整理电磁感应现象.docx
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整理电磁感应现象
课例展示：
探究电磁感应的产生条件
课例背景：
本节是电磁学的核心内容之一，在整个高中物理中占有相当重要的地位。
在磁场章节中，奥斯特的发现说明了电能产生磁，而在电磁感应一章中，法拉第的发现又说明了磁能产生电，从另一角度揭示了磁和电之间的联系，为人类从蒸汽时代进入电气时代奠定了基础，具有划时代的意义。
因此，探究电磁感应的条件是本章教学的重点。
电磁感应的教与学，具有典型的科学思维方法训练的教育意义。
在探索“磁生电”的艰苦过程中，观察与记录，观察与思考，发现问题与假设，假设与猜想，实验与探究，实验与分析，实验归纳法等等都得到了充分的体现，所以，对学生来说，学好本节知识非常必要，同时也为日后学习电磁感应定律起到筑桥铺路的作用。
教法1：
1、教学引入：
奥斯特实验架起了一座连通电和磁的桥梁，此后人们对电能生磁已深信不疑，但磁能否生电呢？
在这个问题上，英国物理学家法拉第坚信，电与磁决不孤立，有着密切的联系。
为此，他做了许多实验，把导线放在各种磁场中想得到电流需要一定的条件，他以坚韧不拔的意志历时10年，终于找到了这个条件，从而开辟了物理学又一崭新天地。
2、学习磁通量（
）
师：
磁场的强弱（即磁感应强度）可以用磁感线的疏密来表示。
如果一个面积为
的面垂直一个磁感应强度为
的匀强磁场放置，则穿过这个面的磁感线的条数就是确定的。
我们把
与
的乘积叫做穿过这个面的磁通量。
（1）定义：
面积为
，垂直匀强磁场
放置，则
与
乘积,叫做穿过这个面的磁通量，用Φ表示。
（2）公式：
（3）单位：
韦伯（Wb） 1Wb=1T·m2
磁通量就是表示穿过这个面的磁感线条数。
注意强调：
①只要知道匀强磁场的磁感应强度
和所讨论面的面积
，在面与磁场方向垂直的条件下
（不垂直可将面积做垂直磁场方向上的投影），磁通量是表示穿过讨论面的磁感线条数的多少。
在今后的应用中往往根据穿过面的净磁感线条数的多少定性判断穿过该面的磁通量的大小。
如果用公式
来计算磁通量，但是只适合于匀强磁场。
②磁通量是标量，但是有正负之分，磁感线穿过某一个平面，要注意是从哪一面穿入，哪一面穿出。
3、实验演示，探究电磁感应的产生条件
（1）演示实验1：
导体在磁场中切割磁力线的运动
观察现象：
AB做切割磁感线运动，可见电流表指针偏转。
学生得到初步结论：
当闭合回路中的部分导体做切割磁感线的运动时，电路中有了电流。
现象分析：
如图所示，导体不切割磁感线时，电路中没有电流；而切割磁感线时闭合电路中有电流。
回忆磁通量定义
（师生讨论）对闭合回路而言，所处磁场
未变，仅因为AB的运动使回路在磁场中部分面积
变了，使穿过回路的磁通变化，故回路中产生了电流。
（2）设问：
那么在其它情况下磁通变化是否也会产生感应电流呢？
演示实验2：
条形磁铁插入线圈
观察提问：
A、条形磁铁插入或取出时，可见电流表的指针偏转。
B、磁铁与线圈相对静止时，可见电流表指针不偏转。
现象分析：
（师生讨论）对线圈回路，当线圈与磁铁有沿轴线的相对运动时，所处磁场
因磁铁的远离和靠近而变化，而
未变，故穿过线圈的磁通变化，产生感应电流，而当磁铁不动时，线圈处
，
不变，故无感应电流。
（3）演示实验3：
关于原副线圈的实验演示
实验观察：
移动变阻器滑片（或通断开关），电流表指针偏转。
当A中电流稳定时，电流表指针不偏转。
现象分析：
对线圈
，滑片移动或开关通断，引起A中电流变，则磁场变，穿过B的磁通变，故B中产生感应电流。
当A中电流稳定时，磁场不变，磁通不变，则B中无感应电流。
师总结：
不同的实验，其共同处在于：
只要穿过闭合回路的磁通量的变化，不管引起磁通量变化的原因是什么，闭合电路中都有感应电流产生。
结论：
无论用什么方法，只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路就有电流产生，这种利用磁场产生电流的现象叫电磁感应，产生的电流叫感应电流。
