高中物理人教版2019公开课教案电磁感应现象及应用

3电磁感应现象及应用
[学习目标] 1.了解电磁感应现象及相关的物理学史.2.通过实验探究产生感应电流的条件．(重点、难点)3.能正确分析磁通量的变化情况．(重点)4.能运用感应电流的产生条件判断是否有感应电流产生．(重点、难点)
一、电磁感应的探索历程
1．“电生磁”的发现
1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应．
2．“磁生电”的发现
1831年，英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象．产生的电流叫作感应电流．
3．法拉第的概括
法拉第把引起感应电流的原因概括为五类：
(1)变化的电流；
(2)变化的磁场；
(3)运动的恒定电流；
(4)运动的磁铁；
(5)在磁场中运动的导体．
4．电磁感应
法拉第把他发现的磁生电的现象叫作电磁感应，产生的电流叫作感应电流．5．发现电磁感应现象的意义
(1)使人们对电与磁内在联系的认识更加完善，宣告了电磁学作为一门统一学科的诞生．
(2)使人们找到了磁生电的条件，开辟了人类的电气化时代．
二、探究感应电流的产生条件
1．探究导体棒在磁场中运动是否产生感应电流(如图所示)：
实验操作 实验现象(有无电流) 分析论证 导体棒静止
无 闭合电路包围的面积变化时，电路中有感应电流产生；包围的面积不变时，电路中无感应电流产生
导体棒平行磁感线运动
无 导体棒切割磁感线运动
有
2．探究磁铁在通电螺线管中运动是否产生感应电流(如图所示)：
实验操作
实验现象(有无电流) 分析论证
N 极插入线圈
有 线圈中的磁场变化时，线圈中有感应电流；线圈中的磁场不变时，线圈中无感应电流 N 极停在线圈中
无 N 极从线圈中抽出
有 S 极插入线圈
有 S 极停在线圈中
无 S 极从线圈中抽出 有 3.模仿法拉第的实验(如图所示)：
实验操作 实验现象(线圈B 中有无电流) 分析论证 开关闭合瞬间
有 线圈B 中磁场变化时，线圈B 中有感应电流；线圈B 中磁场不变时，线圈B 中无感应电流 开关断开瞬间
有 开关保持闭合， 滑动变阻器的滑片不动
无 开关保持闭合，迅速移动滑动
变阻器的滑片
有
4.归纳结论 只要穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，闭合电路中就有感应电流．
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)有电流即生磁场．
(√) (2)有磁场即生电流． (×)
(3)静止的电荷周围也能产生磁场． (×)
(4)穿过闭合回路的磁通量发生变化，一定产生感应电流．(√)
2．首先发现电流的磁效应和电磁感应现象的物理学家分别是( )
A ．安培和法拉第
B ．法拉第和楞次
C ．奥斯特和安培
D ．奥斯特和法拉第
D [1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应，1831年，英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象，选项D 正确．]
3．下列选项中能产生感应电流的是( )
A B C D
B [A 项中线圈没有闭合，有感应电动势，但无感应电流产生，
C 项中穿过线圈的磁通量始终为零，不发生变化，
D 项中，线圈在匀强磁场中平动，穿过线
圈的磁通量不变化，故A、C、D错误；B项中，闭合回路的面积增大，穿过回路的磁通量增大，有感应电流产生，故B正确．]
电流的磁效应与电磁感应现象
1.区别：“动电生磁”和“动磁生电”是两个不同的过程，要抓住过程的本质，“动电生磁”是指运动电荷周围产生磁场；“动磁生电”是指线圈内的磁通量发生变化而在闭合线圈内产生了感应电流．“动电生磁”中的“动”是运动的意思，电荷相对磁场运动，“动磁生电”中的“动”是变化的意思．要从本质上来区分它们．
2．联系：二者都是反映了电流与磁场之间的关系．
【例1】下列属于电磁感应现象的是()
A．通电导体周围产生磁场
B．磁场对感应电流发生作用，阻碍导体运动
C．由于导体自身电流发生变化，在回路中产生感应电流
D．电荷在磁场中定向移动形成电流
C[根据引起感应电流的原因的五类情况可知，导体中自身电流变化在回路中产生感应电流为电磁感应现象，C正确．]
是否为电磁感应现象的判断方法
(1)由磁生电的现象都是电磁感应现象．
(2)所有的电磁感应现象都与变化和运动相联系．
1．(多选)下列现象中，能表明电和磁有联系的是()
A．摩擦起电
B．两块磁铁相互吸引或排斥
C．小磁针靠近通电导线时偏转
D．磁铁插入闭合线圈过程中，线圈中产生感应电流
CD[摩擦起电是静电现象；两块磁铁相互吸引或排斥是磁现象；小磁针靠近通电导线时偏转，说明“电生磁”；磁铁插入闭合线圈过程中，线圈中产生感应电流，说明“磁生电”．C、D表明电和磁有联系．]
磁通量Φ及其变化量ΔΦ的理解与计算
1.对磁通量的三点理解
(1)磁通量是标量，但是有正负．磁通量的正负不代表大小，只表示磁感线是怎样穿过平面的．即若以向里穿过某面的磁通量为正，则向外穿过这个面的磁通量为负．
(2)若穿过某一面的磁感线既有穿出，又有穿入，则穿过该面的合磁通量为净磁感线的条数．
(3)由Φ＝BS可知，磁通量的大小与线圈的匝数无关．
2．匀强磁场中磁通量的计算
(1)B与S垂直时：Φ＝BS.B指匀强磁场的磁感应强度，S为线圈的面积．
(2)B与S不垂直时：Φ＝BS⊥.S⊥为线圈在垂直磁场方向上的有效面积，在应用时可将S分解到与B垂直的方向上，如图所示，Φ＝BS sin θ.
