高中物理電磁感應(yīng)

高中物理電磁感應(yīng)?一、教學(xué)目標(biāo)1.知識(shí)與技能目標(biāo)理解電磁感應(yīng)現(xiàn)象，知道產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件。掌握法拉第電磁感應(yīng)定律，會(huì)計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小。理解楞次定律，能運(yùn)用楞次定律判斷感應(yīng)電流的方向。了解自感現(xiàn)象和渦流現(xiàn)象及其應(yīng)用與防止。2.過(guò)程與方法目標(biāo)通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、動(dòng)手能力和分析歸納能力。經(jīng)歷法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律的探究過(guò)程，體會(huì)科學(xué)探究的方法，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力。通過(guò)對(duì)電磁感應(yīng)現(xiàn)象中能量轉(zhuǎn)化的分析，培養(yǎng)學(xué)生的能量觀念。3.情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)通過(guò)了解電磁感應(yīng)的發(fā)現(xiàn)歷程，感受科學(xué)家探索科學(xué)真理的精神，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和勇于創(chuàng)新的精神，體會(huì)物理知識(shí)在生活和科技中的廣泛應(yīng)用，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的自信心。二、教學(xué)重難點(diǎn)1.教學(xué)重點(diǎn)感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件。法拉第電磁感應(yīng)定律的理解與應(yīng)用。楞次定律的理解與應(yīng)用。2.教學(xué)難點(diǎn)對(duì)楞次定律中"阻礙"含義的理解。運(yùn)用楞次定律判斷感應(yīng)電流方向的具體步驟及相關(guān)復(fù)雜問(wèn)題的分析。法拉第電磁感應(yīng)定律中平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的區(qū)別與聯(lián)系。三、教學(xué)方法講授法、實(shí)驗(yàn)法、討論法、探究法相結(jié)合四、教學(xué)過(guò)程（一）導(dǎo)入新課（5分鐘）1.展示圖片或視頻展示發(fā)電機(jī)、變壓器等電器設(shè)備的圖片，或者播放一段電力生產(chǎn)過(guò)程的視頻。提問(wèn)：這些設(shè)備都涉及到電，那么電是如何產(chǎn)生的呢？在這些過(guò)程中，都有一個(gè)重要的物理現(xiàn)象電磁感應(yīng)。2.介紹電磁感應(yīng)現(xiàn)象的重要性電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，不僅揭示了電與磁之間的內(nèi)在聯(lián)系，而且為現(xiàn)代電力技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。從日常生活中的發(fā)電設(shè)備到高科技領(lǐng)域的電磁感應(yīng)應(yīng)用，它無(wú)處不在。今天，我們就來(lái)深入學(xué)習(xí)電磁感應(yīng)這一神奇的物理現(xiàn)象。（二）新課講授1.電磁感應(yīng)現(xiàn)象（10分鐘）實(shí)驗(yàn)演示演示閉合電路的一部分導(dǎo)體切割磁感線的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)裝置：將蹄形磁鐵放在水平桌面上，用導(dǎo)線連接成一個(gè)閉合電路，其中一段導(dǎo)體AB可以在導(dǎo)軌上滑動(dòng)。操作過(guò)程：當(dāng)導(dǎo)體AB左右滑動(dòng)時(shí)，觀察電流表指針的變化。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：當(dāng)導(dǎo)體AB切割磁感線時(shí)，電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明電路中有電流產(chǎn)生；當(dāng)導(dǎo)體AB不切割磁感線時(shí)，電流表指針不偏轉(zhuǎn)，電路中沒(méi)有電流。引導(dǎo)思考提問(wèn)學(xué)生：為什么導(dǎo)體切割磁感線時(shí)會(huì)產(chǎn)生電流呢？引導(dǎo)學(xué)生回顧磁場(chǎng)對(duì)電流有力的作用，思考是否存在一種相反的物理過(guò)程，即通過(guò)磁場(chǎng)產(chǎn)生電流?？偨Y(jié)歸納得出電磁感應(yīng)現(xiàn)象的定義：閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體中就產(chǎn)生電流，這種現(xiàn)象叫做電磁感應(yīng)，產(chǎn)生的電流叫做感應(yīng)電流。2.