第四章電磁感應(yīng)教學(xué)設(shè)計(jì)

1、高中物理選修3-2第四章電磁感應(yīng)1 劃時(shí)代的發(fā)現(xiàn) 2 探究電磁感應(yīng)的產(chǎn)生條件教學(xué)設(shè)計(jì)教 學(xué)目 標(biāo)1知道與電流的磁效應(yīng)和電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)相關(guān)的物理學(xué)史。2知道電磁感應(yīng)、感應(yīng)電流的定義。3領(lǐng)悟科學(xué)探究中提出問(wèn)題、觀(guān)察實(shí)驗(yàn)、分析論證、歸納總結(jié)等要素在研究物理問(wèn)題時(shí)的重要性。4領(lǐng)會(huì)科學(xué)家對(duì)自然現(xiàn)象、自然規(guī)律的某些猜想在科學(xué)發(fā)現(xiàn)中的重要性。5以科學(xué)家不怕失敗、勇敢面對(duì)挫折的堅(jiān)強(qiáng)意志激勵(lì)自己。6知道產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件。7會(huì)使用線(xiàn)圈以及常見(jiàn)磁鐵完成簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)。8學(xué)會(huì)通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀(guān)察、記錄結(jié)果、分析論證得出結(jié)論的科學(xué)探究方法。9滲透物理學(xué)方法的教育，通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀(guān)察和實(shí)驗(yàn)探究，理解感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件。舉例說(shuō)明電磁感

2、應(yīng)在生活和生產(chǎn)中的應(yīng)用。教 材分 析重點(diǎn)：知道與電流磁效應(yīng)和電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)相關(guān)的物理學(xué)史。領(lǐng)悟科學(xué)探究的方法和艱難歷程。培養(yǎng)不怕失敗、勇敢面對(duì)挫折的堅(jiān)強(qiáng)意志。通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀(guān)察和實(shí)驗(yàn)探究，理解感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件。難點(diǎn)：領(lǐng)悟科學(xué)探究的方法和艱難歷程。培養(yǎng)不怕失敗、勇敢面對(duì)挫折的堅(jiān)強(qiáng)意志。感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件。教 學(xué)器 材計(jì)算機(jī)、投影儀、錄像片條形磁鐵（兩個(gè)），導(dǎo)體棒，示教電流表，線(xiàn)圈（粗、細(xì)各一個(gè)），學(xué)生電源，開(kāi)關(guān)，滑動(dòng)變阻器，導(dǎo)線(xiàn)若干。實(shí)施教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)引入新課：自從1820年奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)即電流能夠產(chǎn)生磁場(chǎng)，揭示了電磁之間存在著相互聯(lián)系以后，人們很自然的想到：電流能夠產(chǎn)生磁場(chǎng)，那么，利用磁

3、場(chǎng)是不是也能夠產(chǎn)生電流呢？不少科學(xué)家進(jìn)行了這方面的探索，但是在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)都沒(méi)有能夠得到電流。直到1831年，奧斯特實(shí)驗(yàn)十年之后，英國(guó)科學(xué)家法拉第經(jīng)過(guò)十年堅(jiān)持不懈的努力，終于利用磁場(chǎng)獲得了電流，發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象。法拉第是英國(guó)著名的物理學(xué)家和化學(xué)家，出生于一個(gè)鐵匠家庭，家境貧苦，他只讀過(guò)二年小學(xué)，12歲上街買(mǎi)報(bào)，13歲到一家圖書(shū)裝訂店當(dāng)學(xué)徒，他被書(shū)報(bào)所吸引，利用業(yè)余時(shí)間刻苦學(xué)習(xí)。1812年，22歲的法拉第找機(jī)會(huì)聽(tīng)了當(dāng)時(shí)英國(guó)著名的化學(xué)家戴維的一次化學(xué)講座，這次講座更激起了他參加科學(xué)工作的熱望，事后他寫(xiě)信給戴維，他的信受到戴維的稱(chēng)贊。第二年便做了戴維的學(xué)生和助手。1820年奧斯特關(guān)于電流磁效應(yīng)的

