第四章电磁感应学案解析.docx

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第四章电磁感应学案解析

第四章电磁感应

§4.1划时代的发现

【学习目标】

（一）知识与技能

1．知道与电流磁效应和电磁感应现象的发现相关的物理学史。

2．知道电磁感应、感应电流的定义。

（二）过程与方法

领悟科学探究中提出问题、观察实验、分析论证、归纳总结等要素在研究物理问题时的重要性。

（三）情感、态度与价值观

1．领会科学家对自然现象、自然规律的某些猜想在科学发现中的重要性。

2．以科学家不怕失败、勇敢面对挫折的坚强意志激励自己。

【学习重点】

知道与电流磁效应和电磁感应现象的发现相关的物理学史。

领悟科学探究的方法和艰难历程。

培养不怕失败、勇敢面对挫折的坚强意志。

【学习难点】

领悟科学探究的方法和艰难历程。

培养不怕失败、勇敢面对挫折的坚强意志。

【自主探究】

一、奥斯特梦圆“电生磁”------电流的磁效应。

（1）是什么信念激励奥斯特寻找电与磁的联系的？

在这之前，科学研究领域存在怎样的历史背景？

（2）奥斯特的研究是一帆风顺的吗？

奥斯特面对失败是怎样做的？

（3）奥斯特发现电流磁效应的过程是怎样的？

用学过的知识如何解释？

（4）电流磁效应的发现有何意义？

谈谈自己的感受。

二、法拉第心系“磁生电”------电磁感应现象。

（1）奥斯特发现电流磁效应引发了怎样的哲学思考？

法拉第持怎样的观点？

（2）法拉第的研究是一帆风顺的吗？

法拉第面对失败是怎样做的？

（3）法拉第做了大量实验都是以失败告终，失败的原因是什么？

（4）法拉第经历了多次失败后，终于发现了电磁感应现象，他发现电磁感应现象的具体的过程是怎样的？

之后他又做了大量的实验都取得了成功，他认为成功的“秘诀”是什么？

（5）从法拉第探索电磁感应现象的历程中，你学到了什么？

谈谈自己的体会。

【实例探究】

探究1：

发电的基本原理是电磁感应。

发现电磁感应现象的科学家是（）

A．安培B．赫兹

C．法拉第D．麦克斯韦

探究2：

发现电流磁效应物理现象的科学家是，发现通电导线在磁场中受力规律的科学家是，发现电磁感应现象的科学家是，发现电荷间相互作用力规律的的科学家是。

探究3

下列现象中属于电磁感应现象的是（）

A．磁场对电流产生力的作用

B．变化的磁场使闭合电路中产生电流

C．插在通电螺线管中的软铁棒被磁化

D．电流周围产生磁场

【当堂检测】

1、

的现象称为电磁感应现象。

在电磁感应现象中所产生的电流称为。

2、如图所示，两个同心圆形线圈a、b在同一水平面内，圆半径Ra＞Rb，一条形磁铁穿过圆心垂直于圆面，穿过两个线圈的磁通量分别为Φa和Φb，则：

（）

A．Φa＞ΦbB．Φa＝Φb，

C．Φa＜ΦbD．无法判断

【学生思考】

1、我们可以通过哪些实验与现象来说明（证实）磁现象与电现象有联系

2、如何让磁生成电？

【课下阅读】

科学的足迹

1、科学家的启迪教材P4

2、伟大的科学家法拉第教材P5

【作业设计】

1、领悟科学探究的方法和艰难历程。

培养自己不怕失败、勇敢面对挫折的坚强意志。

2、预习第二节

【学后反思】

§4.2探究电磁感应产生的条件

【学习目标】

（一）知识与技能

1．知道产生感应电流的条件。

2．会使用线圈以及常见磁铁完成简单的实验。

（二）过程与方法

学会通过实验观察、记录结果、分析论证得出结论的科学探究方法

（三）情感、态度与价值观

渗透物理学方法的教育，通过实验观察和实验探究，理解感应电流的产生条件。

举例说明电磁感应在生活和生产中的应用。

【学习重点】

通过实验观察和实验探究，理解感应电流的产生条件。

【学习难点】

感应电流的产生条件。

【自主探究】

1、图4.2-1演示实验说明磁场不变条件下，导体棒与电流表围成的回路变化，会有感应电流。

2、图4.2-2演示实验说明不变条件下，变化，也会有感应电流。

3、由两个演示实验你可以得到的结论是

。

4、产生感应电流的条件是

