42探究电磁感应的产生条件

4.2探究电磁感应的产生条件【教学目标】1.理解什么是电磁感应现象2.知道产生感应电流的条件3.会使用线圈以及常见磁铁完成简单的实验4.理解磁通量的变化的含义5.通过观察演示实验，归纳出利用磁场产生电流的条件，培养学生的观察概况能力【教学重点】通过实验观察和实验探究，理解感应电流的产生条件【教学难点】闭合电路磁通量的变化【课时安排】一课时【教学媒体】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【教学设计】课前预学1.知识回顾：磁通量什么叫磁通量？它是如何定义的？公式是怎样的？通常情况下如何表示？（1）定义：（2）公式：（3）单位：（4）定性的表示方法：磁通量就是表示穿过这个面的磁感线的（5）磁通量是量，但是有正负之分，如何确定磁通量的正负：2.新课预习：1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应，揭示了通电导线周围存在磁场，同时证实了电和磁之间存在着联系，受到了这一发现的启发，人们开始考虑这样一个问题：既然“电能生磁”，“磁能不能生电”呢？英国平民科学家法拉第，坚信电与磁有密切的联系。经过10年坚持不懈的努力，在无数次的挫折与失败之后，终于在1831年一个偶然的机会里，发现了利用磁场可以产生电流，也就是磁能生电。回忆初中的知识，产生感应电流的条件是什么呢？这个条件是否全面呢？请同学们预习课本得出结论，并完成下列习题：（1）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=SΦ可知磁通密度为零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（2）下列单位中与磁感应强度的单位“特斯拉”）A．Wb/m2B．N/A·mC．kg/A·s2D．kg/C·m（3）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3.预习中的疑难问题：课内互动一．新课引入：本节我们探究电磁感应的产生条件二．学习过程：1、实验观察和记录①闭合电路的部分导体切割磁感线师：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。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。学生观察实验，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向左平动向右向上平动向前平动不摆动向下平动结论：激发兴趣：除了这个演示实验所示的方法外，还有没有其他的利用磁场产生电流的办法呢？②向线圈中插入磁铁，把磁铁从线圈中拔出学生分组实验：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。学生观察实验，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N极停在线圈中不摆动S极停在线圈中N极从线圈中抽出向左S极从线圈中抽出结论：在这个实验中，磁场是由磁体提供的。是不是只有磁铁才能提供磁场呢？学生思考：通电螺线管的磁场与哪种磁体周围的磁场相似？③模拟法拉第的实验学生分组实验：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。学生观察实验，记录现象。表3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结论：激发疑问：以上三种情形下都是利用磁场产生了电流，其中肯定有某种共同的原因，这个原因是什么呢？2、分析论证（1）分析B，S的变化①闭合电路的部分导体切割磁感线问题1：导体所处的磁场可以认为是一个匀强磁场，B不变；导体左右运动时，导体所在回路处在磁场中的面积S是否变化？问题2：如果在此实验中将导体AB换成闭合线圈ABCD，让ABCD在磁场中左右运动，前后运动，上下运动，观察有无电流产生。（教师演示）问题3：闭合线圈ABCD，在磁场中左右运动，前后运动，上下运动，导体所在回路处在磁场中的面积S是否有变化呢？总结：即B不变，S变，有电流。激疑：观察下面两个实验中的B，S，或许我们可以找到磁场产生电流的原因。②向线圈中插入磁铁，把磁铁从线圈中拔出向线圈中插入磁铁，线圈内B变，线圈面积S不变，有电流产生；把磁铁从线圈中拔出，线圈内B变，线圈面积S不变，有电流产生，当磁体在线圈中静止时，线圈内B不变化，无电流产生。归纳一下：S不变，B变，有电流。③模拟法拉第的实验通、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，导致线圈内B发生变化，变强或者变弱，线圈面积S不变，有电流产生；当线圈A中电流恒定时，线圈内B不变化，无电流产生。归纳一下：S不变，B变，有电流。激疑：感应电流的产生与B、S两者都有关系。与两个因素都有关，我们就较难把握了，我们能不能找出产生感应电流的唯一原因呢？（2）分析穿过闭合回路的磁感线条数的变化①闭合电路的部分导体切割磁感线当AB向左运动时，穿过闭合回路的磁感线条数变多；当AB向右运动时，穿过闭合回路的磁感线条数变少；当AB前后运动，上下运动时，穿过闭合回路的磁感线条数不变。