电磁感应现象及应用二 教学设计秋高中物理人教版必修三.docx

电磁感应现象及应用二 教学设计秋高中物理人教版必修三.docx

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电磁感应现象及应用二教学设计秋高中物理人教版必修三

电磁感应现象及应用

（二）

一、教学内容分析

本节课程要求了解法拉第发现电磁感应现象的曲折过程。

通过实验引导学生了解电磁感应现象，了解产生感应电流的条件。

知道电磁感应现象的应用及其对现代社会的影响。

本节教材以电磁感应现象发现的历史线索的分析为切入点，以面向学生的实验探究和电磁感应规律的广泛应用现实为基础展开讨论。

目的是先让学生有丰富的感性认识，再通过分析整合，从而形成理性的定性认识。

这三部分内容是前后相互联系而且是协调一致的。

教科书力图通过实验总结归纳出感应电流的产生条件，但电磁感应的产生条件是以法拉第为代表的许多先辈科学家通过多年的探索才发现的，学生不容易在短时间内完成，应该引导学生通过活动和思考来主动地获得知识。

教科书所呈现的实验既为本节研究感应电流的产生条件提供了实验情景，又成为后续楞次定律教学的基础。

二、学情分析

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，在教学中从学生的已有知识出发，通过学生自主学习、探究实验、产生问题等学习方法，解决问题得出产生感应电流的条件的结论。

三、教学目标

1.学会应用感应电流产生的条件判断不同情境中是否有感应的电流产生。

2.了解电磁感应现象发现的重大历史意义和电磁感应现象的广泛应用，体会科学、技术对人类文明的推动作用。

四、教学重、难点

教学重点：

如何应用感应电流产生的条件判断不同情境中是否有感应电流产生；了解电磁感应现象的广泛应用，体会科学、技术对人类文明的推动作用。

教学难点：

如何

应用感应电流产生的条件判断不同情境中是否有感应电流产生

教学方法：

讲授、总结归纳

教具:

多媒体课件

五、教学流程图

六、教学过程

环节

情境与问题

教与学活动

设计意图

学生发展

复习引入

展示上节课学习的内容

首先我们一起来复习一下，上节课学习的内容，通过学习法拉第发现电磁感应现象的过程，我们知道“磁生电”是一种在变化、运动的过程中才能出现的效应；当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时，闭合导体回路中就产生感应电流。

这就是产生感应电流的条件。

通过对上节课知识的复习为本节课做知识上的铺垫

学生回忆上节课内容及基本知识

深度研习

分析磁通量变化的几种情况

而磁通量的变化有以下几种情况：

①垂直磁场方向的面积S不变，而磁感应强度B变化；

②磁感应强度B不变，而垂直磁场方向的面积S变化；

③磁感应强度B与垂直磁场方向的面积S都在变化。

对磁通量的变化进行分类讨论，以便分析不同情况下能否感应电流产生

强化感应电流产生条件的应用能力

融合提升

不同情境中是否有感应电流产生

下面我们来看这个练习，某学生做观察电磁感应现象的实验时，将电流表、线圈A和B、蓄电池、开关，用导线连接成如图所示的实验电路，闭合开关，下列说法正确的是（　　）

A．线圈A插入线圈B的过程中，有感应电流

B．线圈A从线圈B拔出的过程中，有感应电流

C．线圈A停在线圈B中，有感应电流

D．线圈A拔出线圈B的过程中，线圈B的磁通量在减小

通过实验电路我们可以看到，A线圈与电源相连，会产生恒定的磁场，将线圈A插入线圈B的过程中，线圈B中的磁通量变大，会产生感应电流，将线圈A从线圈B拔出的过程中，线圈B中的磁通量变小，也会产生感应电流，而当线圈A停在线圈B中时，由于磁通量不发生变化所以不产生感应电流。