。

5、发生电磁感应的部分相当于电路中的作用。

【实例探究】

探究1：

下图哪些回路中比会产生感应电流

探究2

如图，要使电流计G发生偏转可采用的方法是

A、K闭合或断开的瞬间

B、K闭合，P上下滑动

C、在A中插入铁芯

D、在B中插入铁芯

【课堂练习】

1、P8问题与练习1

2、P9问题与练习2、3、4、5

【当堂检测】

1、关于电磁感应，下列说法中正确的是（）

A．导体相对磁场运动，导体内一定会产生感应电流

B．导体做切割磁感线的运动，导体内一定会产生感应电流

C．闭合电路在磁场中做切割磁感线的运动，电路中一定会产生感应电流

D．穿过闭合电路的磁通量发生变化，电路中一定会产生感应电流

2、恒定的匀强磁场中有一圆形闭合圆形线圈，线圈平面垂直于磁场方向，当线圈在此磁场中做下列哪种运动时，线圈中能产生感应电流

A．线圈沿自身所在的平面做匀速运动

B．线圈沿自身所在的平面做加速直线运动

C．线圈绕任意一条直径做匀速转动

D．线圈绕任意一条直径做变速转动

3、如图，开始时距形线圈平面与磁场垂直，且一半在匀强磁场外，另一半在匀强磁场内，若要使线圈中产生感应电流，下列方法中可行的是（）

A．以ab为轴转动

B．以oo/为轴转动

C．以ad为轴转动（转过的角度小于600）

D．以bc为轴转动（转过的角度小于600）

4、如图，距形线圈abcd绕oo/轴在匀强磁场中匀速转动，下列说法中正确的是（）

A．线圈从图示位置转过90的过程中，穿过线圈的磁通量不断减小

B．线圈从图示位置转过90的过程中，穿过线圈的磁通量不断增大

C．线圈从图示位置转过180的过程中，穿过线圈的磁通量没有发生变化

D．线圈从图示位置转过360的过程中，穿过线圈的磁通量没有发生变化

6、在无限长直线电流的磁场中，有一闭合的金属线框abcd，线框平面与直导线ef在同一平面内（如图），当线框做下列哪种运动时，线框中能产生感应电流

A．水平向左运动

B．竖直向下平动

C．垂直纸面向外平动

D．绕bc边转动

【作业设计】

1、P9—P10练习6、7

2、预习第三节

【学后反思】

§4.3法拉第电磁感应定律

【学习目标】

（一）知识与技能

1．知道什么叫感应电动势。

2．知道磁通量的变化率是表示磁通量变化快慢的物理量，并能区别Φ、ΔΦ、E=△Φ/△t。

3．理解法拉第电磁感应定律内容、数学表达式。

4．知道E=BLvsinθ如何推得。

5．会用E=n△Φ/△t和E=BLvsinθ解决问题。

（二）过程与方法

通过推导到线切割磁感线时的感应电动势公式E=BLv，掌握运用理论知识探究问题的方法。

（三）情感、态度与价值观

1．从不同物理现象中抽象出个性与共性问题，培养学生对不同事物进行分析，找出共性与个性的辩证唯物主义思想。

2．了解法拉第探索科学的方法，学习他的执著的科学探究精神。

【学习重点】

法拉第电磁感应定律。

【学习难点】

平均电动势与瞬时电动势区别。

【自主探究】

一、感应电动势

1、现象叫电磁感应现象。

2、产生感应电流的条件：

。

3、叫感应电动势。

4、感应电动势产生条件：

。

5、影响感应电动势大小的因素

。

二、法拉第电磁感应定律

1、内容：

。

2、公式：

①单匝线圈：

。

②多匝线圈：

。

3、适用范围：

。

三、导线切割磁感线时产生的感应电动势

1、利用图4.3-3推导v⊥B时，导线切割磁感线时产生的感应电动势的计算公式

2、导线切割磁感线时产生的感应电动势一般计算公式。

四、反电动势

1、电动机转动时，线圈中也会产生

，总要削弱电源电动势的作用，我们就把感应电动势称为；其作用是。

2、电动机在使用时的注意：

。

【实例探究】

探究1：

如图，导体平行磁感线运动，试求产生的感应电动势的大小（速度与磁场的夹角，导线长度为L）

探究2

如右图,电容器的电容为C，两板的间距为d，两板间静止一个质量为m,电量为+q的微粒，电容器C与一个半径为R的圆形金属环相连，金属环内部充满垂直纸面向里的匀强磁场。

试求：

B/t等于多少?