4、举例应用
1、关于感应电流的产生条件
例1、如图所示线圈abcd在通电直导线的磁场中，分别做如下的运动，A、向右平动；B、向下平动；C、以下边为轴转动；D、从纸面向纸外做平动；E、向上平动（但是线圈有个缺口），判断以上情况中线圈中是否有感应电流？
2、关于判断感应电流是否产生的方法
例2如图所示，短形线框abcd与磁场方向垂直，且一半在匀强磁场内，另一半在磁场外，若要使线
框中产生感应电流，下列方法中可行的是（ ）
（A）以ad边为轴转动
（B）以中心线
为轴转动
（C）以ab边为轴转动（小于60°）
（D）以cd边为轴转动（小于60°）
课例评析：
本教法符合学生认知规律，较好地实现了知能目标：
以电生磁、磁生电的物理学史为背景，先介绍了磁通量的概念，为后续教学打下铺垫；然后循着学生的“认知线”，由浅入深地先后演示三个教材中规定的实验，引导学生通过观察、分析、思考，从中寻找产生电磁感应的共同特征：
即闭合回路的磁通量发生了变化，从而顺利得出结论；再把结论应用在例题的求解中，体现了规律的应用和反馈的功效。
当然，不足也是非常明显的：
本教法采用的是接受式的学习方式，课堂上，以教师的讲解、演示为主，学生观察、记录，认真听讲；在实验的设计、演示，以及在引导学生观察、分析得出结论等方面，挖掘得很不够，只停留在表层，缺乏对学生认识上的提升和科学方法的领悟，更遑论科学精神、人文精神的熏陶；学生学习兴致不高，师生互动不够，亟待改进。
教法2：
1、史料介绍
（1）演示奥斯特实验。
问：
既然电能“生”磁，那么反过来磁能否“生”电呢？
（2）介绍法拉第“磁生电”的思想及法拉第十年的不懈努力，终于发现“磁生电”的规律。
（3）如何研究“磁生电”？
问：
如何才能产生感应电流呢？
（4）回忆旧知：
初中实验1，演示闭合电路部分导线切割磁感线产生电流。
2、探索产生感应电流的条件
（1）探究实验2（如图2所示）：
①器材介绍
②方案设计
实验操作
表针偏转
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，迅速移动滑动变阻器的滑片
③学生探究
④教师引导，使学生产生又一疑问：
我们知道闭合电路的部分导线做切割磁感线运动时，电路中产生感应电流，由表针的偏转可知，实验2中也产生了感应电流，这究竟又是怎么回事呢？
是前面的知识有误，还是另有玄机？
（2）探究实验3（如图3所示）：
①器材介绍。
②方案设计。
磁铁的动作
表针摆动方向
磁铁的动作
表针摆动方向
N极插入线圈
S极插入线圈
N极停在线圈中
S极停在线圈中
N极从线圈中抽出
S极从线圈中抽出
③学生探究。
④小组讨论、归纳。
⑤成果交流（教师指导，多媒体演示动画：
条形磁铁插入线圈时磁通量的变化。
）
⑥概括出结论：
穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就有感应电流产生。
（3）师生共同分析实验2和实验1，统一知识点。
3、电磁感应中的能量转化
分析实验1、2、3中的能量转化及在生活中相应的应用。
4、课后探究实践：
（1）以上的实验2中还有无别的方法使线圈B中产生感应电流？
（2）探究实验：
摇“绳”能发电吗？
（教师略作指导）
课例点评：
考虑到学生对闭合电路的部分导线切割磁感线能产生电流，在初中已有一定的认识，但在空间想象、问题本质的分析等方面还较为薄弱。
因此，本教法从学生的已有知识出发，特别注重学生的探究过程和知识的建构过程，在探究问题的生成，探究方案的设计，探究行动的开展，探究结果的构建上，围绕学生知识的自主建构这一核心展开，渗透对学生物理思想、物理方法和科学精神的培养，体现了探究式学习的本质。
先提出法拉第“磁生电”的设想，然后让学生自主进行实验探究，获得亲身经历和感性认识，通过小组交流，讨论分析，抽象出结论，再通过设计实验验证，最后通过思维拓展的课后探究活动，应用知识。
体现了科学研究的一般历程：
设想→实验探究→理论→再实验验证→应用。
让学生在经历中感悟科学研究的一般方法，提高学生的科学素养。