3．磁通量变化量的计算
当B与S垂直时，通常有以下两种情况：
(1)S不变，B改变，则ΔΦ＝ΔBS.
(2)S改变，B不变，则ΔΦ＝B·ΔS.
【例2】(多选)如图所示是等腰直角三棱柱，其中正方形ABCD的边长为L，按图示位置放置在方向竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度为B，下列说法
中正确的是()
A．通过ABCD平面的磁通量为BL2
B．通过BCFE平面的磁通量为
2
2BL
2
C．通过ADFE平面的磁通量为零
D．通过整个三棱柱的磁通量为零
BCD[磁感应强度B和ABCD平面不垂直，根据Φ＝BS cos θ知，穿过ABCD
平面的磁通量为2
2BL
2，故A项错误；磁感应强度B和BCFE平面垂直，故B 项正确；磁感应强度B和ADFE平面平行，故通过ADFE平面的磁通量为零，C项正确；磁感线从ABCD平面穿入，进入三棱柱后不终止，从BCFE平面穿出，若穿入磁通量为正，则穿出磁通量为负，故穿过整个三棱柱的磁通量为零，D项正确．]
求解磁通量的方法
(1)解答该类题目时，要注意磁感线是从平面的哪一面穿入的．
(2)当规定从某一面穿入的磁通量为正值时，则从另一面穿入的就为负值，然后按照求代数和的方法求出磁通量的变化(磁通量是有正、负的标量)．
(3)准确地把初、末状态的磁通量表示出来是解题的关键．
2．如图所示，通过恒定电流的导线MN与闭合线框共面，第一次将线框由1平移到2，第二次将线框绕cd边翻转到2，设先后两次通过线框的磁通量变化分别为ΔΦ1和ΔΦ2，则()
A．ΔΦ1>ΔΦ2B．ΔΦ1<ΔΦ2
C．ΔΦ1＝ΔΦ2D．无法确定
B[设线框在位置1时的磁通量为Φ1，在位置2时的磁通量为Φ2，直线电流产生的磁场在1处比在2处要强，若平移线框，则ΔΦ1＝Φ1－Φ2，若转动线框，磁感线是从线框的正反两面穿过的，一正一负，因此ΔΦ2＝Φ1＋Φ2.根据分析知：ΔΦ1<ΔΦ2，选项B正确．]
感应电流是否产生的判断
1.感应电流产生的必要条件是穿过闭合电路的磁通量发生变化，所以判断感应电流有无时必须明确以下两点：
(1)明确电路是否为闭合电路；
(2)判断穿过回路的磁通量是否发生变化．
2．判断穿过闭合导体回路的磁通量是否变化时，可充分利用磁感线来进行定性判断．即通过观察穿过闭合导体回路的磁感线的条数是否变化判断某过程中磁通量是否变化．
【例3】如图所示，矩形线框abcd由静止开始运动，若要使线框中产生感应电流且磁通量逐渐变大，则线框的运动情况应该是()
A．向右平动(ad边还没有进入磁场)
B．向上平动(ab边还没有离开磁场)
C．以bc边为轴转动(ad边还没有转入磁场)
D．以ab边为轴转动(转角不超过90°)
思路点拨：解答本题时应把握以下两点：
(1)产生感应电流的条件是穿过闭合回路的磁通量发生变化；
(2)判断线框做各种运动时穿过线框的磁通量是否发生变化．
A[选项A和D所描述的情况，线框在磁场中的有效面积S均发生变化(A 情况下S增大，D情况下S变小)，穿过线框的磁通量均改变，由产生感应电流的条件知线框中会产生感应电流．而选项B、C所描述的情况中，线框中的磁通量均不改变，不会产生感应电流．D中磁通量大小变小．]
(1)如果电路不闭合，即使磁通量发生变化也不会产生感应电流．
