人教版物理（中職）類 5.5《電磁感應》 導學案（無答案）

第5節(jié)《電磁感應》課前自主學習任務單基礎層次（A層次）一、學習目標1、了解電磁感應現(xiàn)象及感應電流產(chǎn)生的條件。2、理解右手定則，能用右手定則判斷閉合回路的一部分導體切割磁感線時感應電流的方向。3、理解法拉第電磁感應定律，并能利用定律進行簡單的計算。二、學習過程：任務1：電磁感應現(xiàn)象1、導線切割磁感線運動。初中我們曾經(jīng)講過導線切割磁感線運動的實驗線路中怎樣才能產(chǎn)生感應電流？閉合導體回路的________導體在磁場中做___________運動時，導體中就會產(chǎn)生___________。這種現(xiàn)象叫做______________現(xiàn)象，其中產(chǎn)生的電流叫______________。我們來找出這句話中的幾個關(guān)鍵詞（即產(chǎn)生感應電流的條件）（1）是閉合導體回路：線圈必須閉合，如果不閉合就不能形成回路，是不可能產(chǎn)生電流的。（2）是回路的一部分導體在磁場中：如果回路的全部導體在磁場中末必能產(chǎn)生感應電流。比如：圖1，整個回路都在勻強磁場中，水平向右運動，不但AB邊切割磁感線，CD也切割磁感應線，各自產(chǎn)生的電流大小相等，方向相反，故整個電路中沒有電流產(chǎn)生。因此，初中時，我們要強調(diào)“閉合回路的一部分導體在磁場中做切割磁感線運動”，如圖2，只有AB邊切割磁感線，且產(chǎn)生感應電流，故整個回路中一定有感應電流。（3）一定要做切割磁感線運動AB左右運動、上下運動或靜止不動，都不切割磁感線，故都不產(chǎn)生感應電流。只有做垂直于紙面的前后運動，才能產(chǎn)生感應電流。按照初中的這個說法，“導線切割磁感線”是產(chǎn)生感應電流的必要條件，不做切割磁感線運動，就不能產(chǎn)生感應電流。事實是不是這樣呢？讓我們用實驗說話。2、閉合線圈與磁鐵之間的相對運動方法：1、將條形磁鐵插入線圈2、將條形磁鐵從線圈中拔出3、磁鐵放在線圈內(nèi)不動現(xiàn)象：1、2有電流產(chǎn)生，3沒有電流產(chǎn)生分析：導線并沒有切割磁感線，但產(chǎn)生了感應電流。3、閉合線圈與載有變化電流的線圈方法：線圈A（中間的小線圈）跟電鍵和電源連接起來，線圈B（外面的大線圈）跟電流計相連。把A插入到B中?，F(xiàn)象：關(guān)閉和打開電鍵的瞬間，B中有電流產(chǎn)生；而當A中正常通電時，B中卻沒有電流產(chǎn)生。分析：如果說，上一個實驗中，磁鐵插入線圈時，線圈和磁鐵有相對運動，導線還有切割磁感線的嫌疑的話，那么，剛才實個實驗，根本沒有運動，更不存在切割磁感線的問題，為什么B中又會產(chǎn)生感應電流呢？▲看來，把切割磁感線作為產(chǎn)生感應電流的必要條件是不正確的，最起碼說是不全面的。那么究竟什么才是產(chǎn)生感應電流的真正條件呢？下面我們繼續(xù)討論。任務2：產(chǎn)生感應電流的條件科學家經(jīng)過不斷地探索和分析，終于找到了產(chǎn)生感應電流的真正條件不論用什么方法，只要穿過閉合導體回路的磁通量發(fā)生變化，回路中就有感應電流產(chǎn)生。下面我們將剛才討論的幾種情形再來分析一下。1、導線切割磁感線運動的情形圖1是將整個線圈放在磁場中做切割磁感線的情形。線圈面積S不變，因為是勻強磁場，所以B不變，且線圈平面始終跟磁場垂直，所以運動過程中，φ＝BS不變，故不產(chǎn)生感應電流。圖2是將閉合回路的一部分導體放在磁場中做切割磁感線的情形。很明顯，當線圈向右運動時，穿過線圈的磁感線條數(shù)變少，即磁通量變??