教材中的三个实验的设计、编排与教法1相比，更趋合理。
实验1通过回忆旧知，进而演示；探究实验2，使学生的新旧知识产生冲突，学生初中所学：
闭合电路的部分导线切割磁感线产生电流，这里又是如何产生电流的呢？
产生新的疑问，驱使学生做以下新的探究寻求真理；通过探究实验3的过程及在教师指导下的讨论归纳，得出结论，形成新的知识，成功解释实验2，同时又把实验1也纳入该知识点，顺利解决问题，让学生体会到成功的喜悦、探究的乐趣。
在教法上，采用先“破”再“立”，再“破”再“立”，让学生带着疑问走进课堂，在课堂中解决问题的同时，又产生新的疑问，驱使学生作进一步的学习和探究，一句“摇“绳”能发电吗？
”，又让学生带着新的疑问走出课堂，给教学留一个“缺口”，以利于学生的课后学习发展。
不足之处：
课堂秩序比传统的教学方式难以控制，时间安排上存在不确定性；学生获取知识比较分散、参差不齐，需通过教师的导向、点评、规范来帮助学生构建知识、形成科学观念、领悟科学研究方法；课堂上，在如何更好地让学生进行实验探究方面还不够理想。
教法3：
一、趣味实验 悬念导入
展示趣味实验──“穿越电磁隧道”：
如图1所示，让大小相同的小铁球和磁体球分别穿越侧壁开有小口（以便观察）的铝管，会观察到磁体球比小铁球所用时间要长的现象。
正当学生陷入沉思之时，教师提出问题：
“两球都从同一管口静止释放，做的应当是自由落体运动，用时应该相等。
为何磁体球用的时间要长呢？
这其中又有何奥秘呢？
”
（说明：
趣味实验引入，巧妙设置悬念，更能引起学生的注意，观察到的意想不到的现象更能引发学生思考，产生疑问，又亟待想知道其中的奥秘，让学生带着问题顺利地走进课堂。
）
学生活动，寻找产生电磁感应的方法
演示法拉第的失败实验
方案一1824年12月，法拉第把绕在磁铁上的导线和电流表连接起来组成一个闭合电路（图2），没有发现电流。
方案二1825年11月，法拉第将含有电流表的导线回路放在另一通电回路附近，期望会改变导线中的电流大小。
实验演示显示没有发生任何效应。
2、猜想与假设
猜想一下实验失败的可能因素：
电能“生”磁，只是电磁运动的一个方面，从另一方面思考，磁“生”电的运动规律是否有特殊性呢？
回忆奥斯特实验，发现电流恒定，但实质上它是由导体中的运动电荷形成的，那么，磁“生”电实验只是把导线绕在磁铁上，在恒定磁场中，导线和磁场都处与静态，“运动电荷”——电流从何而来呢？
或许磁“生”电不是在静态中产生的。
法拉第用了十年的时间，终于发现电磁感应现象，今天我们就循着科学家的足迹，通过实验探索、科学归纳概括的方法来认识这一重要的现象，得到产生感应电流的条件。
学生互动，实验探究
在每组学生的桌上有一张纸，列出的是每桌上的器材和实验要求，注意前后桌的器材是不一样的。
纸1：
分组1
实验器材：
导线、灵敏电流计、自制线圈、马蹄形磁铁。
用所给实验器材制造感应电流。
纸2：
分组2
实验器材：
导线、线圈、条形磁铁、灵敏电流计
用所给实验器材制造感应电流，并根据实际电路，画实物连接图。
[答疑编号502334050101]纸3：
分组3
实验器材：
滑动变阻器、学生电源、开关、带铁芯的线圈A、导线、灵敏电流计、线圈B、条形磁铁
用所给实验器材制造感应电流，并根据实际电路，画实物连接图。
3.完整性原则；根据纸上要求制造出感应电流，完成后，前后、左右同学相互交流实验情况并交换位置完成不同实验要求。
3.政府部门规章学生活动后，各组选派代表向全体同学现场展示操作过程，介绍实验情况及实验结果。
分组实验一线圈与电流计组成闭合电路（图3），使线圈在磁铁两极间运动或翻转；
（3）是否符合区域、流域规划和城市总体规划。
分组实验二线圈与电流计组成闭合电路（图4），条形磁铁N极插入或拔出线圈的瞬间，或条形磁铁S极插入或拔出线圈的瞬间；
分组实验三带铁芯的A线圈放在线圈B中，线圈A与电池、开关、滑动变阻器组成串联电路，线圈B两端接电流表（图４），当线圈A电路的开关闭合或断开的瞬间；或者接通线圈B电路后，用变阻器改变原线圈电路中电流大小时；
上述操作中都可看到电流计指针发生偏转。
4）按执行性质分。