(2)磁通量发生变化，其内涵主要体现在“变化”上．比如穿过电路的磁通量很大，若不变化，也不会产生感应电流．
3．如图所示，在竖直向下的匀强磁场中，有一闭合导体环，环面与磁场垂直．当导体环在磁场中完成下述运动时，可能产生感应电流的是()
A．导体环保持水平且在磁场中向上或向下运动
B．导体环保持水平向左或向右加速平动
C．导体环以垂直环面、通过环心的轴转动
D．导体环以一条直径为轴，在磁场中转动
D[只要导体环保持水平，无论它如何运动，穿过环的磁通量都不变，都不会产生感应电流，只有导体环绕通过直径的轴在磁场中转动时，穿过环的磁通量改变，才会产生感应电流，D项正确．]
课堂小结知识脉络
1.熟记电磁感应现象及相关
的物理学史.
2.通过实验探究产生感应电
流的条件.
3.正确分析磁通量的变化情
况.
1．关于磁通量的概念，以下说法中正确的是()
A．磁感应强度越大，穿过闭合回路的磁通量也越大
B．磁感应强度越大，线圈面积越大，则磁通量也越大
C．穿过线圈的磁通量为零，但磁感应强度不一定为零
D．磁通量发生变化，一定是磁场发生变化引起的
C[穿过闭合回路的磁通量大小取决于磁感应强度、回路所围面积以及两者夹角三个因素，所以只了解其中一个或两个因素无法确定磁通量的变化情况，A、B项错误；同样由磁通量的特点，也无法判断其中一个因素的情况，C项正确，D项错误．]
2．关于产生感应电流的条件，下列说法正确的是()
A．位于磁场中的闭合线圈一定会产生感应电流
B．闭合线圈平行磁感线运动时，线圈中一定产生感应电流
C．穿过闭合线圈的磁通量发生变化时，一定产生感应电流
D．闭合线圈垂直磁感线运动时，线圈中一定产生感应电流
C[位于磁场中的闭合线圈，只有磁通量发生变化，才一定会产生感应电流，故A错误；闭合线圈平行磁感线运动时，闭合电路中磁通量没有变化，则闭合
电路中就没有感应电流，故B错误；穿过闭合电路的磁感线的条数发生变化，磁通量一定发生变化，则闭合电路中就有感应电流，故C正确；紧紧围绕感应电流产生的条件：闭合电路，磁通量发生变化；导体切割磁感线，磁通量不一定发生变化，故D错误．]
3．如图所示，虚线框内有匀强磁场，大环和小环是垂直于磁场放置的两个圆环，分别用Φ1和Φ2表示穿过大小两环的磁通量，则有()
A．Φ1>Φ2B．Φ1<Φ2
C．Φ1＝Φ2D．无法确定
C[对于大环和小环来说，有效垂直面积相同，所以选C.]
4．(多选)如图所示，下列情况能产生感应电流的是()
A．如图甲所示，导体棒AB顺着磁感线运动
B．如图乙所示，条形磁铁插入或拔出线圈时
C．如图丙所示，小螺线管A插入大螺线管B中不动，开关S一直接通时D．如图丙所示，小螺线管A插入大螺线管B中不动，开关S一直接通，当改变滑动变阻器的阻值时
BD[A中导体棒顺着磁感线运动，穿过闭合电路的磁通量没有发生变化，无感应电流，故A错误；B中条形磁铁插入线圈时线圈中的磁通量增加，拔出线圈时线圈中的磁通量减少，都有感应电流，故B正确；C中开关S一直接通，回路中为恒定电流，螺线管A产生的磁场稳定，螺线管B中的磁通量无变化，线圈中不产生感应电流，故C错误；D中开关S接通，滑动变阻器的阻值变化使闭合回路中的电流变化，螺线管A产生的磁场发生变化，螺线管B中磁通量发生变化，线圈中产生感应电流，故D正确．]。