第8章电磁相互作用及应用剖析.docx

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第8章电磁相互作用及应用剖析

九年级物理（教科版）上册

教

学

设

计

第八章电磁相互作用及应用

1电磁感应现象………………………………………………1

第一课时…………………………………………………………1

第二课时…………………………………………………………4

2磁场对电流的作用…………………………………………7

第一课时…………………………………………………………7

第二课时………………………………………………………11

3电话和传感器………………………………………………14

1电磁感应现象

第一课时

教学目标

1.掌握电磁感应现象的内容，理解产生感应电流的条件。

2.掌握影响感应电流方向的因素，并了解右手定则。

3.了解影响感应电流大小的因素。

教学重难点

重点：

电磁感应现象的内容。

难点：

产生感应电流的条件。

教学过程

一、新课引入：

既然电流能产生磁场，那么能否利用磁场来产生电流呢？

二、电磁感应发现时间：

1831年，英国物理学家法拉第经过10年的探索，终于发现了利用磁场产生电流的条件和规律，导致了发电机、电动机和变压器的相继问世，使人类社会进入了电气化时代。

三、实验探究：

导体在磁场中产生电流的条件

结合课本P124“实验探究”完成

1.电磁感应现象的内容：

闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动时，导体中就会产生电流，这种现象叫做电磁感应，所产生的电流叫做感应电流。

2.正确理解电磁感应现象的内容

“闭合电路的一部分导体做切割磁感线的运动”，这句话包含两层意思：

（1）①电路应该是闭合的，而不是断开的；②要有一部分导体做切割磁感线的运动。

注意切割磁感线的导体一定是闭合电路的一部分，而不是整个电路。

（2）“做切割磁感线的运动”，①所谓切割磁感线，类似于切菜，垂直地切割或斜着切割都可以。

这就是说，导体的运动方向一定与磁感线成一定角度，不能与磁感线平行，否则无法切割磁感线；②“切割磁感线运动”指的是导体与磁场的相对运动，磁场不运动，导体运动时，导体能切割磁感线；导体不运动，磁场运动时，导体也能切割磁感线，同样能产生感应电流。

3.感应电流的产生条件：

（1）闭合电路的一部分导体；

（2）该部分导体在磁场中做切割磁感线运动。

二者缺一不可。

4.在电磁感应现象中，机械能转化为电能。

5.问题一：

为什么实验中使用灵敏电流表而非一般电流表？

（①因为灵敏电流表的零刻线在中间，可以左右摆动，表明流过电流表的电流方向可以反向；②实验中产生的电流很小，一般的电流表不容易测出）

问题二：

为什么必须组成一个闭合电路？

（当电路不闭合，导体在做切割磁感线运动时，在它的两端会产生电压，但由于电路不是闭合的，所以在电路中没有电流产生）

6.练习：

表示垂直于纸面的一根导线，它是闭合电路的一部分，它在磁场中按如下图所示的方向运动时，在哪种情况下会产生感应电流？

甲乙丙丁

四、感应电流的方向

1.结论：

在电磁感应现象中，感应电流的方向与导体切割磁感线的方向及磁场方向有关。

2.理解：

若导体切割磁感线运动的方向或磁场方向中，有一个方向变为原来的相反方向时，感应电流的方向也随之改变；若导体切割磁感线运动的方向和磁场方向同时变为原来的相反方向时，感应电流的方向不变。

3.练习：

如下图所示，甲图中闭合电路的一部分导体在磁场中沿箭头所示方向运动，导体中的感应电流方向垂直于纸面向里，乙图中改变导体的运动方向，感应电流的方向如何？

丙图中丙对调两磁极的位置，感应电流的方向又如何？

甲乙丙

4.右手定则

右手定则是用来确定感应电流方向与磁感线方向、导体的运动方向之间的关系的，它的内容是：

伸开右手，让大拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在一个平面内，让磁感线垂直从手心进入，大拇指指向导体运动的方向，其余四指的指向就是感应电流的方向。