；如果向左動動時，穿過線圈的磁感線條數(shù)變多，即磁通量變大。故有感應電流產(chǎn)生。如果在圖2中，線圈靜止不動、前后運動、上下運動，導線不切割磁感線，穿過線圈的磁感線條數(shù)不變，故不產(chǎn)生感應電流。▲故只有閉合線圈的一部分導體在磁場中做切割磁感線運動時，導體中才會產(chǎn)生感應電流。2、閉合線圈與磁鐵之間的相對運動的情形（結(jié)合實驗）我們大家都知道，線圈越靠近磁極處，磁場越強，即B越大。而線圈的面積S保持不變。因此，插入時，磁通量變大，有感應電流產(chǎn)生；拔出時，磁通量變小，也有感應電流產(chǎn)生。而將磁鐵放在線圈上不動，B和S都不變，故磁通量保持不變，所以不產(chǎn)生感應電流。3、閉合線圈與載有變化電流的線圈的情形合上電鍵的瞬間，A中的電流漸大，周圍產(chǎn)生的磁場漸強，所以穿過B線圈的磁通量增加，故B中會產(chǎn)生感應電流；斷開電鍵的瞬間，A中的電流漸小，周圍產(chǎn)生的磁場漸減，所以穿過B線圈的磁通量減小，故B中有感應電流產(chǎn)生；當電流穩(wěn)定時，電流不變，磁場不變，B中的磁通量也不變，故B中沒有感應電流產(chǎn)生。任務3：右手定則既然閉合線路的一部分導體切割磁感線能產(chǎn)生感應電流，那么電流的方向如何呢？我們可以通過右手定則來判斷。伸出右手，使大拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在一個平面內(nèi)，把右手放入磁場中，讓磁感線垂直穿入手心，大拇指指向?qū)w運動的方向。那么，其余四指的指向就是感應電流的方向。例如：1、如圖所示，磁感線是由N極指向S極的，即豎直向下的，因此手心應向上（這樣磁感線才能“穿入”手心）。導線的運動方向是由紙里指向紙外的，因此，大拇指應向外。這樣四指就是向右的，表示感應電流的方向為由左向右。2、如圖所示，磁感線是由紙外指向紙里的，所以手心應向外（這樣磁感線才能穿入手心）。導線的運動方向是向右的，因此大拇指應指向右。這樣四指必然向上，表示感應電流的方向向上。任務4：法拉第電磁感應定律（一）感應電動勢1、概念：電磁感應現(xiàn)象中產(chǎn)生電流，必然先產(chǎn)生了電動勢。（因為沒有電動勢就沒有電流）我們把電磁感應現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢，叫做感應電動勢。2、感應電流的大小與感應電動勢的關(guān)系產(chǎn)生感應電動勢的那部分導線或線圈，相當于電源。根據(jù)全電路的歐姆定律，我們可以知道：感應電流的強弱由感應電動勢E和閉合電路的總電阻決定的，即在線圈總電阻不變的情況下，I越大，表示電動勢越大。3、感應電動勢與線路是否閉合無關(guān)前面我們講過，一個電源，當不接外電路時，就沒有電流，當電源接外電路時，就有電流。但不管什么情況，電源的電動勢總是客觀存在的。▲同樣地，在電磁感應現(xiàn)象中（1）閉合時，磁通量變化，產(chǎn)生感應電動勢，形成電流（2）斷開時，只要磁通量發(fā)生變化，照樣產(chǎn)生感應電動勢，只不過是不能形成電流。（二）法拉第電磁感應定律將P135的實驗一，以不同的插入和拔出速度再做幾遍，我們會發(fā)現(xiàn)：速度快——指針偏轉(zhuǎn)角度大——電流大——表明產(chǎn)生的電動勢大速度慢——指針偏轉(zhuǎn)角度小——電流小——表明產(chǎn)生的電動勢小我們大家都知道，在磁鐵的插入過程中，磁通量的變化是不變的插得快，說明磁通量變化快，插得慢，說明磁通量變化慢?！覀儼汛磐康淖兓俊鳓张c發(fā)生這此變化量所用時間的比值，叫做磁通量的變化率。