆环向右移动时(填有、无)感应电流。
9、如图,AB两环共面同心,A环上均匀带有负电荷,当A环逆时针加速转动时,B环中(填有、无)感应电流。
当A环顺时针匀速转动时(填有、无)感应电流。
4.3楞次定律导学案(第一课时)
【学习目标】1.通过实验,探索和总结出判断感应电流方向的一般规律
2.提高学生实验能力、思维能力、推理能力和运用知识解决问题能力。
【重点难点】1.楞次定律的实验探究过程及由实验探究结果进行分析、归纳和总结楞次定律
2.使学生清楚地知道,引起感应电流的磁通量的变化和感应电流所激发的磁场之间的关系。
【预习内容】
1.磁通量的定义、公式、单位。
(1)定义:
叫做穿过这个面的磁通量,用表示。
(2)公式:
(3)单位:
(Wb)1Wb=1T·m2
2.理解:
(1)磁通量是量,但有正负之分:
如:
一个面积是S的面,垂直匀强磁场B放置,则穿过该面的磁通量Ф=。
如果该面转动180°则穿过该面的磁通量改变了。
(2)磁通量与线圈的匝数无关
(3)磁通量的变化量ΔФ=Ф2-Ф1.磁通量变化包括:
磁感应强度B变化,面积S变化,S与B的夹角变化
【探究学习】
探究一:
研究感应电流的方向(器材:
螺线管,灵敏电流计,条形磁铁,导线)
图4.3-2
N
S
磁铁在管上静止不动时
磁铁在管中静止不动时
插入
拔出
插入
拔出
N在下
S在下
N在下
S在下
原来磁场的方向
原来磁场的磁通量变化
感应磁场的方向
原磁场与感应磁场方向的关系
感应电流的方向(螺线管上)
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、感应电流的磁场方向与原磁场的方向相有怎样的关系呢?
问题3、你能从导体和磁体相对运动的角度来确定感应电流的方向吗?
如果能,请用简洁的语言进行概括,并试着从能量的转化与守恒角度去解释你的结论?
探究二、归纳总结
楞次定律:
右手定则:
针对训练:
1.根据楞次定律可知感应电流的磁场一定( )
A.阻碍引起感应电流的磁通量
B.与引起感应电流的磁场反向
C.阻碍引起感应电流的磁通量的变化
D.与引起感应电流的磁场方向相同
2.闭合电路的一部分导体在磁场中切割磁感线运动,如图4-3-3所示,能正确表示感应电流I的方向、磁感应强度B的方向跟导体运动速度方向关系的是( )
图4-3-3
3、如图4-3-4,有一固定的超导体圆环,在其右侧放着一条形磁铁,此时圆环中没有电流。
当把磁铁向右移走时,由于产生电磁感应,在超导体圆环中产生一定的电流()
A.这电流方向如图中箭头所示,磁铁移走后,这电流很快消失
B.这电流方向如图中箭头所示,磁铁移走后,这电流继续维持
C.这电流方向与图中箭头方向相反,磁铁移走后,这电流很快消失
D.这电流方向与图中箭头方向相反,磁铁移走后,这电流继续维持
4.如图4-3-5所示的条形磁铁向闭合线圈靠近时,试在线圈中划出感应电流的方向
5.如图4.3-9所示,一平面线圈用细杆悬于P点,开始时细杆处于水平位置,释放后让它在如图所示的匀强磁场中运动.已知线圈平面始终与纸面垂直,当线圈第一次通过位置Ⅰ和位置Ⅱ时,顺着磁场方向看去,线圈中感应电流的方向分别为()
A.逆时针方向,逆时针方向
B.逆时针方向,顺时针方向
C.顺时针方向,顺时针方向
D.顺时针方向,逆时针方向
图4.3-9
6、如图4-3-9所示,开关闭合的瞬间,流过电流计的电流方向是。
(填顺时针或逆时针)。