五、感应电流的大小

感应电流的大小与磁场强弱、导体切割磁感线的速度、在磁场中导体长度（线圈的匝数）及导体运动方向与磁感线方向的夹角均有关。

磁场越强，导体切割磁感线的速度越大，磁场中的导体越长，导体运动方向与磁感线方向夹角越接近90°，感应电流越大。

六、小结

七、作业设计

第二课时

教学目标

1.掌握发电机的构造、工作原理及能量转化。

2.了解发电机的工作过程。

3.了解交流电与直流电。

教学重难点

重点：

发电机的构造、工作原理及能量转化。

难点：

发电机的工作过程。

教学过程

一、复习：

感应电流产生的条件、方向与大小。

二、新课引入：

由课本P126“动手做”完成。

三、发电机

1.工作原理：

发电机是依据电磁感应现象来发电的。

2.能量转化：

机械能转化为电能。

3.构造：

主要由定子（不动部分）和转子（转动部分）组成。

拓展：

（1）我们学习的发电机模型由永磁体和线圈组成，采用磁体不动线圈转动的方式；而实际的大型发电机采用线圈不动、磁极旋转的方式发电，这种发电机叫做旋转磁极式发电机。

（2）发电机中，为了得到较强的磁场，还要用电磁铁代替永磁体。

4.工作过程（如课本P127图8-1-7所示）

（1）线圈转到此位置时，线圈不切割磁感线，电路中没有电流。

如第1图。

（2）线圈从图1位置匀速转到图2位置的过程中，线圈一边向下、一边向上切割磁感线，线圈中产生逐渐增大的感应电流，且在图2位置时，电流最大。

（3）线圈从图2位置匀速转到图3位置的过程中，线圈中产生逐渐减小的感应电流，当处于图3位置时，线圈不切割磁感线，电路中没有感应电流。

（4）线圈由图3匀速转到图4位置的过程中，线圈两边切割磁感线，线圈中产生逐渐增大的感应电流，且在图4位置时，电流最大。

电流方向与图2相反。

（5）当线圈由图4匀速转到图5所示的位置过程中，线圈中产生逐渐减小的感应电流，当处于图5位置时，线圈不切割磁感线，电路中没有感应电流。

由图可知，在线圈转动前半周时，外部电路中的电流方向与后半周时相反。

发电机不停地重复上面的过程。

随着线圈的转动，发电机中产生的感应电流的大小和方向呈周期性变化，形成交流电。

四、交流电

1.随着线圈的转动，发电机产生的感应电流的大小和方向也在周期性地变化，这样的电流叫做交变电流，简称交流电。

2.在交变电流中，电流在1S内完成周期性变化的次数叫做频率，单位是赫兹。

我国电网的交流电周期为0.02s，频率是50Hz，其意义是发电机线圈转一周所用时间为0.02s,1s内线圈转50周。

因为线圈每转一周电流方向改变两次，所以，频率为50Hz的交流电1s内电流方向改变100次。

3.拓展：

直流电

电流方向不随时间而改变的电流叫做直流电。

例如从干电池中获得的电流就是直流电。

五、小结

六、作业设计

1.练习册

2磁场对电流的作用

第一课时

教学目标

1.掌握如何让磁场对通电导体产生力的作用及能量转化。

2.掌握通电导体在磁场中受力的作用方向与哪些因素有关及怎样的关系。

3.了解左手定则，如何让线圈在磁场中持续转动

教学重难点

重点：

磁场对电流的作用。

难点：

影响通电导体在磁场中受力方向的因素的理解

教学过程

一、新课引入：

将一个小磁针放在磁体附近，小磁针的指向发生变化，这是因为磁体周围存在磁场，磁体之间通过磁场而发生力的作用。

奥斯特实验表明电流周围也存在磁场，若将通电导体置于磁体的磁场中，它会不会受力呢？

即磁场对电流会不会有作用呢？

二、磁场对通电导线（直导线）的作用

由课本P129页“实验探究”完成。

1.由“实验探究”第一段得出结论：

磁场对通电导线有力的作用。

注意：

（1）通电导体在磁场中受力的原因：

磁体周围存在磁场，把一个磁体跟另一个磁体接近时，它们之间会通过磁场发生力的作用。

通电导体周围也存在磁场，把一个磁体和一个通电导体接近时，磁体会受到力的作用，而物体间力的作用是相互的，通电导体也受到力的作用。

因此，磁场对通电导线（或磁场对电流）产生力的作用，实质上是磁体间通过磁场而产生的相互作用。

（2）磁场对通电导体的作用是“力”而不是“运动”，也就是说，通电导体在磁场中会受到磁力的作用，但不一定运动。

（拓展：

通电导体在磁场中只有受到非平衡力时，才会运动）

（3）磁场对通电导线的作用与通电导线在磁场中的放置情况有关，当通电导线平行于磁场方向放置时，不受磁场力的作用（此时电流方向与磁感线方向相同或相反）（如下图所示）。

只有当导体与磁感线斜交或垂直时，通电导体才会受到磁场力的作用，且同样条件下导体与磁感线垂直时，所受的作用力最大。

受力受力不受力

2.由“实验探究”第二段得出结论：

磁场对通电导线的作用力的方向与电流的方向、磁场的方向均有关。

拓展：

（1）通电导体的受力方向改变情况：

若通电导体中的电流方向或磁场方向有一个改变，则导体的受力方向随之改变；若上述两个方向同时改变，则导体的受力方向不改变。

如下图所示：

（2）左手定则：

把左手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，手心面向N极（叉进点出），四指指向电流所指方向，则大拇指的方向就是导体受力的方向。

