必修 第三册第5章 初识电磁场与电磁波第2节 电磁感应现象及其应用教学设计及反思

这是一份必修 第三册第5章 初识电磁场与电磁波第2节 电磁感应现象及其应用教学设计及反思，共11页。教案主要包含了磁通量，电磁感应现象，电磁感应现象的应用等内容，欢迎下载使用。

1.理解磁通量概念，会求磁通量的大小。
2.通过实验，探究感应电流的产生条件，体会科学探究的过程。
3.了解电磁感应现象的应用。
教学重点
1.掌握只要闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就会产生感应电流。
2.判断磁通量的变化
教学难点
闭合电路中是否会产生感应电流。
教学准备
多媒体课件
条形磁铁、蹄形磁铁、学生电源、滑动变阻器、原副线圈、检流计、开关、导线。
教学过程
新课引入
1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应，首次揭示了电与磁的联系。有关电与磁关系的崭新研究领域洞开在人们面前，激发了科学家们的探索热情。
人们从电流磁效应的对称性角度，开始思考如下问题：既然电流能够引起磁针的运动，那么能不能用磁铁使导线中产生电流呢？ 科学家们对此进行了大量的实验和探索，法拉第在经历了大约10年的不断失败后，终于发现了磁生电的现象——电磁感应现象。本节将学习电磁感应现象及其应用。
讲授新课
一、磁通量
1.磁通量
(1)定义：在磁感应强度为B 的匀强磁场中，有一个与磁场方向垂直的平面S，我们把B和S的乘积叫做穿过这个面积的磁通量，简称磁通．
S
B
(2)公式：Φ＝BS
该公式适用条件：
①匀强磁场
②磁感线与平面垂直
(3)单位：韦伯，简称韦，符号Wb, 1 Wb＝1T· m2
(4)磁通量与磁感线的关系：磁感线的疏密程度表示磁感应强度的大小，在磁场中某处垂直于磁场方向选取一个平面，可用穿过该平面单位面积的磁感线条数来表示磁感线的疏密程度。垂直穿过该单位面积的磁感线条数越多，磁感线就越密，磁感应强度就越大，反之亦然。我们规定：垂直穿过单位面积的磁感线条数等于该处的磁感应强度的大小。由于Φ＝BS，故穿过某个面的磁通量可理解为穿过该面的磁感线条数。
(5)在匀强磁场B中，若磁感线与平面不垂直，我们用这个面在垂直于磁感应强度B的方向的投影面积S'与B的乘积表示磁通量。
则 Φ=BS'=BS csθ
B
S'
S
2.磁通量的正、负
Φ为负
Φ为正
磁通量是标量，但有正、负,当磁感线从某一面上穿入时,磁通量为正值，穿出时即为负值。
若同时有磁感线沿相反方向穿过同一平面，且正向磁通量为Φ1，反向磁通量为Φ2，则穿过该平面的磁通量Φ＝Φ1－Φ2
3.磁通量的变化：ΔΦ＝Φ2－Φ1
即末态与初态穿过某个平面的磁通量的代数差。
磁通量的变化，常见的有下列三种情况：
B变，S不变时，ΔΦ＝ΔB·S；
B
如图：半径为r的线圈放在匀强磁场中，从计时时刻开始，磁感应强调按如图规律变化，
B0
B
t
0
t1
B1
B0
t
O
则0-t1时间内穿过线圈的磁通量变化量为：
ΔΦ=Φ2－Φ1
=πr（B1-B0）
(2)S变，B不变时，ΔΦ＝B·ΔS；
如图：在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一半径为r的线圈，若使线圈半径变为R，
则穿过线圈的磁通量变化量为：
ΔΦ=Φ2－Φ1
=B（πR –πr ）
(3)B的方向与S平面的夹角发生变化ΔΦ＝Φ2－Φ1
注意：当平面转过180°时，磁通量的变化量
ΔΦ＝|Φ1|＋|Φ2|＝2BS
4.磁通密度：垂直于磁场方向单位面积内的磁通量叫磁通密度，
由Φ＝BS可以得出 B=
所以，磁感应强度B的大小通常也叫做磁通量密度，由此可知：
单位关系：1T=1=1
二、电磁感应现象
1.探究产生感应电流产生的条件
实验装置1
实验装置2
实验装置3
2.实验结果分析
(1)实验1表明:闭合导体回路包围的面积变化时,有电流产生；闭合导体回路包围的面积不变时,无电流产生。
(2)实验2表明:线圈中的磁场变化时,有感应电流；线圈中的磁场不变时,无感应电流。
(3)实验3表明:线圈B中磁场变化,有感应电流；线圈B中磁场不变,无感应电流。
实验结论:产生感应电流的条件与磁场的变化有关系,与闭合导体回路包围的面积有关系。
3.实验结果解释
(1)导体棒静止时，B不变，S不变，即磁通量不变，回路没有感应电流；导体棒切割磁感线时，B不变，S变化，即磁通量发生变化，回路中产生感应电流。
G
(2)磁铁插入或拔出线圈，S不变，B变化，即磁通量变化；产生感应电流；磁铁在线圈中不动，磁通量不变；线圈中没有感应电流。