探究3

如右图，无限长金属三角形导轨COD上放一根无限长金属导体棒MN，拉动MN使它以速度v向右匀速运动，如果导轨和金属棒都是粗细相同的均匀导体，电阻率都相同，那么MN运动过程中，闭合回路的（）

A．感应电动势保持不变

B．感应电动流保持不变

C．感应电动势逐渐增大

D．感应电动流逐渐增大

【课堂练习】

1、P13问题与练习1、2、3

2、P14问题与练习5

【当堂检测】

1、如右图，平行放置的金属导轨M、N之间的距离为L；一金属杆长为2L，一端以转轴o/固定在导轨N上，并与M无摩擦接触，杆从垂直于导轨的位置，在导轨平面内以角速度顺时针匀速转动至另一端o/脱离导轨M。

若两导挥间是一磁感应强度为B，方向垂直于纸面向里的匀强磁场，不计一切电阻，则在上述整个转动过程中

A．金属杆两端的电压不断增大

B．o/端的电势总是高于o端的电势

C．两导轨间的最大电压是2BL2w

D．两导轨间的平均电压是271/2BL2/2

2、如右图，在磁感应强度为B的匀强磁场中，一直角边长度为a，电阻为R的等腰直角三角形导线框以速度v垂直于斜边方向在纸面内运动，磁场与纸面垂直，则导线框的斜边产生的感应电动势为，导线框中的感应电流强度为。

3、如图，一边长为a，电阻为R的正方形导线框，以恒定的速度v向右进入以MN为边界的匀强磁场，磁场方向垂直于线框平面，磁感应强度为B，MN与线框的边成45角，则在线框进入磁场过程中产生的感应电流的最大值等于。

4、如图，长为L的金属杆在垂直纸面向里的磁感应强度为B的匀强磁场中，沿逆时针方向绕o点在纸面内匀速转动，若角速度为，则杆两端a、b和o间的电势差Uao=以及Ubo=

5、半径为10cm、电阻为0.2的闭合金属圆环放在匀强磁场中，磁场方向垂直于圆环所在平面，当磁感应强度为B从零开始随时间t成正比增加时，环中感应电流为0.1A。

试写出B与t的关系式（B、t的单位分别取T、s）

6、如图，导线全部为裸导线，半径为r的圆内有垂直于圆平面的匀强磁场，感应强度为B。

一根长度大于2r的导线MN以速度v在圆环上无摩擦地自左端匀速滑动到右端，电路的固定电阻为R，其余电阻不计，试求MN从圆环的左端滑到右端的过程中电阻R上的电流强度的平均值及通过的电量。

【作业设计】

1、P14问题与练习6

2、预习第四节

【学后反思】

§4.4楞次定律

【学习目标】

（一）知识与技能

1．掌握楞次定律的内容，能运用楞次定律判断感应电流方向。

2．培养观察实验的能力以及对实验现象分析、归纳、总结的能力。

3．能够熟练应用楞次定律判断感应电流的方向

4．掌握右手定则，并理解右手定则实际上为楞次定律的一种具体表现形式。

（二）过程与方法

1．通过实践活动，观察得到的实验现象，再通过分析论证，归纳总结得出结论。

2．通过应用楞次定律判断感应电流的方向，培养学生应用物理规律解决实际问题的能力。

（三）情感、态度与价值观

在本节课的学习中，同学们直接参与物理规律的发现过程，体验了一次自然规律发现过程中的乐趣和美的享受，并在头脑中进一步强化“实践是检验真理的唯一标准”这一辩证唯物主义观点。