小提示：

①电磁学中，右手定则判断的主要是与力无关的方向。

如果是和力有关的则全依靠左手定则。

即，关于力的用左手，其他的（一般用于判断感应电流方向）用右手定则。

（这一点常常有人记混，可以发现“力”字向左撇，就用左手；而“电”字向右撇，就用右手）记忆口诀：

左通力右生电。

②右手螺旋定则判断通电螺线管的磁极或电流方向；右手定则判断电磁感应现象中感应电流方向；左手定则判断通电导体（包括通电直导线和通电线圈）在磁场中的受力方向。

没有左手螺旋定则。

3.磁场对电流的作用中的能量转化：

电能转化为机械能。

4.拓展：

通电导体在磁场中受力的大小与磁场强弱和电流大小有关。

电流越大、磁场越强，通电导体在磁场中受到的力越大。

5.练习：

如图课本P129图8-2-2，当闭合开关，有电流由a至b通过导线ab时，它将受到磁场力作用而向左运动，则当磁场方向相反时，ab将向运动；当电流方向相反时，ab将向运动；当电流方向和磁场方向同时改变时，ab将向运动。

三、让线圈在磁场中转起来（磁场对通电线圈的作用）

1.课本P130“实验探究”实验现象：

线圈将转动起来，当转到某一位置时，线圈左右摆动几次，最终停止在这一位置。

2.现象分析（如课本P131图8-2-5所示）：

如第1图所示，当线圈处在这个位置时，ab边和cd边中的电流方向相反，所以受到的力的方向相反且不在同一条直线上，线圈将发生转动。

如第2图所示，当线圈转到这个位置时，ab边和cd受到的力在同一直线上，大小相等、方向相反，是一对平衡力。

当线圈由于惯性转过这个位置时，ab边受到力的方向向上，cd边受到力的方向向下，最终线圈将逆时针转动，线圈又回到平衡位置，左右摆动几次，最终停在第2图所示位置，不能持续转下去。