4、發(fā)現(xiàn)，引起了法拉第的深思，他反復(fù)研究和實(shí)驗(yàn)，經(jīng)歷了許多次的失敗，終于在1831年發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，并進(jìn)而發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)的基本規(guī)律，利用電磁感應(yīng)這一原理，他制造了電磁感應(yīng)學(xué)史上第一臺(tái)感應(yīng)發(fā)電機(jī)，成為今天多種復(fù)雜電機(jī)的始祖，為建立經(jīng)典電磁理論和現(xiàn)代電工學(xué)打下了基礎(chǔ)。法拉第還有二個(gè)重要的成果：（1）、由實(shí)驗(yàn)得出了電解定律；（2）、提出了場(chǎng)的概念。法拉第是一位靠自學(xué)成材的偉大科學(xué)家，他非常勤奮，他經(jīng)常不分晝夜地在實(shí)驗(yàn)室里工作，他獻(xiàn)身科學(xué)，不求名利，他出身貧苦，成名后過(guò)著艱苦樸素的生活，法拉第的高尚道德品質(zhì)，也同樣受到人們的稱(chēng)贊。從這節(jié)課開(kāi)始，我們就來(lái)學(xué)習(xí)電磁感應(yīng)現(xiàn)象這方面的知識(shí)。我們首先來(lái)了解科學(xué)家

5、們的探究歷程。新課教學(xué)：1、奧斯特夢(mèng)圓“電生磁”：引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材有關(guān)奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)的內(nèi)容。提出以下問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生思考并回答：（1）是什么信念激勵(lì)奧斯特尋找電與磁的聯(lián)系？在這之前，科學(xué)研究領(lǐng)域存在怎樣的歷史背景？（2）奧斯特的研究是一帆風(fēng)順的嗎？奧斯特面對(duì)失敗是怎樣做的？（3）奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)的過(guò)程是怎樣的？用學(xué)過(guò)的知識(shí)如何解釋?zhuān)浚?）電流磁效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)有何意義？談?wù)勛约旱母惺?。學(xué)生活動(dòng)：結(jié)合思考題，認(rèn)真閱讀教材，分成小組討論，發(fā)表自己的見(jiàn)解。（1）許多哲學(xué)家提出了各種自然現(xiàn)象之間是相互聯(lián)系和相互轉(zhuǎn)化的思想。奧斯特堅(jiān)信電與磁之間可能存在著某種聯(lián)系。而在這之前許多物理學(xué)家都堅(jiān)持認(rèn)為電與磁

6、是互不相關(guān)的。（2）奧斯特的研究并不是一帆風(fēng)順的。經(jīng)歷了好多次失敗，但奧斯特始終沒(méi)有放棄。直到1820年4月的一次演講中他才發(fā)現(xiàn)了電流竟使下面的小磁針發(fā)生了轉(zhuǎn)動(dòng)。也就是電流的磁效應(yīng)。（3）奧斯特在1820年4月的一次演講中，碰巧在南北方向的導(dǎo)線(xiàn)下面放置了一枚小磁針。當(dāng)電源接通時(shí)，小磁針發(fā)生了轉(zhuǎn)動(dòng)。說(shuō)明電流對(duì)小磁針產(chǎn)生了作用，證明電流在其周?chē)a(chǎn)生了磁場(chǎng)。這就是發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)的過(guò)程。通過(guò)前面的學(xué)習(xí)，我們知道，地磁場(chǎng)是南北方向的，小磁針靜止時(shí)指示南北方向。通電直導(dǎo)線(xiàn)的磁場(chǎng)方向遵守安培定則。當(dāng)導(dǎo)線(xiàn)南北放置時(shí)，導(dǎo)線(xiàn)下方的磁場(chǎng)方向沿東西方向，當(dāng)導(dǎo)線(xiàn)通電后，小磁針受到電流的磁場(chǎng)作用由原來(lái)的南北方向轉(zhuǎn)向東西方

7、向。奧斯特從磁針的偏轉(zhuǎn)，確定電和磁的聯(lián)系。也就是電流的磁效應(yīng)。（4）電流磁效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)揭示了電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象之間存在的某種聯(lián)系。奧斯特的思維和實(shí)踐突破了人類(lèi)對(duì)電與磁認(rèn)識(shí)的局限性。電流磁效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)引發(fā)了科學(xué)認(rèn)識(shí)領(lǐng)域的思考，推動(dòng)了電磁學(xué)的發(fā)展。教師活動(dòng)：傾聽(tīng)學(xué)生回答，及時(shí)給出點(diǎn)評(píng)。課件演示：電流的磁效應(yīng)。通過(guò)課件演示增加學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)。2法拉第心系“磁生電”：教師活動(dòng)：引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材有關(guān)法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)的內(nèi)容。提出以下問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生思考并回答：（1）奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)引發(fā)了怎樣的哲學(xué)思考？法拉第持怎樣的觀(guān)點(diǎn)？（2）法拉第的研究是一帆風(fēng)順的嗎？法拉第面對(duì)失敗是怎樣做的？（3）法拉第做了大量實(shí)驗(yàn)都是