（注意比較φ、△φ、三個物理量）顯然，磁通量的變化率越大，電流越大，表示電動勢越大。法拉第經(jīng)過大量的實驗歸納得出：導體回路中感應電動勢的大小，跟穿過這一電路的磁通量的變化率成正比。這就是法拉第電磁感應定律。1、單匝線圈的感應電動勢2、多匝線圈的感應電動勢相當于幾個單匝線圈的串聯(lián)，即總電動勢是單匝的幾倍。即3、導線切割磁感線時，產(chǎn)生的感應電動勢。設磁感應強度為B，ab的長度為L向右運動的還度為V，則△S＝V△tL所以△φ＝B△S＝BV△tL所以表明：導線在做切割磁感線的運動時，產(chǎn)生的感應電動勢的大小，等于磁感應強度B，導線長度L，運動速度V三者的乘積。注意：1、B、L、V三者必須垂直2、當速度V為瞬時值時，E為瞬時感應電動勢；當速度V為平均值時，E為感應電動勢。例題：例1、P137例題例2、在B＝0.10T的勻強磁場中，一根長為L＝0.40m的導體以V＝5.0m/s的速度做垂直切割磁感線的運動。如果B、L、V互相垂直，導體與外電路連成閉合回路，總電阻R＝0.5Ω，求導體中的感應電動勢和感應電流。解因B、L、V互相垂直，由法拉第電磁感應定律E＝BLV＝0.1×0.4×5.0V＝0.2V電路中的感應電流為三、檢測反饋1、判斷下列說法，哪些是正確的？（）A、無論什么情況，只要閉合導體回路中有磁通量，回路中就一定產(chǎn)生感應電流B、只要穿過閉合導體回路的磁通量發(fā)生變化，回路中就一定產(chǎn)生感應電流C、閉合導體回路中的一部分導體在磁場中運動時，回路中就會產(chǎn)生感應電流D、閉合導體回路中的一部分導體在磁場中做切割磁感線的運動時，回路中就會產(chǎn)生感應電流2、把一個銅環(huán)放在勻強磁場中，使環(huán)的平面與磁場的方向垂直，如圖所示。如果使銅環(huán)沿著磁場的方向移動，銅環(huán)中是否產(chǎn)生感應電流？為什么？若磁場是不均勻的，能否產(chǎn)生感應電流？為什么？3、下面是閉合線圈的一部分導體在磁場中的運動情況，試判斷感應電流的方向。4、在地球赤道附近由東向西移動一根豎直導線，導線里有沒有感應電動勢？如果有，哪一端的電勢高？應用層次（B層次）一、學習目標（在A層次的基礎上增加）1、了解常見的使磁通量發(fā)生改變的幾種方法二、學習過程：任務1：常見的使磁通量發(fā)生改變的幾種方法前面我們講過：“不論用什么方法，只要穿過閉合導體回路的磁通量發(fā)生變化，回路中就有感應電流產(chǎn)生?！蹦敲淳烤褂心膸追N常見的改變磁通量的方法呢？1、線圈面積不變，改變磁場右圖的兩個實驗，實際上都是采用這種方法實現(xiàn)穿過線圈的磁通量發(fā)生變化的。2、磁場不變，改變面積3、面積和磁場都不變，改變兩者之間的角度4、進入或退出磁場5、在非勻強磁場中平移三、檢測反饋1、關(guān)于產(chǎn)生感應電流的條件，以下說法中正確的是[]A．閉合電路在磁場中運動，閉合電路中就一定會有感應電流B．閉合電路在磁場中作切割磁感線運動，閉合電路中一定會有感應電流C．穿過閉合電路的磁通為零的瞬間，閉合電路中一定不會產(chǎn)生感應電流D．無論用什么方法，只要穿過閉合電路的磁感線條數(shù)發(fā)生了變化，閉合電路中一定會有感應電流拓展層次（C層次）一、學習目標（在A、B兩層次的基礎上增加）1、了解楞次定律及其簡單應用二、學習過程：任務1：楞次定律右手定則只能判斷導線切割磁感線產(chǎn)生感應電流的方向，但對于課本上P135的演示實驗一和演示實驗二所產(chǎn)生的感應電流的方向就無法判斷。因此我們有必要來共同認識另一種判斷感應電流方向的方法——楞次定律。下面我們來對課本上P135的演示實驗一進行分步研究。