高中物理人教版 (2019)必修 第三册3 电磁感应现象及应用教学设计及反思

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第三册3 电磁感应现象及应用教学设计及反思，共10页。教案主要包含了教学目标，核心素养，电磁感应现象的应用等内容，欢迎下载使用。


课题
电磁感应现象及应用
单元
13
学科
物理
年级
高二
教材
分析
本节课所采用的教材是人教版高中物理必修3第13章第3节的内容, 从物理学角度看，电磁感应在电磁学中的地位举足轻重，如果说静电场和磁场的知识是电磁学的基础，那么，电磁感应就是电磁学的核心。正是由于电磁感应现象的发现。才使得电与磁的关系全面地被揭示出来，从而导致人类社会的技术应用水平发生了划时代的变化。在电磁感应的发现过程中，科学家的思考、探索中的迷失以及最后的成功，都会给予我们多方面的教育和启迪。奥斯特的实验之所以重要，是他将外观上看似不同的现象，建立起了相互的联系。教学中，要注意渗透当时的重要思想方法对科学研究者的影响。即自然现象间的相互联系。正是在这种思想的启示下，奥斯特经过不懈的努力，发现了“电流产生磁场”的现象，也正是这种思想的启示和奥斯特的成功，鼓舞了人们探索这种“对称性”的另一面________“磁是否可以产生电”的现象，教科书从奥斯特的发现讲起，以颇富哲理的语言，扼要地回溯了人类探索“电生磁”“磁生电”的社会背景和探索过程。
探究感应电流的产生条件，从实验本身来看并不难，难的是在实验观察的基础上，如何理出头绪、分析论证和归纳结论，即如何从观察到的有关电磁感应的现象，推出电磁感应产生的一般条件。这既是本节课的重点、难点，也是能力培养和方法论教育的着力点。
教学目标与核心素养
一、教学目标
1.关注电磁感应现象的发现过程，了解相关的物理学史。
2.知道电磁感应、感应电流的定义。
3.观察电磁感应现象，理解产生感应电流的条件。
4.经历感应电流产生条件的探究活动，提高学生的分析、论证能力。
二、核心素养
物理观念：培养学生“电生磁”“磁生电”的相互作用观念，使电和磁建立起了相互的联系。
科学思维：经历各种实验现象，学会通过现象，分析、归纳事物本质特征的科学思想方法实验观察能力与逻辑思维能力在科学探究过程中的重要作用。
科学探究：经历感应电流产生条件的探究活动，提高学生的分析、论证能力。
科学态度与责任：通过“磁生电”的物理学史学习使学生感悟到科学发现的艰辛和辩证的思维方法。
重点
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
难点
闭合电路磁通量的变化。
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课
我们知道，闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动时，导体中就会产生感应电流。
那么，切割磁感线是产生感应电流的唯一方法吗？还有其他方法吗？今天我们就来研究产生感应电流的方法。
学生回忆并思考

温故而知新，为下面的知识做铺垫
讲授新课
一、划时代的发现
1.电能生磁
奥斯特发现通电导线能使小磁针偏转，即电流的磁效应，这样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。
思考：既然电流能够引起磁针的运动，那么，为什么不能用磁体使导线中产生电流呢？
2.磁能生电
英国科学家法拉第敏锐地觉察到，磁与电流之间应该有联系。他在1822年的日记中写下了“由磁产生电”的设想。他做了多次尝试，经历了一次次失败，但他坚信电与磁有联系，经十年努力，终于发现磁能生电。
出示图片：英国物理学家、化学家
3.法拉第的磁生电”实验
1831年，法拉第把两个线圈绕在一个铁环上如下图，一个线圈接电源，另一个线圈接“电流表”。当给一个线圈通电或断电的瞬间，在另一个线圈上出现了电流。
出示图片：法拉第用过的线圈
法拉第从中领悟到，“磁生电”是一种在变化、运动的过程中才能出现的效应。
于是，他又设计并动手做了几十个实验，使深藏不露的各种“磁生电”的现象显现而出。
他把这些“磁生电” 现象定名为电磁感应，产生的电流叫作感应电流。
电磁感应的发现使人们对电与磁内在联系的认识更加深入，宣告了电磁学作为一门统一学科的诞生。
二、产生感应电流的条件
思考与讨论1：如图所示，金属棒 AB 静止或沿着磁感线运动时，电路中有没有感应电流产生？金属棒 AB怎样运动才产生感应电流？
金属棒 AB 静止或沿着磁感线运动时，电路中没有感应电流产生。只有 AB 向右或向左切割磁感线时才产生感应电流。
思考与讨论2:AB 切割磁感线时，磁场发生变化了吗？发生变化的是什么？那么，与磁场相关的哪个物理量发生了变化呢？
磁场没有变化，变化的只有闭合电路 ABCD 的面积。也就是说，穿过电路 ABCD 的磁通量发生了变化。
感应电流的产生是否与磁通量的变化有关呢？ 下面我们通过实验来研究这个问题。
实 验 探究感应电流产生的条件
1.实验器材
线圈A、线圈B、学生电源、变阻器、开关、电流表。
出示：实验装置
2.实验步骤
（1）按图连接实验装置， 线圈A通过变阻器和开关连接到电源上，线圈B的两端连接到电流表上，把线圈A装在线圈B的里面。
（2）开关闭合或断开瞬间，观察与线圈B连接到电流表指针有无摆动。
（3）开关闭合时，滑动变阻器不动，观察电流表指针有无摆动
（4）开关闭合时，迅速移动滑动变阻器的滑片，观察电流表指针有无摆动
出示探究感应电流产生的条件的视频
开关和变阻器的状态
线圈 B 中是否有电流
开关闭合瞬间
有电流产生
开关断开瞬间
有电流产生
开关闭合时，滑动变阻器不动
无电流产生
开关闭合时，迅速移动滑动变阻器的滑片
有电流产生
思考：由实验现象可知迅速移动滑动变阻器的滑片或开关的闭合、断开瞬间线圈 B 中有感应电流，穿过线圈 B 的磁通量发生了变化吗？
参考答案：线圈 B 的磁通量发生了变化。线圈 A 中的电流迅速变化，产生的磁场的强弱也在迅速变化，又由于两个线圈套在一起，所以线圈 B 内的磁场强弱也在迅速变化。这种情况下，穿过线圈 B 的磁通量也发生了变化，线圈 B 中有感应电流。
实验结论：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。
思考讨论：你能总结引起磁通量发生变化有哪些因素吗？
（1）由于磁场变化而引起闭合回路的磁通量的变化。
（2）磁场不变，由于闭合电路的面积S发生变化而引起磁通量的变化。
（3）闭合回路的磁场和面积S同时发生变化而引起磁通量的变化。
（4）闭合电路与磁场间的夹角发生变化而引起磁通量的变化。
针对练习：关于感应电流，下列说法中正确的是（ ）
A．只要穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中就一定有感应电流
B．只要闭合导线做切割磁感线运动，导线中就一定有感应电流
C．若闭合电路的一部分导体不做切割磁感线运动，闭合电路中一定没有感应电流
D．当穿过闭合电路的磁通量发生变化时，闭合电路中一定有感应电流
答案：D
三、电磁感应现象的应用
1.最早的发电机
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。这是最早的发电机。
1.根据电磁感应现象制成发电机，它开辟了人类社会的电气化时代。
2.生产、生活中广泛使用的变压器、电磁炉等也是根据电磁感应制造的。
发电机 变压器 电磁炉
三峡电站一台发电机的转子
STSE 法拉第与电气化时代
法拉第出生于英国的一个铁匠家庭，曾经在一家书店当过学徒。1813 年，22 岁的法拉第毛遂自荐，成了著名化学家戴维的助理实验员。
法拉第看到，伏打电池昂贵、产生的电流小，而自然界中有不少天然磁石。如果可以由磁产生电流，就能获得廉价的电力。他说：“我因为对当时产生电的方法感到不满意，因此急于发现磁与感应电流的关系，觉得电学在这条路上一定可以充分发展。
在 10 年的探索中，法拉第遭遇了多次失败。在他当年的日记中“未显示作用”“毫无反应”“不行”等词语，记录着艰苦的探索历程。他还认为电磁相互作用是通过介质来传递的，并把这种介质叫作“场”，他还以惊人的想象力创造性地用“力线”（即现代物理学中的“磁感线”）形象地描述“场”的物理图景。
法拉第鄙视金钱、地位和权势。他谦虚、朴实、安于清贫，谢绝了皇家学会会长、皇家研究院院长、伦敦大学教授等职位和头衔，也不肯接受贵族爵位。
课堂练习
1.对电流磁效应的对称性思考或逆向思维，人们提出的问题是（ ）
A．摩擦产生热
B．电流产生磁
C．静电感应
D．磁体产生电流
答案：D
2.如图所示，在垂直于纸面的范围足够大的匀强磁场中，有一个矩形线圈abcd，线圈平面与磁场垂直，O1O2是线圈的对称轴，线圈怎样运动才能使其产生感应电流（ ）
A．线圈向右匀速移动
B．线圈向右加速移动
C．线圈垂直于纸面向里平动
D．线圈绕O1O2轴转动
答案：D
3.法拉第最初发现“电磁感应现象”的实验情景简化如图所示，在正确操作的情况下，得到符合实验事实的选项是（ ）
A．闭合开关的瞬间，电流计指针无偏转
B．闭合开关稳定后，电流计指针有偏转
C．通电状态下，断开与电源相连线圈的瞬间，电流计指针有偏转
D．将绕线的铁环换成木环后，闭合或断开开关瞬间，电流计指针无偏转 。
答案：C
4.处于恒定匀强磁场中的闭合线圈，在下列运动状态中一定能产生感应电流的是（ ）
A．匀速运动
B．与磁场发生相对运动
C．切割磁感线运动
D．绕垂直磁场的轴翻转
答案：D
拓展提高
1．如图所示为“研究电磁感应现象”的实验装置。如果在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏转一下，那么合上开关后（ ）
A．灵敏电流计指针一直在右边某一位置保持不动
B．线圈A插入线圈B后将滑动变阻器的滑片迅速向右拉时灵敏电流计指针向右偏转一下
C．将线圈A迅速抽出线圈B时，灵敏电流计指针将向右偏转一下
D．线圈A插入线圈B后，将开关断开，灵敏电流计指针将向右偏转一下
答案：B
2.把矩形闭合线圈abcd放在匀强磁场里，线圈平面与磁感线平行，如图所示。下列能使线圈中产生感应电流的运动是（ ）
A．让线圈沿磁感线方向加速运动
B．让线圈垂直纸面方向匀速运动
C．让线圈以bc边为轴作匀速转动
D．让线圈以ab边为轴作匀速转动
答案：C
3.下列说法正确的是（ ）
A．电容器是一种储存电荷的装置
B．避雷针是用来防止静电的
C．电感器应用了电流的热效应
D．电磁炉应用了电磁感应现象
答案：A、B、D
学生针对自主学习内容讲解
学生补充回答
学生思考讨论
学生思考讨论
学生阅读实验步骤
学生观看实验视频并说出实验现象
学生思考讨论
学生思考讨论
学生练习
学生阅读课文
学生阅读课文
学生练习
承接自主学习让学生参与课堂活动，主动思考本节课重点内容。，
让学生理解金属棒AB产生感应电流的条件
进一步理解产生感应电流的条件
为下面实验操作顺利进行打下基础
锻炼学生的观察能力
让学生进一步理产生感应电流的条件
锻炼学生的逻辑思维能力和总结能力
巩固产生感应电流的条件
锻炼学生的自主学习能力
体会成功的诀窍是不懈的努力，敏锐的洞察力
巩固本节的知识
课堂小结
1.电磁感应的发现是划时代的发现。
2.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。
3.电磁感应现象的应用：发电机、压器、电磁炉。
梳理自己本节所学知识进行交流
根据学生表述，查漏补缺，并有针对性地进行讲解补充。
板书
一、划时代的发现
电磁感应的发现是划时代的发现。
二、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。这就是产生感应电流的条件。
三、电磁感应现象的应用
发电机、压器、电磁炉。