环境标准按执行性质分为强制性标准和推荐性标准。
环境质量标准和污染物排放标准以及法律、法规规定必须执行的其他标准属于强制性标准，强制性标准必须执行。
强制性标准以外的环境标准属于推荐性标准。
教师演示：
在分组实验三中，变阻器连接在灵敏电流计的回路中，改变滑动变阻器阻值，观察电流计指针偏转情况。
（结论：
不动）
（说明：
让学生充分利用桌上的大量的实验器材，自己设计实验并动手实践，努力尝试，看看“你能获得感应电流吗？
”这是一个无序的过程，但又恰恰是学生参与的开始。
）
5.定性、定量评价讨论、探究产生感应电流的条件
异中求同，分析、讨论产生感应电流的条件
目前，获得人们的偏好、支付意愿或接受赔偿的意愿的途径主要有以下三类：
①从直接受到影响的物品的相关市场信息中获得；②从其他事物中所蕴含的有关信息间接获得；③通过直接调查个人的支付意愿或接受赔偿的意愿获得。
学生结合实验，总结产生电磁感应的条件，可能有的学生说是磁场变化引起（依据条形磁铁的上下运动，产生磁场的线圈回路中的电流变化），教师可予以肯定和表扬，但另一些同学可能不同意这一观点（依据是线圈切割时，磁场不变），教师同样予以肯定和表扬。
归纳产生电磁感应现象的主要有两类：
导体与磁体发生相对运动，而产生电流；由于闭合电路中磁场变化而引起电流。
启发学生继续思考，思考两者的共性。
（引导学生忽略次要因素，将实验装置抽象成物理模型，由于磁场不可见，用多媒体模拟，其中磁体的磁场用磁感线标出，在观察中提示以闭合回路作为研究对象）
情境：
多媒体动画模拟演示学生的分组实验
模拟现象：
磁感线闪烁（引起注意）
分组实验一 导线左右、上下移动，表头动作：
左右移动时偏转，上下移动时不动。
分组实验二 磁铁插入或拔出，表头动作：
移动时偏转，磁铁静止时不动。
分组实验三 左右移动滑动变阻器的触头，表头动作：
移动时偏转，触头位置不变时不动。
开关接通、断开的瞬间偏转，闭合后不动
结论：
产生感应电流的条件与磁场变化有关，也就是说，与磁感应强度的变化有关，还与闭合回路的面积有关，直观地表现为：
当穿过闭合回路磁感线条数变化时，就有电流产生；否则磁感线条数不变，就没有感应电流。
引入磁通量概念
可见，要描述上述实验的共性还需要引入一个新的物理量，这个物理量能描述穿过闭合回路的磁感线条数——磁通量，那么什么是磁通量呢？
怎样计算磁通量？
用闭合回路的面积与垂直穿过他的磁感应强度的乘积叫做磁通量，用磁通量来描述感应电流的产生条件（图6）。
学生讨论：
磁通量定义、物理意义、单位等。
归纳产生感应电流的条件：
只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就有感应电流。
3、学生解释趣味实验──“穿越电磁隧道”。
（说明：
鼓励引导学生，从简单的实验现象观察过度到对实验结果的分析和总结，去回答“怎样才能产生感应电流？
”在对电磁感应现象分类的基础上，异中求同，寻找他们的共性，让学生在探究规律的过程中，亲身体验了多种科学方法和科学思想的应用。
另外，至此，顺理成章地引出磁通量的概念，新课程这种安排也比老教材好，予人以水到渠成的感觉，使学生理解建立这一概念的必要性，并能自觉构建）
四、产生感应电流的条件的应用
1、法拉第成功实验
情境：
多媒体模拟演示法拉第成功实验
法拉第以发现两个线圈之间的电磁感应为突破口，1831年8月，他在日记中记述了第一次成功的实验，他在软铁环的A边绕了三个线圈，可以串联起来使用，也可以分开使用，在B边以同样的方向绕了两个线圈，如图所示，他把B边的线圈接到电流计上，把A边的线圈接到电池组上。
当电路接通和断开的瞬间，在B边的线圈中发现了感应电流。
磁铁与线圈之间会发生什么情况呢？
法拉第在实验日记中写到：
把磁铁的一端靠近线圈的圆筒边缘，然后一下子把磁铁全部插入线圈内部，电流表的指针会出现摆动；接着拔出磁铁的时候，表针会摆向相反的方向，不断地插入和拔出磁铁，这种现象将会不断地重复。
反过来，让磁铁静止不动而线圈移动的话，也会产生感应电流。
