高中物理选修3-2全册学案

第四章电磁感应
4.1划时代的发现
教学目标
（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。

教学重点、难点
教学重点
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。

教学难点
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。

教学方法
教师启发、引导，学生自主阅读、思考，讨论、交流学习成果。

教学手段
计算机、投影仪、录像片
教学过程
一、奥斯特梦圆“电生磁”------电流的磁效应
引导学生阅读教材有关奥斯特发现电流磁效应的内容。

提出以下问题，引导学生思考并回答：
（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。

学生活动：结合思考题，认真阅读教材，分成小组讨论，发表自己的见解。

二、法拉第心系“磁生电”------电磁感应现象
教师活动：引导学生阅读教材有关法拉第发现电磁感应的内容。

提出以下问题，引导学生思考并回答：
（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。

学生活动：结合思考题，认真阅读教材，分成小组讨论，发表自己的见解。

三、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
四、实例探究
【例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（C）
A．安培B．赫兹C．法拉第D．麦克斯韦
【例2】发现电流磁效应现象的科学家是__奥斯特__，发现通电导线在磁场中受力规律的科学家是_安培_，发现电磁感应现象的科学家是_法拉第_，发现电荷间相互作用力规律的的科学家是_库仑_。

【例3】下列现象中属于电磁感应现象的是（B）
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
五、学生的思考：
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？
4.2、探究电磁感应的产生条件
教学目标
（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。

教学重点、难点
教学重点：通过实验观察和实验探究，理解感应电流的产生条件。

教学难点：感应电流的产生条件。

教学方法
实验观察法、分析法、实验归纳法、讲授法
教学手段
条形磁铁（两个），导体棒，示教电流表，线圈（粗、细各一个），学生电源，开关，滑动变阻器，导线若干，
教学过程
一、基本知识
（一）知识准备
①磁通量
定义：公式：φ=BS 单位：符号：
推导：B=φ/S，磁感应强度又叫磁通密度，用Wb/ m2表示B的单位；
计算：当B与S垂直时，或当B与S不垂直时，φ的计算
②初中知识回顾：当闭合电路的一部分做切割磁感线运动时，电路中会产生感应电流。

电磁感应现象：由磁产生电的现象
（二）新课讲解
1、实验一：闭合电路的部分导线在匀强磁场中切割磁感线，教材P6图4.2-1
探究导线运动快慢与电流表示数大小的关系.
实验二：向线圈中插入磁铁,或把磁铁从线圈中抽出,教材P6图4.2-2
探究磁铁插入或抽出快慢与电流表示数大小的关系
2、模仿法拉第的实验：通电线圈放入大线圈或从大线圈中拔出，
或改变线圈中电流的大小（改变滑线变阻器的滑片位置），
教材P7图4.2-3
探究将小线圈从大线圈中抽出或放入快慢与电流表示数的关系
3、分析论证：
实验一：磁场强度不发生变化，但闭合线圈的面积发生变化；
实验二：①磁铁插入线圈时，线圈的面积不变，但磁场由弱变强；
②磁铁从线圈中抽出时，线圈的面积也不改变，磁场由强变弱；
实验三：①通电线圈插入大线圈时，大线圈的面积
不变，但磁场由弱变强；
②通电线圈从大线圈中抽出时，大线圈的
面积也不改变，但磁场由强变弱；
③当迅速移动滑线变阻器的滑片，小线圈
中的电流迅速变化，电流产生的磁场也随
之而变化，而大线圈的面积不发生变化，
但穿过线圈的磁场强度发生了变化。

4、归纳总结：
在几种实验中，有的磁感应强度没有发生变化，面积发生了变化；而又有的线圈的面积没有变化，但穿过线圈的磁感应强度发生了变化。

其共同点是穿过线圈的磁通量发生了变化。

磁通量变化的快慢与闭合回路中感应电流的大小有关。

结论：只要穿过闭合回路的磁通量发生变化，闭合电路中就有感应电流产生。

5、课堂总结：1、产生感应电流的条件：①电路闭合；②穿过闭合电路的磁通量发生改变
2、电磁感应现象：利用磁场产生电流的现象叫电磁感应现象
3、感应电流：由磁场产生的电流叫感应电流
6、例题分析
例1、右图哪些回路中比会产生感应电流
例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
7、练习与作业
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
4.3 法拉第电磁感应定律
教学目标
（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=BLv sinθ如何推得。