7、如图4-3-10所示,正方形线框abcd的边长为d,向右通过宽为L的匀强磁场,且d 4.3楞次定律导学案(第二课时) 【学习目标】1、掌握楞次定律和右手定则,并会应用它们判断感应电流的方向。 2、熟练楞次定律解题的步骤。 。 【重点难点】掌握应用楞次定律解决有关问题的方法 【同步练习】 1.楞次定律: 感应电流具有这样的方向,即感应电流的磁场总要 2.右手定则: 伸开右手,使拇指与其余四个手指垂个平面内;让磁感线垂直从掌心进入,并使拇指指向 这时四指所指的就是。 3.应用楞次定律判定感应电流方向的步骤. (1)明确的方向; (2)明确穿过闭合回路的磁通量是; (3)根据楞次定律,判定感应电流的磁场方向;(增反减同) (4)利用安培定则判定的方向. 4.下列说法正确的是( ) A.感应电流的磁场方向总是与引起感应电流的磁场方向相反 B.感应电流的磁场方向与引起感应电流的磁场方向可能相同,也可能相反 C.楞次定律只能判定闭合回路中感应电流的方向 D.楞次定律可以判定不闭合的回路中感应电动势的方向 5.如图4-3-5所示,当条形磁铁由较远处向螺线管平移靠近时,流过电流计的电流方向是________,当磁铁远离螺线管时,流过电流计的电流方向是________。 图4-3-5 6.如图所示,当导体棒MN在外力作用下沿导轨向右运动时,流过R的电流方向是( ) A.由A→BB.由B→A C.无感应电流D.无法确定 【概念规律练】 知识点一 楞次定律的基本理解 1.如图所示为一种早期发电机原理示意图,该发电机由固定的圆形线圈和一对用铁芯连接的圆柱形磁铁构成,两磁极相对于线圈平面对称,在磁极绕转轴匀速转动过程中,磁极中心在线圈平面上的投影沿圆弧 运动(O是线圈中心),则( ) A.从X到O,电流由E经G流向F,先增大再减小 B.从X到O,电流由F经G流向E,先减小再增大 C.从O到Y,电流由F经G流向E,先减小再增大 D.从O到Y,电流由E经G流向F,先增大再减小 知识点二 右手定则 2.如图表示闭合电路中的一部分导体ab在磁场中做切割磁感线运动的情景,导体ab上的感应电流方向为a→b的是() 图4图5 3.如图5所示,导线框abcd与通电直导线在同一平面内,直导线通有恒定电流并通过ad和bc的中点,当线框向右运动的瞬间,则( ) A.线框中有感应电流,且按顺时针方向 B.线框中有感应电流,且按逆时针方向 C.线框中有感应电流,但方向难以判断 D.由于穿过线框的磁通量为零,所以线框中没有感应电流 【方法技巧练】 一、增反减同法 图6图7 5.电阻R、电容C与一线圈连成闭合回路,条形磁铁静止于线圈的正上方,N极朝下,如图7所示,现使磁铁开始自由下落,在N极接近线圈上端的过程中,流过R的电流方向和电容器极板的带电情况是( ) A.从a到b,上极板带正电 B.从a到b,下极板带正电 C.从b到a,上极板带正电 D.从b到a,下极板带正电 二、来拒去留法 6.如图所示,当磁铁突然向铜环运动时,铜环的运动情况是( ) A.向右摆动 B.向左摆动 C.静止 D.无法判定 7.如图所示,蹄形磁铁的两极间,放置一个线圈abcd,磁铁和线圈都可以绕OO′轴转动,磁铁如图示方向转动时,线圈的运动情况是( ) A.俯视,线圈顺时针转动,转速与磁铁相同 B.俯视,线圈逆时针转动,转速与磁铁相同 C.线圈与磁铁转动方向相同,但转速小于磁铁转速 D.线圈静止不动 8.如图所示,闭合螺线管固定在置于光滑水平面上的小车上,现将一条形磁铁从左向右插入螺线管中。 则( ) A.车将向右运动 B.使条形磁铁向右插入时外力所做的功全部由螺线管转变为电能,最终转化为螺线管的内能 C.条形磁铁会受到向左的力 D.车会受到向左的力 4.3楞次定律导学案(第三课时) 【学习目标】掌握楞次定律和右手定则,并会应用它们判断感应电流的方向。 【重点难点】掌握应用楞次定律解决有关问题的方法 【知识回顾】 1.楞次定律: 2.右手定则: 3.应用楞次定律判定感应电流方向的步骤. (1)明确的方向; (2)明确穿过闭合回路的磁通量是; (3)根据楞次定律,判定感应电流的磁场方向;(增反减同)
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