法拉第总结了一系列有关电磁感应的实验，在向英国皇家学会提交的论文中，他概括了产生感应电流的条件，完成了他划时代的发现——电磁感应现象。
科学史上任何一个发现都是来之不易的，在历史上，最早做电磁感应实验的科学家是当时年仅２３岁的科拉顿，但非常遗憾的是，他为了消除操作过程中外界因素对电流计的影响，他就用长导线，将电流表连接到另一个房间里，他在这个房间里将磁铁插入线圈，然后飞快地跑到另一个房间里去看电流表，等他跑到的时候，电流表的指针已不偏转。
所以，他没有发现电流的产生，可以说科拉顿已经扣开了发现电磁感应规律的大门，但由于他的失误，却与最后的成功失之交臂。
２、产生感应电流的条件的应用
应用示例１——录音机放音原理，让学生解释磁头读取磁带上信息的原理。
用磁带录音机播一小段优美的音乐，并配合电脑动画展示过程：
磁带录音机录音时被磁化，形成按声音震动规律排列的一系列小磁体。
放音机的磁头是一个带铁芯的线圈，当磁带从磁头边滑过时，磁头线圈就会感应出按小磁体排列规律变化的电流，放音机将磁头感应出的变化电流放大，推动喇叭振动，就放出了美妙的音乐！
应用示例２——做一做中的“摇绳能发电吗？
”（多媒体演示画面），让学生回答并解释发电的原因，并询问两个同学沿哪个方向站立时，发电的可能性比较大，有条件的话，可让学生现场演示，并思考回答其中的缘由。
（说明：
从能量的观点，结合生活实际，阐明了知识在实际中的应用，体现了STS教育。
）
课例点评：
本教法继续教法2中以学生自主构建知识为主线，学生理解、体验、感悟为基础，充分发挥学生主动性的自主实验探究的方式开展教学：
利用趣味实验“穿越电磁隧道”来引入新课，巧妙设置悬念，从心理学的角度吸引学生的注意，激发探究的欲望，引发思维认知冲突；用法拉第根据“电生磁”产生“磁生电”的设想，引发学生的思维张力，产生探究的兴趣与热情，鼓励学生大胆设计，勇于尝试，设计了多种方法产生感应电流，并由衷地感到了成功的喜悦。
通过实验，引导学生讨论交流，得出产生感应电流的条件，再引出磁通量的概念，用多媒体演示磁通量的变化，促进学生认知结构的形成，学生经历了一个完整的实验探究过程。
在整个探究教学活动中，学生有着丰富的情感体验，他们积极开动脑筋，认真分析，不时提出问题，通过亲自进行方案设计、寻找资料、动手实验、交流成果等活动，更好地培养了自主学习，独立思考、综合分析，交流协作等能力，体现了情感、态度、价值观这一教学目标。
与教法2处理不同的是：
考虑到本节容量较大，涉及到三个实验，本教法将３个实验变成三种可供探究的实验方案，择一，放手让学生设计，分组实验，再在学生讨论、交流的基础上，选代表上台展示实验成果，在异中求同中自己发现并寻找到产生感应电路的本质条件，从而最终完成科学探究的过程，这样的编排处理更紧凑、更合理，极大地节省了时间，提高了课堂效率；但笔者仍不免担忧，这样的处理可能使学生只能熟悉自己做的这个实验，造成不能完全掌握另外两个实验，因此，建议在教学中要根据实际的进度，若时间充裕，增加一个环节内容，就是让几组学生之间进行轮换实验，以弥补这种设计带来的可能不足。
重走科学家探索之路，利用物理学史开展探究教学，是本教法的又一大特色。
引导学生沿着物理学家的足迹，利用物理学史进行科学探究，这是教学的另一条“人文线”，这有利于培养学生艰苦探索的意识和坚忍不拔的科学精神，有利于学生深刻理解物理概念和规律，纠正错误观念，有利于认识实验在物理学中的地位和作用，有利于对学生进行科学方法的教育。
无论是法拉第十年的艰辛探索，还是科拉顿的失之交臂，都说明了任何发现都是人们艰苦探索的结果。
电磁感应现象的发现过程经历了大约１０年时间，在这１０年中，不少科学家都付出了艰辛的努力，经历了很多次的失败，最后才由法拉第通过多次实验，以其敏锐的洞察力捕捉了使全世界发生改变的物理现象——磁生电。
这样漫长的发现过程，在教学中我们只安排了１、２课时的时间进行学习，因此如何有效提高课堂教学的有效性，能否积极、有效地引导学生进行科学探究，让学生自己理解、体验、感悟，是值得我们引起重视并思考的问题。
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