5．会用E=n△Φ/△t和E=BLv sinθ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。

教学重点、难点
教学重点：法拉第电磁感应定律。

教学难点：平均电动势与瞬时电动势区别。

教学方法
演示法、归纳法、类比法
教学手段
多媒体电脑、投影仪、投影片。

教学过程
一、基本知识
1、感应电动势
电磁感应现象：利用磁场产生电流的现象叫电磁感应现象
产生感应电流的条件：线路闭合，闭合回路中磁通量发生变化。

感应电动势：在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势
产生条件：回路中的磁通量发生变化但回路不一定闭合
与什么因素有关：穿过线圈的磁通量的变化快慢（∆φ/∆t）有关（由前提节的实验分析可得）注意：磁通量的大小φ;磁通量的变化∆φ;磁通量的变化快慢（∆φ/∆t）的区分
2、法拉第电磁感应定律
内容：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一回路的磁通量的变化率成正比。

公式：单匝线圈：E=∆φ/∆t
多匝线圈：E=n∆φ/∆t
适用范围：普遍适用
3、导线切割磁感线时产生的感应电动势
计算公式：E=BL vsinθ。

θ—导线的运动方向与磁感线的夹角。

推导方法：
条件：导线的运动方向与导线本身垂直
适用范围：匀强磁场，导线切割磁感线
单位：1V=1T⨯1m⨯1m/s=1Wb/s
4、反电动势
电动机转动时，线圈中也会产生感应电动势，感应电动势总要削弱电源电动势的作用，我们就把感应电动势称为反电动势；其作用是阻碍线圈的转动。

教材P12。

电动机在使用时的注意点：
二、例题分析
例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θ，导线长度为L）
例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?
例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
三、练习与作业
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ω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2BL2ω
D、两导轨间的平均电压是271/2BL2ω/2π
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、如左图，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ω，则杆两
端a、b和o间的电势差U a o=以及U bo=
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。

4.4 楞次定律
教学目标
（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。

教学重点、难点
教学重点：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。

教学难点：楞次定律的理解及实际应用。

教学方法
发现法，讲练结合法
教学手段
干电池、灵敏电流表、外标有明确绕向的大线圈、条形磁铁、导线。

教学过程
一、基本知识
1．实验．
(1)选旧干电池用试触的方法查明电流方向与
电流表指针偏转方向的关系．
明确：对电流表而言，电流从哪个接线柱流入，
指针向哪边偏转．
(2)闭合电路的一部分导体做切割磁感线的情况．
a．磁场方向不变，两次改变导体运动方向，如导体向右和向左运动．
b．导体切割磁感线的运动方向不变，改变磁场方向．
根据电流表指针偏转情况，分别确定出闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，产生的感应电流方向．
感应电流的方向跟导体运动方向和磁场方向都有关系．感应电流的方向可以用右手定则加以判定．
右手定则：伸开右手，让拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在一个平面内，让磁感线垂直从手心进入，拇指指向导体运动方向，其余四指指的就是感应电流的方向．
(3)闭合电路的磁通量发生变化的情况：
实线箭头表示原磁场方向，虚线箭头表示感应电流磁场方向．
分析：
(甲)图：当把条形磁铁N极插入线圈中时，穿过线圈的磁通量增加，由实验可知，这时感应电流的磁场方向跟磁铁的磁场方向相反．
(乙)图：当把条形磁铁N极拔出线圈中时，穿过线圈的磁通量减少，由实验可知，这时感应电流的磁场方向跟磁铁的磁场方向相同．
(丙)图：当把条形磁铁S极插入线圈中时，穿过线圈的磁通量增加，由实验可知，这时感应电流的磁场方向跟磁铁的磁场方向相反．
(丁)图：当条形磁铁S极拔出线圈中时，穿过线圈的磁通量减少，由实验可知，这时感应电流的磁场方向跟磁铁的磁场方向相同．
通过上述实验，引导学生认识到：凡是由磁通量的增加引起的感应电流，它所激发的磁场一定阻碍原来磁通量的增加；凡是由磁通量的减少引起的感应电流，它所激发的磁场一定阻碍原来磁通量的减少．在两种情况中，感应电流的磁场都阻碍了原磁通量的变化．
2、实验结论：楞次定律--感应电流具有这样的方向，就是感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化．
说明：对“阻碍”二字应正确理解．“阻碍”不是“阻止”，而只是延缓了原磁通的变化，电路中的磁通量还是在变化的．例如：当原磁通量增加时，虽有感应电流的磁场的阻碍，磁通量还是在增加，只是增加的慢一点而已．实质上，楞次定律中的“阻碍”二字，指的是“反抗着产生感应电流的那个原因．”
3、应用楞次定律判定感应电流的步骤(四步走)．
(1)明确原磁场的方向；
(2)明确穿过闭合回路的磁通量是增加还是减少；
(3)根据楞次定律，判定感应电流的磁场方向；
(4)利用安培定则判定感应电流的方向．
4、推论：当导线切割磁感线时可用右手定则来判定，即大拇指与四指垂直，让磁感线垂直穿过手心，大拇指指向导线的运动方向，则四指的指向为感应电流的方向
二、例题分析
例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
例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b
B、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10μF，垂直于回路的磁场的磁感应强
度以5⨯10-3T/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。