由此判断本题正确选项为ABD。

学会应用感应电流产生的条件

实际应用感应电流产生的条件判断不同情境中是否有感应电流产生

练习，如图所示，绕在铁芯上的线圈与电源、滑动变阻器和开关组成闭合电路，在铁芯的右端套有一个表面绝缘的铜环A，下列各种情况中铜环A中有感应电流的是（　　）

A．线圈中通以恒定的电流B．通电过程中，使变阻器的滑片P做匀速移动

C．通电过程中，使变阻器的滑片P做加速移动

D．将开关突然断开的瞬间

我们来看A选项，如果在线圈中通以恒定的电流，那么线圈中产生恒定的磁场，则穿过闭合铜环A中的磁通量不发生变化，所以铜环A中不会产生感应电流，A选项错误；B、C选项在通电过程中，不论变阻器的滑片P是匀速移动还是加速移动，线圈中的电流都会变化，线圈中产生磁场也都会发生变化，所以穿过闭合铜环A中磁通量都会发生变化，铜环A中都会产生感应电流，B、C选项正确；而D选项若将开关突然断开的瞬间，线圈中电流会变为零，穿过闭合铜环A中的磁通量会减少，铜环A中有感应电流产生，D选项正确。

由此判断本题正确选项为BCD

练习：

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极向纸内绕OO'轴转动时，线圈中产生感应电流

由于线圈与磁铁在同一平面内，两者有共同的中心轴线OO'，

由条形磁铁的磁感线分布的轴对称性可以判断出此时线圈中的磁通量为零。

当磁铁向纸面外平移时，N极发出的磁感线从磁铁外部再回到S极，所以在平移过程中，线圈内没有磁通量的改变，不产生感应电流，A选项正确;当磁铁向上平移时或者当磁铁向下平移时，线圈始终在条形磁铁的轴线上，磁通量始终为零，所以线圈中不产生感应电流，B选项正确，C选项错误;当磁铁N极向纸外、S极向纸内绕OO'轴转动时，线圈中的磁通量将由零开始逐渐增加，所以磁通量发生了变化，将会产生感应电流，所以D选项正确。

由此判断本题正确选项为ABD

练习：

如图所示，

条形磁铁正上方放置一矩形线框，线框平面水平且与条形磁铁平行。

则线框由N极端匀速平移到S极端的过程中，线框中的感应电流的情况是（　　）

A．线框中始终无感应电流B．线框中始终有感应电流

C．线框中开始有感应电流，当线框运动到磁铁中部时无感应电流，过中部后又有感应电流

D．线框中开始无感应电流，当线框运动到磁铁中部时有感应电流，过中部后又无感应电流

本题我们可以先画出条形磁铁的磁场分布情况，如图，

然后可以看出线圈在平移的过程中，穿过线框的磁通量始终在发生变化，所以故B选项正确。

其中值得大家注意的是，如图，

当线框运动到磁铁中部时，由于磁感线分布的对称性，穿入线框与穿出线框的磁感线条数一样，所以这一瞬间穿过线框的磁通量为0，但是我们判断一个闭合线框中是否有感应电流的依据，不是磁通量是否为零，而是磁通量是否变化，通过之前的分析我们看到从左到右的整个过程线框中的磁通量都在变化，所以线框中始终有感应电流。

练习：

如图所示，

一通电螺线管b放在闭合金属线圈a内，螺线管的中心线恰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．使螺线管在线圈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垂直的直径为轴转动

我们可以看到在图中所示的位置，

线圈a所在的平面与磁感线平行，由此可以判断穿过线圈的磁通量为零，当按照A、B、C选项中所描述的方式变化时，线圈a所在的平面仍与磁感线平行，磁通量保持不变仍然为零，此时不会产生感应电流;若使线圈以与MN垂直的直径为轴转动时，由于线圈与磁场夹角发生了变化，所以会引起磁通量的变化，因此能够产生感应电流，由此判断本题正确选项为D。

练习：

如图所示，

在匀强磁场中的U形导轨上，有两根等长的平行导线ab和cd，以相同的速度v匀速向右滑动。

为使ab中有感应电流产生，对开关S来说（）

A．打开和闭合都可以

B．应打开

C．打开和闭合都不行

D．应闭合

如图所示若开关打开，导线运动时，闭合回路abdc中的磁通量不发生变化，所以不会产生感应电流;若开关闭合，导线运动时，闭合回路abdc中的磁通量仍然不发生变化，abdc中仍然不会产生感应电流，但是闭合回路abNM中的磁通量会变大，所以闭合回路abNM中会产生感应电流。

由此判断本题正确选项为D。

实践应用

呈现发电机现世初期人们的不理解

同学们通过以上学习我们已经明白了什么是电磁感应现象，并且学会了如何判断感应电流的产生，那么电磁感应在我们的生产，生活中又起到了哪些重要的作用呢?