(3)当迅速移动滑片位置（或闭合、断开开关）时，线圈A中电流迅速发生变化，产生的磁场强弱也迅速变化，这样线圈B中的磁场强弱也迅速变化，即穿过线圈B中的磁通量发生了变化，B中产生了感应电流。
综上所述，产生感应电流的条件：
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。
三、电磁感应现象的应用
1831年圣诞节前夕，法拉第当众展示了人类历史上第一台发电机，圆盘发电机，首先向人类揭开了机械能转化为电能的序幕。
法拉第的圆盘发电机
电磁感应现象的发现及应用，开辟了人类社会的电气化时代。
1.计算机磁盘与磁记录
磁记录的原理：磁盘将圆形的磁性盘片装在密封盒子里用于记录数字信息，读写磁头用来录制和读取信息。录制时，磁头产生的磁场随数字信息而改变，当磁性盘片转动时，变化的磁场将磁盘上的磁性材料磁化，就记录下相应的磁信号。读取信息时，磁盘再次通过磁头，电磁感应使磁头产生的电流与录制时的电流一致，从而或得录制的信息。
计算机磁盘
无线充电
2.无线充电
充电座和手机分别内置线圈，当手机放在充电座上时，充电座的线圈产生变化磁场，使手机的线圈产生感应电流，感应电流经转换变为直流电后便能给手机电池充电了。
3.动圈式话筒
动圈式话筒
话筒是把声音转化为电信号的装置。动圈式话筒的结构由膜片、线圈、永磁体等构成。当人对着话筒讲话时，声波使金属膜片振动，连接在膜片上的线圈随之在永磁体的磁场里振动，从而产生感应电流。感应电流的大小和方向不断发生变化，这种带有声音信号的感应电流经扩音器放大后，扬声器就能放出被放大的声音了。
典题剖析
例1(多选)关于磁通量，下列说法中正确的是（ ）
A.磁感强度越大的地方，穿过线圈的磁通量也越大
B.穿过线圈的磁通量为零，该处的磁感强度不一定为零
C.磁感应强度越大，线圈面积越大，穿过线圈的磁通量也越大
D.同一个磁场中穿过线圈的磁通量大小可用穿过线圈磁感线条数来衡量
答案：BD
解析：当B//S时，Φ=0，所以A错，B对，C错；在同一磁场中，穿过线圈的磁感线条数越多， 磁通量越大，D对。故选B、D。
例2 (多选)如图所示,矩形线圈与磁场垂直,且一半在匀强磁场内,一半在匀强磁场外。下述操作中能使线圈中产生感应电流的是( )
A.以bc为轴转动45° B.以ad为轴转动45°
C.将线圈向下平移 D.将线圈向左平移
答案：BD

解析：以bc为轴转动45°，线圈垂直于磁场方向的投影面积不变，磁通量不变；将线圈向下平移，磁通量不变；不会产生感应电流。故A、C错。以ad为轴转动45°，将线圈向左平移，都会引起线圈磁通量的变化，产生感应电流。故选BD
例3(多选)如图所示，两个线圈分别绕在一个铁环上，线圈A接直流电源，线圈B接灵敏电流表，下列哪种方法可以使线圈B中产生感应电流( )
A．将开关S接通瞬间
B．开关S接通一段时间之后
C．开关S接通后，改变变阻器滑动头的位置时
D．将开关S断开的瞬间
答案：ACD
解析：S接通瞬间，A线圈中的电流从无到有，A产生的磁场也从无到有，A线圈的磁感线顺着铁芯穿过线圈B，引起B线圈磁通量的变化，产生感应电流；B选项中A线圈电流不变，磁场不变，不会引起B线圈磁通量的变化，不产生感应电流。同理C、D选项也会使B线圈产生感应电流。故选ACD
例4(多选)如图所示,竖直放置的长直导线通有恒定电流,有一矩形线框与导线在同一平面内,在下列情况中线框产生感应电流的是( )
A.导线中的电流变大
B.线框向右平动
C.线框向下平动
D.线框以ab边为轴转动
解析：直线电流右侧磁场如图，线圈上下平动，Φ不变，不产生感应电流，C错；向右平动B变小，Φ变小；绕bc轴转动Φ变小；增大导线中的电流，B变大，Φ变大。都能使线圈中产生感应电流。答案：ABD
例5.如图所示，框架面积为S，框架平面与磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直，
（1）若使框架绕OO′转过60°角，求穿过框架平面的磁通量的变化量；
（2）若从初始位置转过180°角，求穿过框架平面的磁通量的变化量。
解析：根据ΔΦ＝｜Φ2－Φ1｜，Φ1=BS，
(1)Φ2=BScs60 ΔΦ1=0.5BS；
(2)Φ2= -BS， ΔΦ2=2BS
课堂小结电
磁
感
应
现
象
及
其
应
用
磁通量
电磁感应现象
探究产生感应电流产生的条件
产生感应电流产生的条件
电磁感应的应用
磁通量定义
磁通密度
磁通量的变化量
计算机磁盘与磁记录
动圈式话筒
无线充电
实验操作
电路中有无感应电流
导体棒静止
无
导体棒平行于磁感线运动
无
导体棒做切割磁感线运动
有
实验操作
电路中有无感应电流
N（S）极插入线圈
有
N（S）极停在线圈中不动
无
N（S）极拔出线圈
有
实验操作
B线圈中有无感应电流
开关闭合瞬间
有
开关断开瞬间
有
开关闭合时，滑动变阻器不动
无
开关闭合时，迅速移动滑动变阻器的滑片
有