1、如圖1所示，當條形磁鐵的N極向下插入時，（1）磁鐵在線圈位置產(chǎn)生的磁場（原磁場）方向為向下的。（2）磁鐵插入時，穿過線圈的磁通量是變大的。（3）實驗證明產(chǎn)生感應電流的方向如圖所示。（4）根據(jù)安培定則（右手螺旋定則），線圈感應電流所產(chǎn)生的磁場方向豎直向上。分析：插入N極時，磁通量變_____，感應電流所產(chǎn)生的磁場方向與原磁場方向_________。仿照1對圖2、3、4進行分析。2、如圖2所示，當條形磁鐵的N極向下從線圈中拔出時，（1）磁鐵在線圈位置產(chǎn)生的磁場（原磁場）方向為___________的。（2）磁鐵拔出時，穿過線圈的磁通量是變________的。（3）實驗證明產(chǎn)生感應電流的方向如圖2所示。（4）根據(jù)安培定則（右手螺旋定則），線圈感應電流所產(chǎn)生的磁場方向是____________。分析：拔出N極時，磁通量變_____，感應電流所產(chǎn)生的磁場方向與原磁場方向_________。3、如圖3所示，當條形磁鐵的S極向下插入時，（1）磁鐵在線圈位置產(chǎn)生的磁場（原磁場）方向為向上（指向S極）（2）磁鐵插入時，穿過線圈的磁通量是變________的。（3）實驗證明產(chǎn)生感應電流的方向如圖3所示。（4）根據(jù)安培定則（右手螺旋定則），線圈感應電流所產(chǎn)生的磁場方向是____________。分析：插入S極時，磁通量變_____，感應電流所產(chǎn)生的磁場方向與原磁場方向_________。4、如圖4所示，當條形磁鐵的S極向下從線圈中拔出時，（1）磁鐵在線圈位置產(chǎn)生的磁場（原磁場）方向為___________的。（2）磁鐵拔出時，穿過線圈的磁通量是變________的。（3）實驗證明產(chǎn)生感應電流的方向如圖4所示。（4）根據(jù)安培定則（右手螺旋定則），線圈感應電流所產(chǎn)生的磁場方向是____________。分析：拔出S極時，磁通量變_____，感應電流所產(chǎn)生的磁場方向與原磁場方向_________。結(jié)論：當穿過線圈的磁通量變大時，產(chǎn)生感應電流的磁場方向與原磁場方向相反；當穿過線圈的磁通量變小時，產(chǎn)生感應電流的磁場方向與原磁場方向相同。概括起來就是楞次定律：閉合回路中感應電流的磁場總是要阻礙引起感應電流的磁通量的變化。定律的理解：當磁通量變大的時候，為了阻止它變大，產(chǎn)生的感應電流的磁場與原磁場方向相反，這樣就能在一定程度上阻礙磁通量變大的進程；當磁通量變小的時候，為了阻止它變小，產(chǎn)生的感應電流的磁場與原磁場方向相同，這樣就能在一定程度上阻礙磁通量變小的進程。例題：如圖所示，求閉合電路中的感應電流的方向。第一步：確定原磁場的方向本題的原磁場方向是由下向上（S極周圍的磁場是指向S極）第二步：判斷磁通量是增大還是減小本題因為是拔出，使磁極遠離線圈，所以磁通量是減小的第三步：根據(jù)楞次定律，確定感就電流的磁場方向因為磁通量減小，所以感應電流的磁場方向與原磁場方向相同。即由下向上。第四步：利用安培定則，判斷感應電流的方向（略）三、檢測反饋1、閉合銅環(huán)與閉合金屬框相接觸放在勻強磁場中，如圖9所示，當銅環(huán)向右移動時(金屬框不動)，下列說法中正確的是[]A．銅環(huán)內(nèi)沒有感應電流產(chǎn)生，因為磁通量沒有發(fā)生變化B．金屬框內(nèi)沒有感應電流產(chǎn)生，因為磁通量沒有發(fā)生變化C．金屬框ab邊中有感應電流，因為回路abfgea中磁通量增加了D．銅環(huán)的半圓egf中有感應電流