接下来我们来看看在课本上的这么一段文字，1831年圣诞节前夕，一次科学报告会上，法拉第当众表演了一个实验。

一个铜盘的轴和铜盘的边缘分别连在“电流表”的两端。

法拉第摇动手柄使铜盘在磁极之间旋转，“电流表”的指针随之摆动。

下图是最早的发电机。

当时在场的一位贵妇人取笑地问：

“先生，您发明的这个东西有什么用呢？

”法拉第平静地反问：

“夫人，新生的婴儿又有什么用呢？

”

后来，根据电磁感应现象制造的最早的发电机这个新生的“婴儿”，果然成长为电厂里巨大的发电机这一改变世界面貌的“巨人”，它开辟了人类社会的电气化时代。

人类社会当前的信息化高科技时代，几乎每一个领域的高科技应用的原理，都离不开法拉第的电磁感应原理。

在我们的生产、生活和高科技领域中广泛使用的互联网技术、移动通信技术、航天技术等，都与电磁感应原理密切相关。

比如今天我们生活中广泛使用的电磁炉、无线充电器等也是根据电磁感应原理制造的。

通过对发电机开辟了人类社会的电气化时代的介绍引出电磁感应原理在我们生产、生活和高科技领域中的广泛应用

学生体会到一个新生事物逐步发展起来的曲折过程

实践应用

电磁炉的原理及特点

电磁炉是一种利用电磁感应加热、烹饪食物的家用电热炊具。

20世纪70年代初期，由于高效能、高频率、大功率电源的出现，加上人们迫切需要安全、卫生、高效、节能的烹饪器具，因此实用电磁炉应运而生，成为一种新型的家用电热炊具。

下面我们来看一下电磁炉工作的原理：

如图

电磁炉主要由励磁装置，铁磁材料做锅底的炊具及控制部分等组成。

励磁装置是指为电磁炉工作提供磁场的装置。

如图为了方便分析，我们可以将励磁装置简化为一匝线圈。

当励磁线圈通过变化的电流时，线圈周围产生变化的磁场。

这一变化磁场的磁感线经过锅底形成回路，从而在锅底产生感应电流。

然后，这一感应电流在锅底内通过锅底本身材料的电阻产生焦耳热。

这就是电磁炉工作的基本原理了。

接下来我们再来看一下电磁炉的特点，①热效率高。

一般电阻式电灶的热效率只有50%〜55%，由于电磁炉是锅底的感应电流产生的热效应直接给锅底加热，所以热效率高，可达70%〜80%，因此它能节约能量，经济性好。

②温控准确。

它的热惯性小，断电后立即断磁，不再发热，热响应速度非常快，因此能方便、准确地控制发热量及烹饪的温度。

同时锅温比较均匀，烹饪效果好。

③安全性好。

使用时不必点火，因此不必担心像煤气灶那样因燃烧不充分或微火熄灭易引起空气污染、中毒。

电磁炉在使用时没有明火，灶台本身不发热，因此不必像电灶那样担心烫伤，更无火灾的危险。

④因为在电磁炉上用的锅担负着将磁能转化为感应电流后再转化为热能的双重任务，故对锅的材料和形状应有一定的要求。

练习：

（多选）电磁炉是现代厨房革命的产物，它无需明火或传导式加热而让热直接在锅底产生，因此热效率得到了极大的提高。

下列说法正确的是（　　）

A．电磁炉的工作原理是利用了电磁感应现象

B．当恒定电流通过线圈时，恒定电流越大，产生的恒定磁场越大，电磁炉加热效果越好

C．电磁炉通入交变电流后，在锅底产生涡旋状的感应电流，进而发热工作

D．在锅和电磁炉中间放一纸板，则电磁炉一定不能起到加热作用。

我们知道电磁炉通入交变电流后，励磁线圈上产生变化的磁场，金属锅处于变化的磁场中磁通量发生了变化就产生了涡旋状的感应电流，进而发热，所以电磁炉的工作原理是利用了电磁感应现象，也不能接入恒定电流，A、C选项正确，B选项错误电磁炉工作是依靠变化的磁场传递能量，在锅和电磁炉中间放一纸板，不会影响磁场的变化和感应电流的产生，因此不会影响电磁炉的加热作用，D选项错误；由此判断本题正确选项为AC

