42探究感应电流产生的条件教案.docx
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42探究感应电流产生的条件教案
马洪旭新课标精品教案系列-选修3-2
高中物理课堂教学教案年月日
课题§4.2探究感应电流的产生条件课型新授课
教
学
(一)知识与技能
1.知道产生感应电流的条件。
2.会使用线圈以及常见磁铁完成简单的实验。
(二)过程与方法
目
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
(三)情感、态度与价值观
标
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
教学重点
学
重
通过实验观察和实验探究,理解感应电流的产生条件。
点
教学难点
、
感应电流的产生条件。
难
点
教
学
方
法
教
学
实验观察法、分析法、实验归纳法、讲授法
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,
手
段
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马洪旭新课标精品教案系列-选修3-2
教学活动学生活动
(一)引入新课
“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,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。
(二)进行新课
1、实验观察
(1)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,如图4.2-1所示。
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。
如图所示。
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。
还有哪些情况可以产生感应电流呢?
(2)向线圈中插入磁铁,把磁铁从线圈中拔出
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2中。
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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:
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,没有电产生。
(3)模拟法拉第的实验
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3中。
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。
2、分析论证
分组讨论,学生代表发言。
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
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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。
(如图4.2-4)
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。
(如图4.2-5)
3、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?
实例1中,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2中,导体插入、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3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。
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(四)实例探究
关于磁通量的计算
【例
1】如图所示,在磁感应强度为
B的匀强磁场中有一面积为
S的矩形线圈
abcd,垂直于磁场方向放置,现使线圈以
ab边为轴转180°,求此过程磁通量的变
化?
错解:
初态
1BS,末态
2BS,故
210。
错解分析:
错解中忽略了磁通量的正、负。
正确解法:
初态中1
BS,末态2
BS,故
2
1
2BS
关于电磁感应现象产生的条件
【例2】在图所示的条件下,闭
合矩形线圈中能产生感应电流的是
()
答案:
EF
【例3】(综合性思维点拨)如图
(甲)所示,有一通电直导线
MN水平放置,
通入向右的电流I,另有一闭合线圈P位于导线
正下方且与导线位于同
一竖直平面,正竖直向上运动。
问在线圈
P到达MN上方的过程中,穿过P的磁通量是
如何变化的?
在何位置时
P中会产生感应电
流?
解:
根据直流电流磁场特点,靠近导线处磁场强,远离导线处磁场弱。
把线圈P
从MN下方运动到上方过程中的几个特殊位置如图(乙)所示,可知Ⅰ→Ⅱ磁通量增加,Ⅱ→Ⅲ磁通量减小,Ⅲ→Ⅳ磁通量增加,Ⅳ→Ⅴ磁通量减小,所以整个过程磁通
量变化经历了增加→减小→增加→减小,所以在整个过程中P中都会有感应电流产生。
关于电磁感应现象的实际应用
【例4】如图所示是生产中常用的一种延时继
电器的示意图。
铁芯上有两个线圈A和B。
线圈A
跟电源连接,线圈B的两端接在一起,构成一个闭
合回路。
在断开开关S的时候,弹簧E并不能立即
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将衔铁D拉起,因而不能使触头
C(连接工作电路)立即离开,过一段时间后触头
C
才能离开,延时继电器就是这样得名的。
试说明这种继电器的原理。
解析:
线圈A与电源连接,线圈
A中有恒定电流,产生恒定磁场,有磁感线穿
过线圈B,但穿过线圈B的磁通量不变化,线圈
B中无感应电流。
断开开关
S时,
线圈A中电流迅速减减小为零,穿过线圈
B的磁通量也迅速减少,由于电磁感应,
线圈B中产生感应电流,由于感应电流的磁场对衔铁
D的吸引作用,触头C不离开;
经过一小段时间后感应电流减弱,感应电流磁场对衔铁
D的吸引力减小,当弹簧
E
的作用力比磁场力大时,才将衔铁
D拉起,触头C离开.
巩固练习
1.关于磁通量、磁通密度、磁感应强度,下列说法正确的是()
A.磁感应强度越大的地方,磁通量越大
B.穿过某线圈的磁通量为零时,由B=Φ可知磁通密度为零
S
C.磁通密度越大,磁感应强度越大
D.磁感应强度在数值上等于1m2的面积上穿过的最大磁通量
答案:
CD
2.下列单位中与磁感应强度的单位“特斯拉”相当的是()
A.Wb/m2
B.N/A·m
2
D.kg/C·m
C.kg/A·s
答案:
ABC
3.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.只要闭合导线做切割磁感线运动,导线中就一定有感应电流
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.当穿过闭合电路的磁通量发生变化时,闭合电路中一定有感应电流
答案:
D
4.在一长直导线中通以如图所示的恒定电流时,套在长直导线上的闭合线环(环
面与导线垂直,长直导线通过环的中心),当发生以下变化时,肯定能产生感应电流
的是()
A.保持电流不变,使导线环上下移动
B.保持导线环不变,使长直导线中的电流增大或减小
C.保持电流不变,使导线在竖直平面内顺时针(或逆时针)转动
D.保持电流不变,环在与导线垂直的水平面内左右水平移动
解析:
画出电流周围的磁感线分布情况。
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答案:
C
5.如图所示,环形金属软弹簧,套在条形磁铁的中心位置。
若将弹簧沿半径向外
拉,使其面积增大,则穿过弹簧所包围面积的磁通量将()
A.增大B.减小
C.不变D.无法确定如何变化
答案:
B
6.行驶中的汽车制动后滑行一段距离,最后停下;流星在夜空中坠落并发出明亮
的火焰;降落伞在空中匀速下降;条形磁铁在下落过程中穿过闭合线圈,线圈中产生
电流。
上述不同现象中所包含的相同的物理过程
A.物体克服阻力做功
B.物体的动能转化为其他形式的能量
C.物体的势能转化为其他形式的能量
D.物体的机械能转化为其他形式的能量
解析:
都是宏观的机械运动对应的能量形式——机械能的减少,相应转化为其他
形式能(如内能、电能)。
能的转化过程也就是做功的过程。
答案:
AD
7.在无线电技术中,常有这样的要求:
有两个线圈,要使一个线圈中有电流变化
时,对另一个线圈几乎没有影响。
图16-1-9中,最能符合这样要求的一幅图是()
答案:
D
ABCD
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作
2、书面完成P8“问题与练习”第5、6、7题;思考并回答第1、2、3、4题。
业
板
书
设
计
教
学
后
记
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- 42 探究 感应电流 产生 条件 教案