第二章电磁感应 学科阅读讲义-2022-2023学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

南宁三中学科阅读 人教版高中物理选择性必修二 第二章 电磁感应 〖学科导读〗 【导语】 当导体在磁场中运动或导体周围磁场改变时，在导体上会产生电动势，这种现象称“电磁感应”。电磁感应现象是电磁学中最重大的发现之一，它揭示了电、磁现象之间的相互联系。法拉第电磁感应定律的重要意义在于，一方面，依据电磁感应的原理，人们制造出了发电机，电能的大规模生产和远距离输送成为可能；另一方面，电磁感应现象在电工技术、电子技术以及电磁测量等方面都有广泛的应用，如电动机、变压器以及许多电器、仪表都利用电磁感应原理制成——人类社会从此迈进电气化时代。 【目标】 1.梳理知识，构建知识网络，促进知识的理解； 2.挖掘隐藏在知识背后的科学思维和方法，促进科学思维的发展； 3.通过具体问题的解决，体会本章所体现的物理观念。 〖学科研读〗 在人教版高中物理必修第三册已经通过实验总结出“感应电流产生的条件”。这一章是进一步研究电磁感应的规律。第1节“楞次定律”，学习感应电流方向判断的方法；第2节“法拉第电磁感应定律”，研究感应电动势大小的决定因素。第3节、第4节展示一些具体的电磁感应现象及应用，探究产生感应电动势的本质。本章是从更高的层次认识电磁感应现象。 【知识网络构建】 一、知识的梳理与整合 1.1梳理基本知识 感应电流产生的条件：闭合回路中的磁通量发生变化。回路中的感应电流，是由电路中的感应电动势产生的。法拉第电磁感应定律指出：感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量变化率成正比，E感= 。闭合回路中感应电流的方向，可以用楞次定律进行判断。导体棒切割磁感线的感应电动势大小，通过推导可知E感=BLv⊥，其方向可以直接用右手定则来判断。 1.2感应电动势的本质 （1）动生电动势 当导体棒 CD 在匀强磁场中运动时，自由电子会随着导体棒运动，在沿棒的方向上，电子会受到一个F洛（分力）。从而会使电子沿导体棒定向移动，电子在棒的两端堆积、形成电势差。所以，导体棒切割磁感线产生的动生电动势，其本质是洛伦兹力沿棒方向的分力做功产生的。 （2）感生电动势 麦克斯韦提出：变化的磁场会在空间中激发一种电场，导体中的自由电荷会在感生电场力的作用下定向移动，产生感应电流和感应电动势。也就是说，感生电动势的本质，是感生电场力移动电荷做功产生的。 所以两种感应电动势的本质是不同的：①由于磁场发生变化而产生的感生电动势，其非静电力是感生电场力；涡流、互感和自感，从本质上都是感生电场力作用的结果。②导体棒切割磁感线产生的动生电动势，其非静电力是洛伦兹力沿棒方向的分力。 二、物理学科的核心素养在本章中的体现 2.1 物理观念 首先，楞次定律在内容中指出：感应电流的磁场，总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。这种描述，在物理观念上已经把“运动和相互作用观”由实物扩展到场了。 通过对具体的实例研究，可以发现：“阻碍”作用的结果，是把其他形式的能量转化为感应电流的电能。所以楞次定律的意义，更在于它体现了能量的转化与守恒的思想。 另外，动生电动势和感生电动势的产生，都可以从微观的角度进行解释。这也展现了宏观世界与微观世界的一种“因果观”：在宏观的表现背后，一定存在其微观的内在原因。 而且，在解释感生电动势的本质时，麦克斯韦提出了“变化的磁场产生电场”的理论，鲜明地显示了磁场与电场之间的联系，帮我们进一步完善“物质观”中对场的认识。 2.2 科学探究 “楞次定律”的得出，就经历了一系列的探究过程：在发现电磁感应现象之后，先提出问题——感应电流的方向与哪些因素有关？然后根据感应电流产生的条件，设计实验，并进行实验探究；最后把全部情况进行归纳，得出“判断感应电流方向”的规律。 2.3 科学思维 （1）归纳推理，就是从一类事物部分对象所具有的某种属性出发，推理出这类事物所有对象具有的共同属性；也就是，由具体结论推理出一般规律的方法。 （2）类推思想 法拉第最早发现电磁感应现象，是借助绕在铁环上的两个线圈，在通、断电的瞬间发现的。于是，他敏锐的意识到：“磁生电”是一种在变化和运动的过程中才出现的效应。然后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。这里彰显了 “类推思想”的强大作用。 （3）模型构建 涡流现象——外接的交流电是为了产生变化的磁场，金属块内需要构建无数个闭合回路，从而产生出‘漩涡状’的感生电流，称之为涡流。 电磁流量计的工作原理——当管中的导电液体流过磁场时，相当于无数多的导体棒向左切割磁感线，建起动生电动势的模型，就很容易确定出：管壁上MN两点间电势差的大小为Bdv。 落磁实验中——需要分别在磁铁上部和下部的铝管上，构建出无数个闭合回路，通过建立感生电动势模型进行分析。 2.4科学态度与责任 法拉第从萌生“由磁产生电”的设想，到发现电磁感应现象