【学习重点】

1．楞次定律的获得及理解。

2．应用楞次定律判断感应电流的方向。

3．利用右手定则判断导体切割磁感线时感应电流的方向。

【学习难点】

楞次定律的理解及实际应用。

【自主探究】

1、由图4.4-1和图4.4-2分析

甲图：

当把条形磁铁N极插入线圈中时，穿过线圈的磁通量，由实验可知，这时感应电流的磁场方向跟磁铁的磁场方向。

乙图：

当把条形磁铁N极拔出线圈中时，穿过线圈的磁通量，由实验可知，

这时感应电流的磁场方向跟磁铁的磁场方

向。

丙图：

当把条形磁铁S极插入线圈中时，穿过线圈的磁通量，由实验可知，这时感应电流的磁场方向跟磁铁的磁场方向。

丁图：

当条形磁铁S极拔出线圈中时，穿过线圈的磁通量，由实验可知，这时感应电流的磁场方向跟磁铁的磁场方向。

2、实验结论：

。

3、利用结论研究P17例题1。

4、由例题1总结应用楞次定律判定感应电流的步骤

（1）

（2）

（3）

（4）

5、由总结应用楞次定律判定感应电流的步骤研究P18例题2。

6、由P18图4.4-6研究已部分导线在磁场中切割磁感线产生的感应电流如何判断。

7、右手定则的内容：

。

适用条件：

。

【实例探究】

探究1：

在匀强磁场中放一电阻不计的平行金属导轨，导轨跟大线圈M相接，如图，导轨上放一根导线ab，磁感线垂直于导轨所在平面。

欲使M所包围的小闭合线圈N产生顺时针方向的感应电流，则导线的运动情况可能是

A、匀速向右运动

B、加速向右运动

C、减速向右运动

D、加速向左运动

探究2

如图，水平地面上方有正交的匀强磁场和匀强电场，电场竖直向下，磁场垂直纸面向里，半圆形铝框从直径出于水平位置时开始下落，不计阻力，a、b两端落到地面的次序是

A、a先于bB、b先于a

C、a、b同时落地D、无法判定

例3、如图，电容器PQ的电容为10F，垂直于回路的磁场的磁感应强度以510-3T/s的变化率均匀增加，回路面积为10-2m2。

则PQ两极电势差的绝对值为V。

P极所带电荷的种类为，带电量为C。

【课堂练习】

1、P19问题与练习1

2、P20问题与练习2、3、4

【当堂检测】

1、一根沿东西方向的水平导线，在赤道上空自由落下的过程中，导线上各点的电势

A、东端最高B、西端最高

C、中点最高D、各点一样高

2、如右图，匀强磁场垂直于圆形线圈指向纸里，a、b、c、d为圆形线圈上等距离的四点，现用外力作用在上述四点，将线圈拉成正方形，设线圈导线不可伸长，且线圈仍处于原先所在的平面内，则在线圈发生形变的过程中

A、线圈中将产生abcd方向的感应电流

B、线圈中将产生adcb方向的感应电流

C、线圈中将产生感应电流的方向先是abcd，后是adcb

D、线圈中无感应电流

3、如右图，一均匀的扁平条形磁铁的轴线与一圆形线圈在同一平面内，磁铁中心与圆心重合。

为了在磁铁开始运动时在线圈中得到逆时针方向的感应电流，磁铁的运动方式应是

A、N极向纸内，S极向纸外，使磁铁绕O点转动

B、S极向纸内，N极向纸外，使磁铁绕O点转动

C、使磁铁在线圈平面内绕O点顺时针转动

D、使磁铁在线圈平面内绕O逆时针转动

4、如右图，ab是一个可绕垂直于纸面的轴O转动的闭合距形导线框，E是电源，当滑线变阻器R的滑片P自左向右滑行时，线框ab将

A、保持静止不动

B、沿逆时针方向转动

C、沿顺时针方向转动

D、发生转动，但电源极性不明，无法确定转动方向。

【作业设计】

1、P20问题与练习5

2、预习第五节

【学后反思】

楞次定律的应用

【学习目标】

1．掌握楞次定律的内容，能运用楞次定律判断感应电流方向。

2．培养观察实验的能力以及对实验现象分析、归纳、总结的能力。

3．能够熟练应用楞次定律判断感应电流的方向

4．掌握右手定则，并理解右手定则实际上为楞次定律的一种具体表现形式。

一、知识点及规律回顾

1、方形区域内为匀强磁场,在矩形线圈从左到右穿过的整个过程中，判断感应电流的方向？

2、无限长通电直导线旁有一个矩形线圈，当线圈远离直导线时，判断感应电流的方向？

3、A、B两个线圈套在一起，线圈A中通有电流，方向如图，当线圈A中的电流突然增强时，B中的感应电流方向如何?