三、练习与作业
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。

4.5 感生电动势和动生电动势
教学目标
（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。

教学重点、难点
教学重点：感生电动势与动生电动势的概念。

教学难点：对感生电动势与动生电动势实质的理解。

教学方法
讨论法，讲练结合法
教学手段
多媒体课件
教学活动
（一）引入新课
什么是电源？什么是电动势？
电源是通过非静电力做功把其他形式能转化为电能的装置。

如果电源移送电荷q时非静电力所做的功为W，那么W与q的比值W/q，叫做电源的电动势。

用E表示电动势，则：E=w/q
在电磁感应现象中，要产生电流，必须有感应电动势。

这种情况下，哪一种作用扮演了非静电力的角色呢？下面我们就来学习相关的知识。

（二）进行新课
1、感应电场与感生电动势
投影教材图4.5-1，穿过闭会回路的磁场增强，在回路中产
生感应电流。

是什么力充当非静电力使得自由电荷发生定向运
动呢？英国物理学家麦克斯韦认为，磁场变化时在空间激发出
一种电场，这种电场对自由电荷产生了力的作用，使自由电荷
运动起来，形成了电流，或者说产生了电动势。

这种由于磁场
的变化而激发的电场叫感生电场。

感生电场对自由电荷的作用
力充当了非静电力。

由感生电场产生的感应电动势，叫做感生电动势。

例题：教材P22，例题分析
2、洛伦兹力与动生电动势
（投影）教材P23的〈思考与讨论〉
1．导体中自由电荷（正电荷）具有水平方向的速度，由左手定则可判断受到沿棒向上的洛伦兹力作用，其合运动是斜向上的。

2．自由电荷不会一直运动下去。

因为C、D两端聚集电荷越来越多，在CD棒间产生的电场越来越强，当电场力等于洛伦兹力时，自由电荷不再定向运动。

3．C端电势高。

4．导体棒中电流是由D指向C的。

一段导体切割磁感线运动时相当于一个电源，这时非静电力与洛伦兹力有关。

由于导体运动而产生的电动势叫动生电动势。

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。

导体棒中的电流受到安培力作用，安培力的方向与运动方向相反，
阻碍导体棒的运动，导体棒要克服安培力做功，将机械能转化为电能。

（四）实例探究
磁场变强【例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（AC）
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
【例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（AB）
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
【例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 杆应向上运动，速度大小为_2mgR/B 2L2_，作用
于ab杆上的外力大小为_2mg _
巩固练习
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（B）
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的单匝闭合线圈的磁通量始终是每秒钟均
匀地减少2Wb，则（BD）
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。