感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件（10分鐘）進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)探究在剛才實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，改變實(shí)驗(yàn)條件。實(shí)驗(yàn)一：保持導(dǎo)體AB靜止，使蹄形磁鐵左右移動(dòng)，觀察電流表指針是否偏轉(zhuǎn)。實(shí)驗(yàn)二：保持導(dǎo)體AB和蹄形磁鐵都靜止，將閉合電路的一部分導(dǎo)體彎曲，使它不切割磁感線，觀察電流表指針是否偏轉(zhuǎn)。實(shí)驗(yàn)三：將閉合電路整體放入磁場(chǎng)中，不切割磁感線，觀察電流表指針是否偏轉(zhuǎn)。實(shí)驗(yàn)四：將不閉合的導(dǎo)體AB在磁場(chǎng)中切割磁感線，觀察電流表指針是否偏轉(zhuǎn)。分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果與學(xué)生一起分析每個(gè)實(shí)驗(yàn)中電流表指針的偏轉(zhuǎn)情況。實(shí)驗(yàn)一：當(dāng)蹄形磁鐵左右移動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體AB相對(duì)磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)，切割磁感線，電流表指針偏轉(zhuǎn)，有感應(yīng)電流產(chǎn)生。實(shí)驗(yàn)二：導(dǎo)體不切割磁感線，電流表指針不偏轉(zhuǎn)，沒(méi)有感應(yīng)電流產(chǎn)生。實(shí)驗(yàn)三：閉合電路整體放入磁場(chǎng)中不切割磁感線，電流表指針不偏轉(zhuǎn)，沒(méi)有感應(yīng)電流產(chǎn)生。實(shí)驗(yàn)四：不閉合的導(dǎo)體切割磁感線，電流表指針不偏轉(zhuǎn)，沒(méi)有感應(yīng)電流產(chǎn)生?？偨Y(jié)條件引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件：一是電路要閉合；二是閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)。3.法拉第電磁感應(yīng)定律（15分鐘）理論探究引導(dǎo)學(xué)生思考感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與哪些因素有關(guān)?；仡櫞磐康母拍睿捍┻^(guò)一個(gè)閉合電路的磁感線的多少用磁通量來(lái)表示，公式為\(\varPhi=BS\)（\(B\)是勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，\(S\)是與磁場(chǎng)方向垂直的面積）。讓學(xué)生想象當(dāng)閉合電路的磁通量發(fā)生變化時(shí)，會(huì)對(duì)電路中的電荷產(chǎn)生怎樣的作用，從而引導(dǎo)出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生。實(shí)驗(yàn)探究進(jìn)行法拉第電磁感應(yīng)定律的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)裝置：一個(gè)螺線管、電流表、條形磁鐵、導(dǎo)線等。實(shí)驗(yàn)步驟：①把螺線管與電流表組成閉合回路，將條形磁鐵迅速插入螺線管中，觀察電流表指針的偏轉(zhuǎn)情況，記錄感應(yīng)電流的大小\(I_1\)。②把條形磁鐵從螺線管中迅速拔出，觀察電流表指針的偏轉(zhuǎn)方向和大小，記錄感應(yīng)電流的大小\(I_2\)。③保持條形磁鐵插入螺線管中的速度不變，改變條形磁鐵的磁性強(qiáng)弱，觀察電流表指針的偏轉(zhuǎn)情況。④保持條形磁鐵的磁性強(qiáng)弱不變，改變條形磁鐵插入螺線管的速度，觀察電流表指針的偏轉(zhuǎn)情況。數(shù)據(jù)分析與總結(jié)與學(xué)生一起分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。發(fā)現(xiàn)當(dāng)磁通量變化越快時(shí)，感應(yīng)電流越大，說(shuō)明感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大。得出法拉第電磁感應(yīng)定律：電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，跟穿過(guò)這一電路的磁通量的變化率成正比，即\(E=n\frac{\Delta\varPhi}{\Deltat}\)，其中\(zhòng)(n\)為線圈匝數(shù)。強(qiáng)調(diào)\(\frac{\Delta\varPhi}{\Deltat}\)是磁通量的變化率，表示磁通量變化的快慢。4.楞次定律（20分鐘）實(shí)驗(yàn)引入演示楞次定律的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)裝置：一個(gè)螺線管、電流表、條形磁鐵、導(dǎo)線等。實(shí)驗(yàn)步驟：①將螺線管與電流表組成閉合回路，把條形磁鐵的\(N\)極向下插入螺線管，觀察電流表指針的偏轉(zhuǎn)方向。