8、以失敗告終，失敗的原因是什么？（4）法拉第經(jīng)歷了多次失敗后，終于發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，他發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的具體過(guò)程是怎樣的？之后他又做了大量的實(shí)驗(yàn)都取得了成功，他認(rèn)為成功的“秘訣”是什么？（5）從法拉第探索電磁感應(yīng)現(xiàn)象的歷程中，你學(xué)到了什么？談?wù)勛约旱捏w會(huì)。學(xué)生活動(dòng)：結(jié)合思考題，認(rèn)真閱讀教材，分成小組討論，發(fā)表自己的見(jiàn)解。（1）奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)引發(fā)了對(duì)稱(chēng)性的普遍思考：既然電流能夠引起磁針的運(yùn)動(dòng)，那么磁鐵也會(huì)使導(dǎo)線(xiàn)產(chǎn)生電流。法拉第堅(jiān)信：磁與電之間也應(yīng)該有類(lèi)似的“感應(yīng)”。（2）法拉第的研究并不是一帆風(fēng)順的。經(jīng)歷了好多次失敗，但法拉第始終沒(méi)有放棄。直到1831年8月29日，他苦苦尋找了10年之久的

9、“磁生電”的效應(yīng)終于被發(fā)現(xiàn)了。（3）法拉第在1822年12月、1825年11月、1828年4月作過(guò)三次集中的實(shí)驗(yàn)研究，均以失敗告終。原因在于，法拉第認(rèn)為，既然奧斯特的實(shí)驗(yàn)表明有電流就有磁場(chǎng)，那么有了磁場(chǎng)就應(yīng)該有電流。他在實(shí)驗(yàn)中用的都是恒定電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)。（4）多次失敗后，1831年8月29日，法拉第終于發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象。他把兩個(gè)線(xiàn)圈繞到同一個(gè)鐵環(huán)上，如圖所示。一個(gè)線(xiàn)圈接電源，一個(gè)線(xiàn)圈接“電流表”，在給線(xiàn)圈通電和斷電的瞬間，另一個(gè)線(xiàn)圈中就出現(xiàn)了電流。之后他又做了大量的實(shí)驗(yàn)都取得了成功，他認(rèn)為成功的“秘訣”是：“磁生電”是一種在變化、運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中才能出現(xiàn)的效應(yīng)。（5）法拉第探索電磁感應(yīng)現(xiàn)象的歷程

10、經(jīng)歷了10年之久，經(jīng)歷了大量的失敗，但法拉第憑借自己的堅(jiān)定信念和對(duì)科學(xué)的執(zhí)著追求，勇敢地面對(duì)失敗，一次又一次，最終成功屬于堅(jiān)持不懈的有心人，他成功了。作為現(xiàn)代的中學(xué)生就要學(xué)習(xí)法拉第不怕失敗、勇敢面對(duì)挫折的堅(jiān)強(qiáng)意志。教授及時(shí)給出點(diǎn)評(píng)。課件演示：電磁感應(yīng)現(xiàn)象。通過(guò)課件演示增加學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)。電磁感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生的條件將在下節(jié)課深入學(xué)習(xí)，本節(jié)課不宜過(guò)多地展開(kāi)。讓學(xué)生體會(huì)一下最終法拉第成功的原因，在于“磁生電”是一種在變化、運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中才能出現(xiàn)的效應(yīng)?！翱茖W(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力?！痹诼娜祟?lèi)歷史長(zhǎng)河中，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，一些重大發(fā)現(xiàn)和發(fā)明的問(wèn)世，極大地解放了生產(chǎn)力，推動(dòng)了人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展，特別是我們剛剛跨過(guò)