二、楞次定律

1、楞次定律

1833年，楞次在概括了大量实验事实的基础上,总结出一条判断感应电流方向的规律，称为楞次定律。

⑴适用范围：

。

⑵内容：

。

⑶判定步骤：

①；

②；

③；

④。

⑷判断导体做切割磁感线运动产生感应电流方向时常用右手定则。

注意：

两者在判断感应电流方向上是等效的。

一般来讲，楞次定律研究的是整个闭合电路在磁通量发生变化引起感应电流的各种情况，而右手定则只适用于一部分导体做切割磁感线运动的情况。

所以右手定则可看做楞次定律的特殊情况。

通常视方便而定。

2.楞次定律与能量守恒定律

楞次定律在本质上就是能量守恒定律，在电磁感应现象中实现着将机械能或其它形式的能转化为电能，进而转变为内能。

或者说成楞次定律是能量守恒定律在电磁感应现象中的具体表现。

三、学法指导

1、正确理解楞次定律

（1）“阻碍”的含义：

；

（2）从能量角度理解：

；

（3）从力的角度理解：

；

（4）从磁通量变化的角度理解：

。

2、判断感应电流方向的几种方法：

（1）闭合回路的一部分导体做切割磁感线运动时用右手定则来判定；

（2）磁体与闭合回路间发生相对运动时用能量观点来判定；

（3）通电线圈的磁场发生变化只能用楞次定律来判定。

当堂检测

1、如图所示，有一闭合的矩形导体框，框上M、N两点间连有一电压表，整个装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中，且框面与磁场方向垂直。