②把條形磁鐵在螺線管中靜止不動(dòng)，觀察電流表指針是否偏轉(zhuǎn)。③把條形磁鐵從螺線管中\(zhòng)(N\)極向上拔出，觀察電流表指針的偏轉(zhuǎn)方向。④將條形磁鐵的\(S\)極向下插入螺線管，觀察電流表指針的偏轉(zhuǎn)方向。⑤把條形磁鐵從螺線管中\(zhòng)(S\)極向上拔出，觀察電流表指針的偏轉(zhuǎn)方向?，F(xiàn)象分析與學(xué)生一起分析每個(gè)實(shí)驗(yàn)中電流表指針的偏轉(zhuǎn)方向，從而確定感應(yīng)電流的方向。當(dāng)條形磁鐵\(N\)極向下插入螺線管時(shí)，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與條形磁鐵的磁場(chǎng)方向相反；當(dāng)條形磁鐵\(N\)極向上拔出螺線管時(shí)，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與條形磁鐵的磁場(chǎng)方向相同；當(dāng)條形磁鐵\(S\)極向下插入螺線管時(shí)，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與條形磁鐵的磁場(chǎng)方向相同；當(dāng)條形磁鐵\(S\)極向上拔出螺線管時(shí)，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與條形磁鐵的磁場(chǎng)方向相反?？偨Y(jié)楞次定律引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)楞次定律的內(nèi)容：感應(yīng)電流具有這樣的方向，即感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。通過(guò)實(shí)例進(jìn)一步解釋"阻礙"的含義：當(dāng)磁通量增加時(shí)，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)方向相反，阻礙磁通量的增加；當(dāng)磁通量減少時(shí)，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)方向相同，阻礙磁通量的減少。5.楞次定律的應(yīng)用（15分鐘）例題講解例1：如圖所示，當(dāng)條形磁鐵突然向閉合銅環(huán)運(yùn)動(dòng)時(shí)，銅環(huán)里產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向怎樣？銅環(huán)將向哪個(gè)方向運(yùn)動(dòng)？分析：當(dāng)條形磁鐵向銅環(huán)運(yùn)動(dòng)時(shí)，穿過(guò)銅環(huán)的磁通量增加。根據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)要阻礙磁通量的增加，所以感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與條形磁鐵的磁場(chǎng)方向相反。由安培定則可判斷出感應(yīng)電流的方向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较颍◤淖笙蛴铱矗?。?duì)于銅環(huán)的運(yùn)動(dòng)方向，根據(jù)楞次定律的"來(lái)拒去留"，條形磁鐵靠近銅環(huán)，銅環(huán)會(huì)阻礙其靠近，所以銅環(huán)將向右運(yùn)動(dòng)。例2：如圖所示，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一個(gè)矩形閉合導(dǎo)線框abcd，線框平面與磁場(chǎng)垂直，當(dāng)線框沿紙面由位置1勻速運(yùn)動(dòng)到位置2的過(guò)程中，線框中感應(yīng)電流的方向如何？分析：在位置1到位置2的過(guò)程中，穿過(guò)線框的磁通量先增大后減小。當(dāng)磁通量增大時(shí)，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)方向相反，根據(jù)安培定則可判斷感應(yīng)電流方向?yàn)閍bcda；當(dāng)磁通量減小時(shí)，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)方向相同，感應(yīng)電流方向仍為abcda。所以整個(gè)過(guò)程中線框中感應(yīng)電流方向始終為abcda。課堂練習(xí)布置一些相關(guān)練習(xí)題，讓學(xué)生在課堂上進(jìn)行練習(xí)，鞏固所學(xué)知識(shí)。練習(xí)1：如圖所示，當(dāng)導(dǎo)體棒ab向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，試判斷導(dǎo)體棒中感應(yīng)電流的方向。練習(xí)2：如圖所示，一個(gè)有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，磁場(chǎng)方向垂直紙面向外，一個(gè)矩形閉合導(dǎo)線框abcd，沿紙面由位置A勻速運(yùn)動(dòng)到位置B，在此過(guò)程中，線框中感應(yīng)電流的方向如何？6.