②向线圈中插入磁铁，把磁铁从线圈中拔出师：让我们一起仔细观察图4.2-4中的磁感线图甲：N极（或S极）向下运动时，穿过闭合回路的磁感线条数变多；图乙：N极（或S极）向上运动时，穿过闭合回路的磁感线条数变少；当N极（或S极）相对线圈不动时，穿过闭合回路的磁感线条数不变；③模拟法拉第的实验图甲：通电瞬间，线圈内B变强，穿过闭合回路的磁感线条数变多；图乙：断电瞬间，线圈内B变弱，穿过闭合回路的磁感线条数变少；师：通过以上分析，大家可以得到一个什么结论呢？生：磁感线的条数与B、S两者都有关系，3、归纳结论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。三．典型例题：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BS1，末态BS2，故012。错解分析：错解中忽略了磁通量的正、负。正确解法：初态中BS1，末态BS2，故BS212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。【课堂小结】让学生概括总结本节的内容。请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔记本上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容。【板书设计】1、实验观察和记录2、分析论证3、电磁感应现象产生的条件：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。四．随堂训练1.关于感应电流，下列说法中正）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2.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）A．增大B．减小C．不变D．无法确定如何变化3．如图所示，在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一个边长为L的正方形线框，线框平面与磁场垂直，则穿过线框的磁通量为_________.若线框向右平移，线框中有无感应电流？_________.若将线框翻转180°，该过程磁通量的变化为_________.该过程有无感应电流？_________.若将线框绕其中一边向外转90°，磁通量的变化为_________.该过程中有无感应电流？_________.课后提升1.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2.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（）ABCD3.带负电的圆环绕圆心旋转，在环的圆心处有一个闭合的小线圈，小线圈和圆环在同一平面内.则下列说法正确的是（）A.只要圆环转动，小线圈内就一定有感应电流产生B.圆环不管怎样转动，小线圈内都没有感应电流产生C.圆环做变速转动，小线圈内不一定产生感应电流D.圆环做匀速转动时，小线圈内没有感应电流产生4.如图所示，一通电螺线管b放在闭合金属线圈a内，螺线管的中心线正好和线圈的一条直径MN重合.要使线圈a中产生感应电流，可采用的方法有（）A.将螺线管在线圈a所在平面内转动B.使螺线管上的电流发生变化C.使线圈以MN为轴转动D.使线圈以与MN垂直的一条直径为轴转动5.如图所示，在正方形线圈的内部有一条形磁铁，线圈与磁铁在同一平面内，两者有共同的中心轴线OO′，关于线圈中产生感应电流的下列说法中，正确的是（）A.当磁铁向纸面外平移时，线圈中不产生感应电流B.当磁铁向上平移时，线圈中不产生感应电流C.当磁铁向下平移时，线圈中产生感应电流D.当磁铁N极向纸外，S极向纸里绕OO′轴转动时，线圈中产生感应电流6.矩形线框abcd的边长分别为l1、l2，可绕它的一条对称轴OO′转动，匀强磁场的磁感应强度为B，方向与OO′垂直，初位置时线圈平面与B平行，如图所示.（1）初位置时穿过线框的磁通量Φ0为多少？（2）当线框沿图甲所示方向绕过60°时，磁通量Φ2为多少？这一过程中磁通量的变化ΔΦ1为多少？（3）当线框绕轴沿图示方向由图乙中的位置再转过60°位置时，磁通量Φ2为多少？这一过程中ΔΦ2=Φ3-Φ2为多少？7.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变化情况是_________，环内_________感应电流（选填“有”或“无”）.8.如图所示，要使L1回路中有感应电流，问下列几种情况下是什么原因导致的？（1）接通开关S的瞬间；（2）接通开关S后，将滑片P向左滑动；（3）接通开关S后，将软铁芯插入L2中.参考答案：课前预学答案：1.CD，2.ABC，3.D随堂练习答案：1.D2.B3.BS无2BS有BS有课后评价答案：1.C2.D3.D4.D5.CD6.思路解析：本题的关键是分析矩形线框的平面是否与B垂直，只有垂直时才能应用Φ=B·S，不垂直时可把面积沿与B垂直方向投影，为能清晰地观察面积与B夹角的情况，可作出其俯视图如图所示.解：（1）当处于图甲所示位置时，从俯视图可看出没有磁感线穿过矩形线框，故Φ0=0.（2）当绕轴（从上往下看）沿逆时针方向转动60°到a′b′位置时，线框与B的夹角θ=60°.所以Φ2=B·Ssin60°=23BSΔΦ1=Φ2-Φ0=23BS.（3）当再由a′b′位置逆时针转60°时，到a″b″，这时线框与B方向成120°角.所以Φ2=B·Ssin120°=23BS，ΔΦ2=Φ