高中物理人教版 (2019)必修 第三册3 电磁感应现象及应用精品教案

课 时 教 案

第 13 单元             第  3  案               总第 30 案

课题： §13. 3  电磁感应现象及应用

【教学目标与核心素养】

1．知道电磁感应现象

2．理解感应电流产生的条件

3．知道电磁感应现象的应用

【教学重点】

1．电磁感应现象

2．感应电流产生的条件

【教学难点】

1．感应电流产生的条件

【教学过程】

复习：

1．什么是磁感应强度，物理意义是什么。

2．什么是磁通量，怎样求磁通量的变化。

引入：奥斯特（1803年）指出：“物理学将不再是关于运动、热、空气、光、电、磁以及我们所知道的各种其他现象的零散的罗列，我们将把整个宇宙纳在一个体系中。”

1820年，奥斯特： “电流磁效应”  —— “电生磁”

电流磁效应发现，震动了整个科学界，它证实电现象与磁现象是有联系的。既然电能生磁，能不能用磁生电呢？

一、划时代的发现

联系到电流的磁效应，法拉第敏锐地觉察到，磁与电之间也应该有这种 “感应”。他在1822 年的日记中写下了“由磁产生电”的设想，并为此进行了长达10年的探索。

☆思维定式路漫长☆

1.实验过程

思路：

⑴既然恒定的电流能产生磁场，那么放在磁体旁边的导体也应能感应出电流。

⑵既然电荷可以感应出电荷，那么电流也应能感应出电流。

方法：

⑴将两根导线并列放置，将其中的一根导线通以电流，希望另一根导线中感应出电流。

⑵在强磁体旁边放置导线或线圈，希望在导线或线圈中感应出电流。

⑶在同一个铁环上绕了两个线圈，将其中一个线圈（原线圈）接在电池上，另一个线圈接电流计，也没有感应出电流；他不断增加电池的数量，将原线圈几乎烧坏了，还是感应不出电流。

在1822年12月、1825年11月、1828年4月做过三次集中实验，均以失败告终。

☆偶然发现犹迷茫  深入研究得真谛☆

⑴.1831年8月29日，法拉第再次用图所示的线圈做实验时，每当开关闭合或断开时，小磁针都突然跳动一下；将A线圈维持接通状态，小磁针则不动。

2.实验结论

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。他把引起电流的原因概括为五类，它们都与变化和运动相联系。

就是：变化的电流、变化的磁场、运动的恒定电流、运动的磁铁、在磁场中运动的导体。

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。

⑵.1831年9月24日，法拉第做了如图所示的实验：将两根条形磁铁成V形放置，在张开的两端（分别为N、S极）之间，放一根绕有线圈的圆铁棒，线圈与电流计连接。他发现当圆铁棒脱离或接触的瞬间，电流计的指针发生偏转。

⑶.1831年10月17日，法拉第在一个纸做的空心圆筒上，用220英尺铜线绕了8个线圈，再将这8个线圈串联或并联后与电流计连接，然后将一根条形磁铁以不同的速度插进空心圆筒内，观察到电流计指针的偏转情况。

3.电磁感应现象

利用磁场产生电流的现象定名为电磁感应，产生的电流叫做感应电流。

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。

知识拓展

法拉第同时代的一些科学家对“磁生电”的探索

1.真理从安培眼皮下溜走

1922年，将一个铜质多匝线圈A固定在绝缘架上，另一个单匝线圈B用细线悬挂起来，两者在同一平面内，然后在线圈A中通以强电流，另一个用强磁性磁铁接近线圈B，安培人为，线圈B中应该感应出电流。

在实验过程中，在线圈A通电的瞬间，线圈B动了一下。由于安培缺乏思想准备，这一瞬间现象，所包含的真理，就从他的眼皮下溜走了。

2.科拉顿跑失良机

1825年，瑞士物理学家德拉里夫的助手科拉顿将一个螺线管与电流计相连。为了避免强磁性磁铁的影响，他把电流计用长导线连接着，放在另一个房间。科拉顿没有助手，当他把磁铁投入到螺线管中后，立即跑到另一个房间去观察。十分可惜，他未能来得及观察到电流计指针的偏转。后来有位科学家感叹：“可怜的科拉顿，在跑来跑去中丢失了良机。”

3.追悔莫及的亨利

亨利当时是奥尔巴尼学院的教授，由于教学任务繁重，也没有专门的实验室，他主要利用假期在学院的大厅里进行电学实验工作。

1829年8月的暑假，亨利在考察绕有不同长度导线的电磁铁所产生的磁力大小时，意外的发现，当通电导线中的电流被突然切断时，会产生强烈的电火花。亨利当时无法解释这个现象，这一重要发现被搁置下来。

1830年8月的暑假，亨利继续上次的实验。当电磁铁导线中突然通入强电流时，他发现电流计的指针反向一个方向偏转；当电磁铁导线中电流突然消失时，电流计的指针反向偏转；电磁铁导线中电流保持稳定时，电流计的指针不偏转。亨利对这一现象感到很奇怪，但暑假结束了，只得停止实验。

直到1832年6月，亨利看到法拉第在1831年所做实验的简讯，立刻痛苦的意识到法拉第的发现与自己两年前的发现相类似。

二、产生感应电流的条件

阅读教材P115思考与讨论

1.演示实验：闭合电路的一部分做切割磁感线运动，会产生感应电流。

思考1：AB 切割磁感线时，磁场没有变 化，变化的只有电路ABCD 的面积。那么，与磁场相关的 哪个物理量发生了变化呢？（阅读教材相关内容，得出是回路的磁通量发生了变化。）

思考2：感应电流的产生是否与磁通量的变化有关呢？

2.实验探究：感应电流产生的条件

如图所示：观察下面几种情况下线圈B中是否有感应电流产生。

分析：由于迅速移动滑动变阻器的滑片（或 由于开关的闭合、断开），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（图13.3-4），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。

3.实验结论

产生感应电流的条件：只要穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，闭合导体回路中就产生感应电流。

回顾：磁通量变化的几种情况

磁通量变化可能是B变、S变、B和S均变、

①当只有S该变时：ΔΦ= B·ΔS

②当只有B该变时：ΔΦ=ΔB·S

③当B、S均该变时：ΔΦ=Φ2-Φ1

例：

1.如图所示的匀强磁场中有一个矩形闭合导线框，在下列几种情况下，线框中是否产生感应电流？

⑴保持线框平面始终与磁感线垂直，线框在磁场中上下运动（无）

⑵保持线框平面始终与磁感线垂直，线框在磁场中左右运动（无）

⑶线框绕轴线AB转动（有）

2.如图，磁场中有一个闭合的弹簧线圈。先把线圈撑开，然后放手，让线圈收缩。线圈收缩时，其中是否有感应电流？为什么？

答：有感应电流产生，线圈内的磁通量减小了

3.如图所示，垂直于纸面的匀强磁场局限在虚线框内，闭合线圈由位置1穿过虚线框运动到位置2，线圈在运动过程中什么时候有感应电流？什么时候没有感应电流？为什么？

答：穿入和穿出过程中有感应电流产生。在虚线框内运动时没有感应电流产生。

4.⑴上下、左右、前后平动

⑵以电流为轴转动、以边ab为轴转动

5.

⑴线圈向右平动                   ⑵线圈保持水平从位置Ⅰ经Ⅱ运动到Ⅲ

三、电磁感应现象的应用

1831年10月28日，法拉第将一个铜圆盘放在永久磁铁的两极之间，再从铜圆盘的轴心和边上引出两根导线，转动圆盘，导线中就有持续的电流。这就是世界上第一台“直流发电机”。

法拉第在英国皇家学会上演示他的圆盘发电机时，一位贵妇人问：“先生，你发明这种玩意儿，又有什么用呢？”

法拉第沉思片刻，答道：“夫人，新生的婴儿又有什么用呢！”

（一个婴儿刚出生，谁也不会知道他长大以后会专对社会或人类做出什么或多大的贡献一个发明也一样，当时谁也想象不出属来这个发明以后会给社会或人类带来多大的变化或改变。 ）

“法拉第先生，它（电磁感应）到底有什么用呢？ ”

“啊，阁下，也许要不了多久你就可以对它收税了。”

——英国财政大臣格拉斯与法拉第的对话

后来，根据电磁感应现象制造的最早的发电机这个新生的“婴儿”，果然成长为电厂里巨大的发电机这一改变世界面貌的“巨人”，它开辟了人类社会的电气化时代。    

1834德国雅可比发明直流发动机

（1870年比利时工程师格拉姆发明了第一台实用直流发动机）。

1888南斯拉夫裔美国特斯拉发明了交流电动机

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。

小结：

作业：