自感現(xiàn)象（10分鐘）實(shí)驗(yàn)演示演示自感現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)裝置：兩個(gè)相同的燈泡、一個(gè)帶鐵芯的線圈、電源、開(kāi)關(guān)等。實(shí)驗(yàn)步驟：①按圖連接電路，閉合開(kāi)關(guān)，觀察燈泡的發(fā)光情況。②斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，觀察燈泡的發(fā)光情況?，F(xiàn)象分析閉合開(kāi)關(guān)瞬間，燈泡A2立即發(fā)光，燈泡A1逐漸變亮。原因是線圈對(duì)電流的增大有阻礙作用，電流不能立即達(dá)到最大值。斷開(kāi)開(kāi)關(guān)瞬間，燈泡A1突然閃亮一下后熄滅，燈泡A2立即熄滅。原因是線圈中產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，自感電流的方向與原電流方向相同，通過(guò)燈泡A1形成短暫的電流，使燈泡A1突然閃亮一下。總結(jié)自感現(xiàn)象得出自感現(xiàn)象的定義：由于導(dǎo)體本身的電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象叫做自感現(xiàn)象，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)叫做自感電動(dòng)勢(shì)。自感電動(dòng)勢(shì)的大小與電流的變化率成正比，即\(E=L\frac{\DeltaI}{\Deltat}\)，其中\(zhòng)(L\)是自感系數(shù)，與線圈的匝數(shù)、形狀、有無(wú)鐵芯等因素有關(guān)。7.渦流現(xiàn)象（5分鐘）介紹渦流現(xiàn)象當(dāng)線圈中的電流隨時(shí)間變化時(shí)，這個(gè)線圈附近的任何導(dǎo)體中都會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，電流在導(dǎo)體內(nèi)自成閉合回路，很像水的漩渦，所以把它叫做渦電流，簡(jiǎn)稱(chēng)渦流。舉例說(shuō)明渦流的應(yīng)用與防止應(yīng)用：如電磁爐利用渦流產(chǎn)生的熱量來(lái)加熱食物；金屬探測(cè)器利用渦流探測(cè)金屬物品。防止：如變壓器的鐵芯用硅鋼片疊成，目的是減小渦流，降低能量損耗。（三）課堂小結(jié)（5分鐘）1.與學(xué)生一起回顧本節(jié)課所學(xué)內(nèi)容電磁感應(yīng)現(xiàn)象：閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流的現(xiàn)象。感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件：電路閉合且閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)。法拉第電磁感應(yīng)定律：\(E=n\frac{\Delta\varPhi}{\Deltat}\)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與磁通量的變化率成正比。楞次定律：感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。自感現(xiàn)象：由于導(dǎo)體本身電流變化產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，自感電動(dòng)勢(shì)\(E=L\frac{\DeltaI}{\Deltat}\)。渦流現(xiàn)象：線圈中電流變化時(shí)，附近導(dǎo)體中產(chǎn)生的感應(yīng)電流。2.強(qiáng)調(diào)重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件、法拉第電磁感應(yīng)定律、楞次定律。難點(diǎn)：對(duì)楞次定律中"阻礙"含義的理解及應(yīng)用，法拉第電磁感應(yīng)定律中平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的區(qū)別。（四）布置作業(yè)（5分鐘）1.書(shū)面作業(yè)完成課本上相關(guān)的練習(xí)題，加深對(duì)電磁感應(yīng)現(xiàn)象、感應(yīng)電流產(chǎn)生條件、法拉第電磁感應(yīng)定律、楞次定律等知識(shí)的理解和應(yīng)用。思考：如果將一個(gè)閉合線圈放在均勻變化的磁場(chǎng)中，線圈中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流嗎？感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小如何計(jì)算？2.拓展作業(yè)查閱資料，了解電磁感應(yīng)現(xiàn)象在生活和科技中的其他應(yīng)用，并寫(xiě)一篇簡(jiǎn)短的報(bào)告。設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證電磁感應(yīng)現(xiàn)象中感應(yīng)電流的方向與磁通量變化的關(guān)系。五、教學(xué)反思通過(guò)本節(jié)課的教學(xué)，學(xué)生對(duì)電磁感應(yīng)現(xiàn)象有了較為系統(tǒng)的認(rèn)