11、的二十世紀(jì)，更是科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的時(shí)期。經(jīng)濟(jì)建設(shè)離不開(kāi)能源，人類(lèi)發(fā)明也離不開(kāi)能源，而最好的能源是電能，可以說(shuō)人類(lèi)離不開(kāi)電。飲水思源，我們忘不了為發(fā)現(xiàn)和使用電能做出卓越貢獻(xiàn)的科學(xué)家法拉第。1820年奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，法拉第由此受到啟發(fā)，開(kāi)始了“由磁生電”的探索，經(jīng)過(guò)十年堅(jiān)持不懈的努力，于1831年8月29日發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，終于利用“磁”獲得了“電”，開(kāi)辟了人類(lèi)的電氣化時(shí)代。本節(jié)課我們就來(lái)探究電磁感應(yīng)的產(chǎn)生條件。同學(xué)們?cè)诔踔袑W(xué)過(guò)：閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)中做切割磁感線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體中就會(huì)產(chǎn)生電流。如圖所示。這種現(xiàn)象叫做電磁感應(yīng)，產(chǎn)生的電流叫感應(yīng)電流。那么，還有哪些情況可以產(chǎn)生感應(yīng)電流呢

12、？3、實(shí)驗(yàn)觀(guān)察：（1）向線(xiàn)圈中插入磁鐵，把磁鐵從線(xiàn)圈中抽出：演示：如圖4.2-2所示。把磁鐵的某一個(gè)磁極向線(xiàn)圈中插入，從線(xiàn)圈中拔出，或靜止地放在線(xiàn)圈中。觀(guān)察電流表的指針，把觀(guān)察到的現(xiàn)象記錄在表1中。觀(guān)察實(shí)驗(yàn)，記錄現(xiàn)象。表1：磁鐵的運(yùn)動(dòng)表針的擺動(dòng)方向磁鐵的運(yùn)動(dòng)表針的擺動(dòng)方向N極插入線(xiàn)圈向右S極插入線(xiàn)圈向左N極停在線(xiàn)圈中不擺動(dòng)S極停在線(xiàn)圈中不擺動(dòng)N極從線(xiàn)圈中抽出向左S極從線(xiàn)圈中抽出向右結(jié)論：只有磁鐵相對(duì)線(xiàn)圈運(yùn)動(dòng)時(shí)，有電流產(chǎn)生。磁鐵相對(duì)線(xiàn)圈靜止時(shí)，沒(méi)有電流產(chǎn)生。（2）模仿法拉第的實(shí)驗(yàn)：演示：如圖4.2-3所示。線(xiàn)圈A通過(guò)變阻器和開(kāi)關(guān)連接到電源上，線(xiàn)圈B的兩端與電流表連接，把線(xiàn)圈A裝在線(xiàn)圈B的里面。觀(guān)

13、察以下幾種操作中線(xiàn)圈B中是否有電流產(chǎn)生。把觀(guān)察到的現(xiàn)象記錄在表2中。觀(guān)察實(shí)驗(yàn)，記錄現(xiàn)象。表2：操作現(xiàn)象開(kāi)關(guān)閉合瞬間有電流產(chǎn)生開(kāi)關(guān)斷開(kāi)瞬間有電流產(chǎn)生開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，滑動(dòng)變阻器不動(dòng)無(wú)電流產(chǎn)生開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，迅速移動(dòng)變阻器的滑片有電流產(chǎn)生結(jié)論：只有當(dāng)線(xiàn)圈A中電流變化時(shí)，線(xiàn)圈B中才有電流產(chǎn)生。4、分析論證：請(qǐng)同學(xué)們分析上述幾種利用磁場(chǎng)獲得電流的情況，找出它們的共同原因。閉合回路中的電流從無(wú)到有，可以說(shuō)是閉合回路中的電流發(fā)生了變化，一個(gè)因素的變化肯定是由其它因素的變化引起的。在上述幾種情況中，閉合回路中都產(chǎn)生了電流，產(chǎn)生電流的根本原因應(yīng)該是相同的。那么，到底是什么因素的變化使電路中有了電流呢？分組討論，學(xué)生代表