整个装置以速度v向右匀速平动时，M、N之间有无电势差？

电压表的示数是多少？

2、如图所示，一导体圆环套在水平光滑杆ab上，当把条形磁铁P插向圆环，圆环将发生怎样的运

动？

如把条形磁铁抽出时，圆环又将发生怎样的运动？

3、如图，水平面上有两根平行导轨，上面放两根金属棒a、b。

当条形磁铁如图

向下移动时（不到达导轨平面），a、b将如何移动？

4、用丝线悬挂闭合金属环，悬于0点，虚线左边有匀强磁场，右边没有磁场。

金属环的摆动会很快停下来．试解释这一现象．若整个空间都有向外匀强磁场，会有这种现象吗？

5、截面积S=0.2m2，n=100匝的圆形线圈A，处在如图所示磁场内，磁感应强度随时间变化的规律是B=（0.6-0.02t）T，开始时S未闭合。

R1=4Ω，R2=6Ω，C=30ｕF线圈内阻不计，求：

（1）闭合S后，通过R2的电流大小和方向；

（2）闭合S一段时间后又断开，问S切断后通过R2的电量是多少？

§4.5电磁感应定律的应用

【学习目标】

（一）知识与技能

1．知道感生电场。

2．知道感生电动势和动生电动势及其区别与联系。

（二）过程与方法

通过同学们之间的讨论、研究增强对两种电动势的认知深度，同时提高学习物理的兴趣。

（三）情感、态度与价值观

通过对相应物理学史的了解，培养热爱科学、尊重知识的良好品德。

【学习重点】

感生电动势与动生电动势的概念。

【学习难点】

对感生电动势与动生电动势实质的理解。

【自主探究】

1、回忆什么是电源？

什么是电动势？

2、什么是感生电动势？

感生电场的方向如何判断？

3、教材P23的〈思考与讨论〉

①．导体中的自由电荷的合运动在空间大致沿什么方向？

②．导体棒一直运动下去，自由电荷是否也会沿着导体棒一直运动下去？

为什么？

③．导体棒的哪端电势比较高？

④．如果用导线把、两端连到场外的一个用电器上，导体棒中的电流沿什么方向？

4、

叫动生电动势。

5、如图所示，导体棒运动过程中产生感应电流，试分析电路中的能量转化情况。

【实例探究】

探究1：

如图所示，一个闭合电路静止于磁场中，由于磁场强弱的变化，而使电路中产生了感应电动势，下列说法中正确的是（）

A．磁场变化时，会在在空间中激发一种电场

B．使电荷定向移动形成电流的力是磁场力

C．使电荷定向移动形成电流的力是电场力

D．以上说法都不对

探究2

如图所示，导体AB在做切割磁感线运动时，将产生一个电动势，因而在电路中有电流通过，下列说法中正确的是（）

A．因导体运动而产生的感应电动势称为动生电动势

B．动生电动势的产生与洛仑兹力有关

C．动生电动势的产生与电场力有关

D．动生电动势和感生电动势产生的原因是一样的

探究3

如图所示，两根相距为L的竖直平行金属导轨位于磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中，导轨电阻不计，另外两根与上述光滑导轨保持良好接触的金属杆ab、cd质量均为m，电阻均为R，若要使cd静止不动，则ab杆应向运动，速度大小为_，作用于ab杆上的外力大小为_。

【课堂练习】

1、P8问题与练习1

2、P9问题与练习2、3、4、5

【当堂检测】

1、如图所示，一个带正电的粒子在垂直于匀强磁场的平面内做圆周运动，当磁感应强度均匀增大时，此粒子的动能将（）

A．不变B．增加

C．减少D．以上情况都可能

2、穿过一个电阻为lΩ单匝闭合线圈的磁通量始终是每秒钟均匀地减少2Wb，则（）

A．线圈中的感应电动势一定是每秒减少2V

B．线圈中的感应电动势一定是2V

C．线圈中的感应电流一定是每秒减少2A

D．线圈中的感应电流一定是2A

3．在匀强磁场中，ab、cd两根导体棒沿两根导轨分别以速度v1、v2滑动，如图所示，下列情况中，能使电容器获得最多电荷量且左边极板带正电的是（）

A．v1＝v2，方向都向右

B．v1＝v2，方向都向左

C．v1>v2，v1向右，v2向左

D．v1>v2，v1向左，v2向右

4、如图所示，面积为0.2m2的100匝线圈处在匀强磁场中，磁场方问垂直于线圈平面，已知磁感应强度随时间变化的规律为B=（2+0.2t）T，定值电阻R1=6Ω，线圈电阻R2=4Ω，求：

（1）磁通量变化率，回路的感应电动势；

（2）a、b两点间电压Uab。

5、如图所示，在物理实验中，常用“冲击式电流计”来测定通过某闭合电路的电荷量．探测器线圈和冲击电流计串联后，又能测定磁场的磁感应强度．已知线圈匝数为n，面积为S，线圈与冲击电流计组成的回路电阻为R，把线圈放在被测匀强磁场中，开始时线圈与磁场方向垂直，现将线圈翻转180°，冲击式电流计测出通过线圈的电荷量为q，由此可知，被测磁场的磁磁感应强度B=。

6、如图所示，A、B为大小、形状均相同且内壁光滑，但用不同材料制成的圆管，竖直固定在相同高度．两个相同的磁性小球，同时从A、B管上端的管口无初速释放，穿过A管的小球比穿过B管的小球先落到地面．下面对于两管的描述中可能正确的是（）

A．A管是用塑料制成的，B管是用铜制成的

B．A管是用铝制成的，B管是用胶木制成的

C．A管是用胶木制成的，B管是用塑料制成的

D．A管是用胶木制成的，B管是用铝制成的

【作业设计】

1、P9—P10练习6、7

2、预习第三节

【学后反思】

4.6互感和自感

【学习目标：

】

（一）知识与技能

①了解互感和自感现象

②了解自感现象产生的原因

③知道自感现象中的一个重要概念——自感系数，了解它的单位及影响其大小的因素

（二）过程与方法：

引导学生从事物的共性中发掘新的个性，从发生电磁感应现象的条件和有关电磁感应得规律，提出自感现象，并推出关于自感的规律。

会用自感知识分析，解决一些简单的问题，并了解自感现象的利弊以及对它们的防止和利用