通过介绍电磁炉的基本原理和特点，让学感受电磁感应原理在生活中的广泛应用

学生加深对于变化的磁通量才是产生感应电流的条件的理解

实践应用

手机无线充电技术的原理及特点

接下来我们一起来看看手机无线充电技术。

手机无线充电是当下比较流行的充电方式之一但是它的起源可以追溯到十九世纪末期，由于电能的产生地与使用地往往存在很大的距离差异，而有线的输配电系统还没有建立起来，早期的科学家希望能够无线地把电能传输到使用地，不少科学家在这个领域作了研究，其中以尼古拉斯·特斯拉为典型代表。

而早期的无线电能传输都指的是远距离、大功率的电能传输，以这个目的开展的研究最终都以失败告终，哪怕在100多年后的今天我们再回过头来看，当年设定的这种远距离无线电能传输的目标依然难以实现。

不过随着电网系统的完善、电源技术的发展、移动互联网技术以及设备的普及，人们对远距离无线电能传输的需求已经转变为区域内无线充电的需求。

那么接下来就让我们一起来看看手机无线充电的原理。

如图所示，在无线充电的发射端，也就是我们常说的充电器中有一个电力输入线圈，而在无线充电的接收端，即手机中有一个电力接收线圈，为了方便分析，我们先将他们简化两个线圈，当我们给电力输入线圈中输入交流电时，变化的电流会在空间中形成一个变化的磁场，这就使得电力接收线圈中的磁通量发生了变化，根据感应电流产生的条件我们可以判断，此时电力接收线圈中会产生感应电流，由此实现了电的无线传输。

练习：

无线充电技术已经广泛应用于生活中。

感应充电是无线充电技术的一种，常用于小功率电器的无线充电。

如图是一款电动牙刷采用了无线充电技术，充电座内含一套线圈和一个金属芯，牙刷柄内含有另一套线圈，如将牙刷座于基座上，就能够实现无线感应充电。

关于此款电动牙刷的无线充电过程，以下说法正确的是（　　）

A．利用恒定电流和交变电流都可以实现充电过程

B．充电过程中，能量从电能转化为磁场能再转化为电能

C．感应充电技术为无线充电，充电效率可以达到100%

D．感应充电的原理和磁电式电表的工作原理相同

我们知道充电座是利用电磁感应原理工作的，需要基座上输入变化的电流激发空间中产生变化的磁场，从而使得牙刷柄内的线圈中磁通量变化产生感应电流，故不能直接使用恒定电流进行充电，A选项错误；充电过程中，充电座的线圈消耗电能，能量从电能转化为磁场能再转化为电能，故B选项正确；首先由于充电线圈有电阻，电流通过时就会有电能转化为热能，同时还会有其它损耗，充电效率一定会小于100%，C选项错误；感应充电的原理是电磁感应，而磁电式电表的工作原理是通电线圈在磁场中受到力的作用，所以D选项错误。

由此判断本题正确选项为B

贴近学生生活，让学生更能体会电磁感应现象的广泛应用

学生了解手机无线充电技术，认识到科学、技术对人类文明巨大的推动作用。

学习总结

科技发展与社会进步的关系

同学们，通过本节课的学习我们不难发现，每一项科学技术从产生到发展再到成熟的过程，都会受到时代背景、科技水平的制约和影响，很可能要经历漫长的时间，而这需要的往往是一代人甚至几代人对待科学的不懈努力和追求。

引导学生体会到科技的创新与发展推动时代的进程

学生感受到科学发展的艰难与其中的魅力。

课后作业

课后作业

1、阅读教材117页《法拉第与电气时代》

2、请利用互联网继续学习电磁感应原理的相关应用

巩固知识

通过查找电磁感应现象应用的资料，可以使学生认识到科学对我们今天生活的影响。