（故把这一位置称为平衡位置，即线圈平面和磁感线垂直的位置，此时线圈受到一对平衡力的作用。

）

3.怎样才能使线圈持续转动呢？

方法一：

在线圈刚转过平衡位置时，立即改变线圈中的电流方向，由于受力方向改变，线圈就可以按原来的方向继续转动。

方法二：

（课本P130“实验探究”）用刀片将作为转动轴的漆包线同侧的半边漆刮掉，这样线圈中无电流通过，不再受磁场力的作用，但由于惯性将继续按原来方向转动。

当转动到原来位置时，再次通电，再次受磁场力的作用。

如此循环，就能使线圈持续转动。

4.线圈在磁场中的转速与哪些因素有关？

与磁场的强弱、线圈匝数、电流大小有关，当磁场越强、线圈匝数越多、电流越大时，转速越快。

四、小结

五、作业设计

第二课时

教学目标

1.掌握电动机的工作原理及模型示意图，并能与发电机进行区别。

2.了解换向器及其作用。

3.了解直流电动机的工作过程。

4.了解电动机的优点及应用。

教学重难点

重点：

电动机的工作原理及模型示意图。

难点：

电动机的工作过程的理解。

教学过程

一、复习：

1.磁场对电流的作用、作用方向、大小。

2.怎样让线圈在磁场中持续转动？

二、新课引入：

磁场对电流的作用的主要应用是电动机，这节课我们就来了解一下电动机为什么能够转动？

三、电动机

1.工作原理：

通电线圈在磁场中受到力的作用而发生转动。

2.直流电动机的构造

如图课本P132图8-2-6所示，电动机主要由磁体、线圈、换向器（图中E和F）、电刷（图中A和B）组成。

通常我们把电动机中能够转动的部分叫转子，固定不动的部分叫定子。

3.平衡位置：

当通电线圈在平面与磁感线垂直时，线圈平面所处的位置叫做平衡位置，处于此位置的线圈受平衡力的作用，线圈无法转动。

4.换向器：

换向器的作用：

（1）当线圈刚好转到平衡位置时，两电刷刚好接触两半环的绝缘部分，自动切断线圈中的电流，目的是通过切断电流，让线圈利用惯性转过平衡位置；

（2）当线圈刚好转过平衡位置时，与两个半环接触的电刷就调换了，即自动改变线圈中的电流方向，目的是通过改变线圈两边的受力方向，维持线圈沿原方向持续转动。

5.直流电动机的工作过程

如课本P132图8-2-6所示。

（1）线圈处于图1所示位置时，半环E与电刷A接触，半环F与电刷B接触，电流流向为：

电源正极—电刷B—半环F—线圈—半环E—电刷A—电源负极，此时线圈的左边受到向上的力，右边受到向下的力，使线圈顺时针转动。

（2）线圈转至平衡位置，两电刷跟两个半环间的绝缘部分接触，线圈中无电流，此时线圈不受力的作用，但线圈由于惯性会越过平衡位置。

（3）线圈越过平衡位置后，如图2所示，半环E变为跟电刷B接触，半环F变为跟电刷A接触，电流流向为：

电源正极—B—E—线圈—F—A—电源负极，此时线圈的左边受到向上的力，右边受到向下的力，使线圈继续顺时针转动。

（4）线圈又转至平衡位置时，其情况跟

（2）相似，两电刷跟两个半环间的绝缘部分接触，线圈中无电流，此时线圈不受力的作用，但线圈由于惯性会越过平衡位置。

6.拓展

发电机和电动机的区别：

发电机的原理是电磁感应现象，它工作时可向外供电，即为电源，那么外电路中就没有电源；而电动机是根据通电线圈在磁场中受力转动的原理制成的，它的外电路中必须有电源（如电池组）供电，线圈才会转动。

四、电动机与人类文明

课本P132。

五、小结

六、作业设计

练习册。

3电话和传感器

教学目标

1.理解声音信息与电信息之间的互相转换。

2.了解电话、扬声器、话筒的结构及工作原理。

3.了解传感器的定义及应用。

教学重难点

重点：

了解电话等的结构及工作原理、传感器的定义及应用。

难点：

声音信息与电信息之间的互相转换的理解。

教学过程

一、复习电磁感应现象与磁场对电流的作用。

二、声信息与电信息

1.把声音信息转化成电流信息

由课本P135“观察”完成

（1）实验原理：

电磁感应原理。

（2）实验现象：

当对着线圈说话时，示波器上出现了与声音变化相对应的图形。

（3）现象分析：

（课本P135最后一段）根据电磁感应，当置于磁极附近的线圈在声音推动下做切割磁感线振动时，线圈中会产生与声音变化相应的感应电流，这样就把声音转变成了相应的电流变化。

（4）实验结论：

根据电磁感应原理，该现象说明声音信息能转化为电流信息。

2.把电流信息还原成声音信息

由课本P136“实验探究”完成

（1）实验原理：

通电导体在磁场中受到力的作用。

（2）实验现象：

碎纸屑发生振动。

（3）现象分析：

当线圈中有电流通过时，通电线圈在磁场中受到力的作用，这样就迫使线圈带动纸片发生振动（纸片上的碎纸屑也随之振动），把相应的电流信息还原成声音信息。

（4）实验结论：

根据通电导体在磁场中受力的作用，说明电流信息能转化为声音信息。

三、电话的构造和原理

1.电话的结构

最简单的电话是由话筒和听筒两个基本部分组成。

2.工作原理：

话筒的作用：

把声音信号转化为变化的电流信号，将机械能转化为电能。

听筒的作用：

把变化的电流还原为声音信号，将电能转化为机械能。

3.电话的电路是主叫方的话筒和被叫方的听筒串联起来接在电源上组成的。

当两部电话接通时，这两部电话就形成了两个串联电路。

4.扬声器

（1）结构：

如课本P137图8-3-7所示是一种动圈式扬声器的构造示意图，它主要是由固定的永磁体、线圈和锥形纸盆构成的。

（2）工作原理：

扬声器是把电信号转换成声信号的一种装置。

当线圈中有电流通过时，就会受到磁场的作用力而运动，即磁场对通电导体有力的作用。

由于扬声器工作时通过线圈的电流大小和方向是反复变化的（交变电流），所以线圈就要前后往复运动，从而带动纸盆来回振动，于是扬声器就发出了声音。

5.动圈式话筒

（1）结构如课本P139图8-3-12所示。

（2）工作原理：

其基本原理是电磁感应。

当我们对着话筒说话时，我们说话产生的声波就会引了膜片振动，膜片振动就会带动套在磁极上的线圈前后振动，而线圈前后振动时就做切割磁感线运动，所以就在线圈中产生了电流，这样就把声信号转化成了电信号。

四、传感器

1.定义：

不仅声信息能转换为电信息，光信息、热信息、力信息等都可以转化为电信，这些实现其他信息转换成电信息的器件，叫做传感器。

2.应用

（1）传感器在生活中的应用很广泛：

电话、电视机、冰箱、空调、路灯、抽油烟机、电子秤、计算机等都应用了传感器。

（2）传感器在高科技领域的应用也很广泛：

军事、环境、医疗、地震监测、气象服务等众多领域都应用了传感器，为我们生产、生活带来巨大的变化和效益。

五、小结

六、作业设计