14、發(fā)言。初中實(shí)驗(yàn)中，部分導(dǎo)體切割磁感線(xiàn)，閉合電路所圍面積發(fā)生變化（磁場(chǎng)不變化），有電流產(chǎn)生；當(dāng)導(dǎo)體棒前后、上下平動(dòng)時(shí)，閉合電路所圍面積沒(méi)有發(fā)生變化，無(wú)電流產(chǎn)生。演示實(shí)驗(yàn)1中，磁體相對(duì)線(xiàn)圈運(yùn)動(dòng)，線(xiàn)圈內(nèi)磁場(chǎng)發(fā)生變化，變強(qiáng)或者變?nèi)酰ň€(xiàn)圈面積不變），有電流產(chǎn)生；當(dāng)磁體在線(xiàn)圈中靜止時(shí)，線(xiàn)圈內(nèi)磁場(chǎng)不變化，無(wú)電流產(chǎn)生。如圖4.2-4。 演示實(shí)驗(yàn)2中，通、斷電瞬間，變阻器滑動(dòng)片快速移動(dòng)過(guò)程中，線(xiàn)圈A中電流變化，導(dǎo)致線(xiàn)圈B內(nèi)磁場(chǎng)發(fā)生變化，變強(qiáng)或者變?nèi)酰ň€(xiàn)圈面積不變），有電流產(chǎn)生；當(dāng)線(xiàn)圈A中電流恒定時(shí)，線(xiàn)圈內(nèi)磁場(chǎng)不變化，無(wú)電流產(chǎn)生。如圖4.2-5。5、歸納總結(jié)：請(qǐng)大家思考以上幾個(gè)產(chǎn)生感應(yīng)電流的實(shí)例，能否從本質(zhì)上概括

15、出產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件？部分導(dǎo)體切割磁感線(xiàn)，磁場(chǎng)不變，但電路面積變化，從而穿過(guò)電路的磁通量變化，從而產(chǎn)生感應(yīng)電流；實(shí)例1中，磁體插入、拔出線(xiàn)圈，線(xiàn)圈面積不變，但磁場(chǎng)變化，同樣導(dǎo)致磁通量變化，從而產(chǎn)生感應(yīng)電流；實(shí)例2中，通斷電的瞬間，滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)片迅速滑動(dòng)的瞬間，都引起線(xiàn)圈A中電流的變化，最終導(dǎo)致線(xiàn)圈B中磁通量變化，從而產(chǎn)生感應(yīng)電流。從這三個(gè)實(shí)例看見(jiàn)，感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件，應(yīng)是穿過(guò)閉合電路的磁通量發(fā)生變化。引起感應(yīng)電流的表面因素很多，但本質(zhì)的原因是磁通量的變化。因此，電磁感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生的條件可以概括為：只要穿過(guò)閉合電路的磁通量變化，閉合電路中就有感應(yīng)電流產(chǎn)生。上述討論：我都強(qiáng)調(diào)電路要閉合。為什么？

16、如果電路不閉合，從電流計(jì)上還能不能觀(guān)察到電流？如果電流不閉合，是不是就不能發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象了？6、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中能量的轉(zhuǎn)化：在上述電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，電路中產(chǎn)生了電流，電流流過(guò)電路要做功，要消耗電能，那么這個(gè)電能哪里來(lái)的呢？分析上述幾種情況中的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系。 × × × × ×× × × × ×× × × × ×× × × × ×v分析詳解：(1)、閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)中做切割磁感線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。如下圖

17、示，穿過(guò)閉合電路所圍面積的磁感線(xiàn)條數(shù)即磁通量發(fā)生變化。據(jù)=BS，的變化可以由B的變化引起，也可以由S的變化引起，那么在這里，的變化到底是由哪個(gè)的變化引起的呢？S?。?）、條形磁鐵插入或抽出線(xiàn)圈中，即閉合回路中。如下圖所示，、插入，穿過(guò)閉合回路所圍面積的磁場(chǎng)增強(qiáng)，磁感線(xiàn)條數(shù)增多，磁通量增大；、抽出，則穿過(guò)閉合回路所圍面積的磁場(chǎng)減弱，磁感線(xiàn)條數(shù)減少，磁通量減少。在這里的變化是由哪個(gè)的變化引起的？B！SN（3）、原副線(xiàn)圈的情況，小線(xiàn)圈通電后就成了一根通電螺線(xiàn)管，它要激發(fā)磁場(chǎng)，它相當(dāng)于一塊條形磁鐵。所以，原付線(xiàn)圈沿軸線(xiàn)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，就等同于條形磁鐵插入或抽出線(xiàn)圈，穿過(guò)付線(xiàn)圈所在的閉合回路的磁通量發(fā)生變化。那么其它情況呢？、接通原線(xiàn)圈所在的電路時(shí)，原線(xiàn)圈中的電流從無(wú)到有，它激發(fā)的磁場(chǎng)從無(wú)到有，穿過(guò)付線(xiàn)圈所在回路的磁通量從無(wú)到有，即磁通