第三节 磁通量 电磁感应现象（表格式教学设计）物理沪科版必修第三册

该高中物理教学设计聚焦磁通量的概念、计算及电磁感应现象，通过我国发电装机容量现实情境导入，衔接静电场与恒定磁场知识，构建电磁场理论学习桥梁。 以科学探究为主线，设计导体棒切割磁感线等三个实验揭示感应电流条件，结合问题情境与例题深化磁通量“有效面积”等难点理解，培养科学思维与探究能力，结构清晰，助力教师高效教学，夯实学生物理观念。

第三节 磁通量 电磁感应现象（教学设计） 年级 高二 学科 物理 课时数 课题 第十一章 电磁场与电磁波初步 11.3 磁通量 电磁感应现象（教学设计） 教学 目标 1. 理解磁通量的概念，会计算磁通量的大小。 2. 知道什么是电磁感应现象。 3. 通过实验探究感应电流产生的条件。 4. 了解电磁感应现象的应用。 教材 分析 本节承担着学生由静电场、恒定磁场向“时变电磁场”过渡的关键作用，全章的核心： 通过磁通量的引入，实现对磁场量化描述；通过电磁感应实验揭示“磁场变化产生电场”的基本事实，为后续学习法拉第电磁感应定律、楞次定律以及交流发电机奠定概念基础；学生第一次系统接触物理量的变化量与物理过程的条件，科学思维要求显著提升。 本节课在教材体系中的地位至关重要，既是前半册内容的综合，也是进入后续电磁场理论的桥梁。 教学重点 1. 磁通量Φ的定义、计算与物理意义。 2. “电路闭合且磁通量变化”是产生感应电流的必要且充分条件。 教学难点 1. 磁通量正负的理解及“有效面积”的几何本质。 2. 判断复杂情景下是否产生感应电流。 教学过程 教师活动 学生活动 导入新课 电力是一个国家经济发展的命脉。2023年底，我国发电装机容量预计将超过28亿千瓦。电力的获得依赖于煤炭、水力、风力、核燃料等能源的转换。正是由于物理学家发现了磁场与电场之间的联系，才使得其他形式的能转变成电能成为现实。磁场有何性质?它与电场有何联系呢? 为了进一步研究磁场的性质，以及磁场与电场之间存在的关系，物理学家引人了磁通量的概念。 学习新课 一、磁通量 1. 磁通量 【问题情境】如图所示，一矩形线框从abcd位置移动到a′b′c′d′位置的过程中(线框平行于纸面移动，线框与导线相互绝缘)，中间是一条电流向上的通电导线，请思考： (1)导线的左边磁场的方向向哪？右边呢？ 答案　导线左边的磁场方向垂直纸面向外，右边的磁场方向垂直纸面向里。 (2)在移动过程中，当线框的一半恰好通过导线时，穿过线框的磁感线条数有何特点？ 答案　当线框的一半恰好通过导线时，穿过线框垂直纸面向外的磁感线条数与垂直纸面向里的磁感线条数相同。 磁感线的疏密程度表示了磁场的强弱。疏密不同是如何体现的？如何定义一个物理量来描述通过物体某一面积磁感线的条数？ （1）定义：匀强磁场中磁感应强度B和与磁场方向垂直的平面面积S的乘积。 （2）定义式：Φ＝BS⊥。若磁场与平面不垂直，应为平面在垂直于磁感线方向上的投影面积，Φ＝BScosθ。式中Scos θ即为平面S在垂直于磁场方向上的投影面积，也称为“有效面积”(如图所示)。 ①当S⊥B垂直时，磁通量Φ＝BS⊥ ②当B∥S时,磁通量Φ=0。 （3）单位：国际单位是韦伯，简称韦，符号是Wb，1 Wb＝1 T·m2 （4）物理意义：表示穿过某一面积的磁感线条数。 （5）磁通密度：垂直穿过单位面积的磁感线条数。即磁感应强度又叫磁通密度。 定义式：B =故磁感应强度B的另一个单位:Wb/m2 1 Wb/m2 =1T （6）磁通量是标量，但有正、负，正、负只表示穿过平面的方向。当磁感线从某一面上穿入时，磁通量为正值，则磁感线从此面穿出时即为负值。 说明：通过某一平面的磁通量的大小，可以用通过这个平面的磁感线的条数的多少来形象地说明。在同一磁场中，磁感应强度越大的地方，磁感线越密。因此，B越大，S越大，磁通量就越大，意味着穿过这个面的磁感线条数越多。过一个平面若有方向相反的两个磁通量，这时的合磁通为相反方向磁通量的代数和。即相反合磁通抵消以后剩余的磁通量。 2. 磁通量的计算 （1）公式：Φ＝BS 适用条件：①匀强磁场；②磁感线与平面垂直。 （2）若磁感线与平面不垂直，则Φ＝BScos θ。其中Scos θ为面积S在垂直于磁感线方向上的投影面积S1，如图所示。 3. 磁通量的正、负 (1)磁通量是标量，但有正、负，当磁感线从某一面穿入时，磁通量为正值，则磁感线从此面穿出时磁通量为负值。 (2)若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＝Φ2－Φ1。即末态磁通量减去初态磁通量。 4. 磁通量的变化量的三种形式 (1)当B不变，有效面积S变化时，ΔΦ＝B·ΔS(B、S相互垂直时) (2)当B变化，S不变时，ΔΦ＝ΔB·S(B、S相互垂直时) (3)B和S同时变化，ΔΦ＝Φ2－Φ1。 磁通量可用穿过某一平面的磁感线条数表示。若有磁感线沿相反方向穿过同一平面，则磁通量等于穿过该平面的磁感线的净条数(磁通量的代数和)。 【例1】如图所示，线圈平面与水平方向夹角θ＝60°，磁感线竖直向下，线圈平面面积S＝0.4 m2，匀强磁场磁感应强度B＝0.6 T，则： (1)穿过线圈的磁通量Φ为多少？把线圈以cd为轴顺时针转过120°角，则通过线圈磁通量的变化量大小为多少？ (2)若θ＝90°，穿过线圈的磁通量为多少？当θ为多大时，穿过线圈的磁通量最大？ 【解析】（1）线圈在垂直磁场方向上的投影面积S⊥＝Scos 60°＝0.4× m2＝0.2 m2 穿过线圈的磁通量Φ1＝BS⊥＝0.6×0.2 Wb＝0.12 Wb 线圈以cd为轴顺时针方向转过120°角后变为与磁场垂直，但由于此时磁感线从线圈平面穿入的方向与原来相反，故此时通过线圈的磁通量 Φ2＝－BS＝－0.6×0.4 Wb＝－0.24 Wb 故ΔΦ＝Φ2－Φ1＝－0.24 Wb－0.12 Wb＝－0.36 Wb 故磁通量的变化量大小为0.36 Wb （2）当θ＝90°时，线圈在垂直磁场方向上的投影面积S⊥′＝0， 据Φ′＝BS⊥′知，此时穿过线圈的磁通量为零。 当θ＝0时，线圈平面与磁场垂直， 此时S⊥″＝S，穿过线圈的磁通量最大。 【针对训练】如图所示，正方形线圈abcd位于纸面内，边长为L，匝数为N，过ab中点和cd中点的连线OO′恰好位于垂直纸面向里的匀强磁场的右边界上，匀强磁场的磁感应强度为B，穿过线圈的磁通量为Φ，若线圈绕OO′轴转过60°的过程中，磁通量的变化量为ΔΦ，则Φ和ΔΦ的大小分别为（ A ） A.， B.， C.BL2， D.NBL2， 结合情境思考问题 理解磁通量的定义、定义式、单位和物理意义 理解磁通量是标量，以及磁通量的方向 掌握磁通量的计算方式，特别是磁感线与平面垂直和不垂直的两种情况 掌握磁通量的变化量的三种形式 学习新课 二、产生感应电流的条件是什么? 既然电流可以产生磁场，反过米磁场能否产生电流呢? 奥斯特发现电流磁效应，从而揭示了电与磁之间的联系。自然界的许多规律都具有对称性，对称性是人类认识自然界的一个重要法则。那么电和磁是否也具有对称性?英国物理学家法拉第就认为电与磁应该是一对和谐的对称现象。 经过近十年的艰苦探索，1831年，法拉第对此终于有所发现。如图所示，在软铁环的A侧接好导线，把B侧的线圈接到灵敏电流计上，再把A侧的线圈接到电池组上；当A侧电路接通的瞬间，法拉第看到B侧灵敏电流计的指针立即明显偏转，这就表明B侧的线圈中出现了电流；当A侧电路断开时，他又看到指针向相反方向偏转。由于通电线圈产生磁场，法拉第把他发现的这种由磁产生电流的现象正式定名为电磁感应(electromagnetic induction)现象，产生的电流就叫做感应电流(induction current)。 1. 实验：探究感应电流产生的条件 (1)实验一：如图所示，导体棒AB做切割磁感线运动时，线路中有电流产生，而导体棒AB顺着磁感线运动时，线路中无电流产生。 (2)实验二：如图所示，当条形磁体插入或拔出线圈时，线圈中有电流产生，但条形磁体在线圈中静止不动时，线圈中无电流产生。 (3)实验三：如图所示，将小线圈A插入大线圈B中不动，当开关S闭合或断开时，电流表中有电流通过；若开关S一直闭合，当改变滑动变阻器的阻值时，电流表中有电流通过；而开关S一直闭合，滑动变阻器的滑动触头不动时，电流表中无电流通过。 （4）归纳总结 实验一中：导体棒做切割磁感线运动，回路的有效面积发生变化，从而引起了磁通量的变化，产生了感应电流。 实验二中：磁体插入或拔出线圈时，线圈中的磁场发生变化，从而引起了磁通量的变化，产生了感应电流。 实验三中：开关闭合、断开或滑动变阻器的滑动触头移动时，小线圈A中电流变化，从而引起穿过大线圈B的磁通量变化，产生了感应电流。 三个实验共同特点是：产生感应电流时闭合回路的磁通量都发生了变化。 【实验结论】无论用什么方法，只要使闭合电路的磁通量发生变化，闭合电流中就会有感应电流产生。 2．产生感应电流的条件（感应电流有无的判断依据） （1）电路闭合 （2）磁通量发生变化 3. 感应电流产生条件的理解 不论什么情况，只要满足电路闭合和磁通量发生变化这两个条件，就必然会产生感应电流；反之，只要产生了感应电流，那么电路一定是闭合的，且穿过该电路的磁通量也一定发生了变化。 【例2】如图为研究电磁感应现象的实验装置.下列哪种情况下电流表指针不会偏转（ B ） A.闭合开关的瞬间 B.闭合开关后，电路中电流稳定时 C.闭合开关后，移动滑动变阻器的滑片时 D.闭合开关后，把线圈A从线圈B中拉出时 【针对训练】某学生做观察电磁感应现象的实验，将电流计、线圈A和B、蓄电池、开关用导线连接成如图所示的实验电路.当他接通、断开开关时，电流计的指针都没有偏转，其原因是（ A ） A.开关位置接错 B.电流计的正、负接线柱接反 C.线圈B的接头3、4接反 D.蓄电池的正、负极接反 【例3】下图中能产生感应电流的是（ B ） 判断是否产生感应电流的技巧 1.电路闭合和磁通量发生变化是产生感应电流的两个条件，二者缺一不可。 2.磁通量发生变化，其主要内涵体现在“变化”上，磁通量很大，若没有变化，也不会产生感应电流。若开始时磁通量虽然是零，但是磁通量是变化的，仍然可以产生感应电流。 【针对训练】如图所示装置，在下列各种情况中，不会使悬挂在螺线管附近的铜质圆形闭合线圈A中产生感应电流的是（ B ） A.开关S闭合的瞬间 B.开关S闭合后，电路中电流稳定时 C.开关S闭合后，滑动变阻器滑片滑动的瞬间 D.开关S断开的瞬间 【针对训练】在选项图所示的条件下，闭合矩形线圈能产生感应电流的是(磁场范围足够大)（ D ） 思考探究感应电流产生的条件实验的三种情况是否产生电流 掌握产生感应电流的条件 板 书 设 计 11.3 磁通量 电磁感应现象 一、磁通量 1. 磁通量 （1）定义：匀强磁场中磁感应强度B和与磁场方向垂直的平面面积S的乘积。 （2）定义式：Φ＝BS⊥。若磁场与平面不垂直，应为平面在垂直于磁感线方向上的投影面积，Φ＝BScosθ。式中Scos θ即为平面S在垂直于磁场方向上的投影面积。 ①当S⊥B垂直时，Φ＝BS⊥②当B∥S时，Φ=0。 （3）单位：国际单位是韦伯，简称韦，符号是Wb，1 Wb＝1 T·m2 （4）物理意义：表示穿过某一面积的磁感线条数。 （5）磁通密度：垂直穿过单位面积的磁感线条数。即磁感应强度又叫磁通密度。 定义式：B =故磁感应强度B的另一个单位:Wb/m2 1 Wb/m2 =1T （6）磁通量是标量，但有正、负，正、负只表示穿过平面的方向。当磁感线从某一面上穿入时，磁通量为正值，则磁感线从此面穿出时即为负值。 2. 磁通量的计算 （1）公式：Φ＝BS 适用条件：①匀强磁场；②磁感线与平面垂直。 3. 磁通量的变化量的三种形式 (1)当B不变，有效面积S变化时，ΔΦ＝B·ΔS(B、S相互垂直时) (2)当B变化，S不变时，ΔΦ＝ΔB·S(B、S相互垂直时) (3)B和S同时变化，ΔΦ＝Φ2－Φ1 磁通量可用穿过某一平面的磁感线条数表示。 二、产生感应电流的条件 1. 法拉第把他发现的这种由磁产生电流的现象正式定名为电磁感应现象，产生的电流就叫做感应电流。 2．产生感应电流的条件（感应电流有无的判断依据） （1）电路闭合 （2）磁通量发生变化 作业布置 教学反思 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $