第六节 探究产生感应电流的条件（表格式教学设计）物理新教材北师大版九年级全一册

第六节 探究产生感应电流的条件（教学设计） 年级 九年级 学科 物理 教师 课题 第六节 探究产生感应电流的条件 教学目标 物理观念 掌握电磁感应现象及感应电流产生条件，区分交流电与直流电，理解发电机工作原理与能量转化 科学思维 通过实验归纳感应电流条件，对比动圈式话筒与扬声器、发电机与电动机，提升逻辑推理与模型建构能力 科学探究 经历“探究感应电流条件”的实验过程，学会控制变量法、转换法，增强实验设计与分析论证能力 科学态度 与责任 了解法拉第的贡献，体会科学探究的艰辛；认识电磁感应对社会发展的意义，增强科技与社会联系的意识 教材分析 本节《探究产生感应电流的条件》是北师大版九年级全一册第十四章的重要内容，承接前面 “电流的磁效应”，遵循 “实验→现象→规律→应用” 的逻辑线索展开。首先通过无电池回路中小灯泡发光的情境引入，引发学生对 “磁能否生电” 的思考；再通过核心实验探究感应电流产生的条件，深化对控制变量法和转换法的运用；最后拓展动圈式话筒、发电机等实际应用，串联理论知识与生活实践。本节重点培养学生的实验探究能力和知识迁移能力，是电磁学知识体系中 “磁生电” 的核心章节，为后续深入学习电磁应用奠定基础。 学情分析 九年级学生已具备电流的磁效应、磁场、磁感线等基础概念，通过前序学习掌握了基础实验操作技能，对控制变量法、转换法等科学方法有初步认知。但电磁感应现象涉及 “磁生电” 的转化过程，感应电流产生条件的归纳、发电机工作时电流方向变化等内容较为抽象，学生理解起来存在困难。同时，学生对生活中电磁感应的应用（如发电机、话筒）虽有接触，但缺乏对其工作原理的深入思考，需要通过具象实验和层层递进的分析帮助突破认知难点。 教学重点 探究感应电流产生的条件；电磁感应现象的应用（动圈式话筒、发电机） 教学难点 实验中控制变量法的应用；发电机工作时电流方向变化的理解 教学准备 蹄形磁铁、长方形线框、灵敏电流计、开关、导线、动圈式话筒模型、发电机模型（手摇式）、交流发电机与直流发电机结构示意图、法拉第相关资料及视频、多媒体课件 教学过程 导入新课 【展示实验情境】搭建无电池的闭合回路，将长方形线框的一部分置于蹄形磁铁磁场中，移动线框后观察到灵敏电流计指针偏转、小灯泡发光。 【提问】回路中没有电池，小灯泡为什么会发光？实验中的电流是从哪里来的？既然奥斯特发现了电流能产生磁（电生磁），那么磁能否产生电呢？ 通过递进式问题引发学生思考，自然引入 “电磁感应现象” 的探究主题，激发学生探究兴趣。 学习新课 一、电磁感应现象 【核心概念讲解】 1.历史背景：奥斯特发现电流的磁效应（电生磁，电能转化为机械能）后，法拉第经过长期探索，于 1831 年发现电磁感应现象（磁生电，机械能转化为电能）。 2. 定义：利用磁场产生电流的现象叫作电磁感应现象，产生的电流叫作感应电流。 实验探究：探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件 1.实验方法：控制变量法：每次只改变一个因素（如导体运动方向、磁场方向、电路通断状态），控制其余因素不变。转换法：通过观察灵敏电流计的指针是否偏转，判断电路中是否产生感应电流。 2. 实验器材：蹄形磁铁（提供磁场）、长方形线框、灵敏电流计（检测电流）、开关、导线。 3. 实验步骤与现象记录： ① 保持线框和磁体不动：灵敏电流计指针不动，无感应电流产生； ② 磁体不动，使线框底边 ab 左右运动（切割磁感线）：灵敏电流计指针摆动，有感应电流产生； ③ 使线框底边 ab 竖直向上或竖直向下运动（不切割磁感线）：灵敏电流计指针不动，无感应电流产生； ④ 使线框底边 ab 斜向上下运动（部分切割磁感线）：灵敏电流计指针摆动，有感应电流产生； ⑤ 断开开关，重复上述②③操作：灵敏电流计指针始终不动，无感应电流产生。 4. 实验结论：当闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，电路中会产生感应电流。 5. 补充说明：当闭合电路中的线圈静止不动，而磁体（磁感线）运动时，线圈相对磁感线也在做切割磁感线运动，此时也能产生感应电流。 6. 感应电流方向的影响因素：改变导体的运动方向或磁场方向，灵敏电流计指针摆动方向发生改变，说明感应电流的方向跟导体切割磁感线运动方向和磁场方向有关。 【典例1】如图所示，小明连接好电路后，下列操作能使电流表指针偏转的是（　　） A．导体AB向右运动 B．导体AB向上运动 C．闭合开关，导体AB向下运动 D．闭合开关，磁铁向右运动 【答案】D 【详解】电磁感应：闭合电路的一部分导体在磁场中进行切割磁感线运动，导体中有感应电流产生。产生感应电流同时具备三个条件：闭合电路、一部分导体、做切割磁感线运动，三个条件缺一不可。 A．没有闭合电路，导体AB向右做切割磁感线运动，不能产生感应电流，电流表指针不偏转，故A不符合题意； B．没有闭合电路，且导体AB向上运动，没有做切割磁感线运动，不能产生感应电流，电流表指针不偏转，故B不符合题意； C．闭合开关，导体AB向下运动，导体AB没有做切割磁感线运动，不能产生感应电流，电流表指针不偏转，故C不符合题意； D．闭合开关，磁铁向右运动，导体AB相对磁铁向左运动，做切割磁感线运动，能产生感应电流，电流表指针偏转，故D符合题意。 故选D。 【典例2】如图所示是探究感应电流产生条件的装置。从能量角度分析，感应电流产生的过程中 能转化为 能。 【答案】 机械 电 【详解】[1][2]探究感应电流产生条件实验中，闭合电路中的部分导体做切割磁感线运动时，产生感应电流，将机械能转化为电能。 【典例3】小雪设计了以下探究实验，请回答下列问题。 (1)图甲中，闭合开关，给铜棒ab通电，ab向右运动，表明ab在磁场中受到 的作用； (2)图甲中，磁场方向不变，对调电源正负极，连接电路，闭合开关，发现铜棒ab向左运动，这表明 ； (3)图乙中，当开关闭合，导体棒AB向右运动时，灵敏电流计指针 （填“会”或“不会”）发生偏转； (4)通过图乙实验可得：闭合电路的部分导体在磁场中做 ，导体中会产生感应电流；如图丙，让条形磁体在线圈中竖直上下运动，灵敏电流计的指针 （填“会”或“不会”）偏转； (5)请列举一个利用图乙实验结论的生活实例： 。 【答案】(1)力；(2)通电导体在磁场中受力的方向与电流方向有关；(3)会；(4)切割磁感线运动；会；(5)发电机 【详解】（1）铜棒ab本来静止，当通电后运动状态改变，向右运动，说明此时受到了磁场力的作用。 （2）保持磁场方向不变，将电源正负极对调后接入电路，闭合开关，此时电流的方向发生了改变，这时发现铜棒ab由原来的向右运动变成向左运动，说明电流方向会影响通电导线在磁场中的受力方向。 （3）图乙中，当开关闭合，导体棒AB向右运动时，导体在磁场中做切割磁感线运动，电路中就产生感应电流，灵敏电流计指针发生偏转。 （4）[1]图乙中，闭合电路中的一部分导体向右运动时，在磁场中做切割磁感线的运动，导体中就会产生感应电流，灵敏电流计的指针会偏转。 [2]图丙中，条形磁体在线圈中竖直上下运动，线圈切割了磁感线，导体中就会产生感应电流，所以，灵敏电流计的指针会偏转。 （5）图乙实验中，闭合电路中的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，电路中就产生感应电流，发电机利用了该结论。 学习新课 二、动圈式话筒 【情境导入】播放歌手用话筒唱歌的视频。 【提问】声音是如何通过话筒转化为电信号，进而通过扬声器放大播出的？背后涉及什么物理原理？引出动圈式话筒的工作原理探究。 【核心概念讲解】 1.构造：主要由膜片、绝缘圆筒、线圈、永磁体组成。 2. 工作原理：基于电磁感应现象。 3. 工作过程：声波（声信号）→ 带动膜片振动 → 与膜片相连的线圈随膜片一起振动 → 线圈在永磁体的磁场中做切割磁感线运动 → 产生感应电流（电信号）→ 电信号通过导线传入扩音机放大，再由扬声器转化为声音信号。 【典例4】如图所示，图甲和图乙分别为动圈式话筒的实物图和构造示意图。当你对着话筒说话或唱歌时，声音使膜片振动，与膜片相连的线圈也跟着一起振动，线圈处在磁场中。把线圈两端的导线接入扩音机，就能通过扬声器听到你说话的声音。下列设备的工作原理与动圈式话筒类似的是（　　） A．电水壶 B．手摇式发电机 C．电动自行车 D．电磁起重机 【答案】B 【详解】动圈式话筒是利用“线圈在磁场中因振动，切割磁感线而产生感应电流”来把声信号转换成电信号，是电磁感应原理的应用； A．电水壶主要利用电流的热效应加热，不是电磁感应原理，故A不符合题意； B．手摇式发电机通过线圈在磁场中转动，切割磁感线产生电流，与话筒原理相同，故B符合题意； C．电动自行车将电能转化为机械能，主要是电动机工作原理，故C不符合题意； D．电磁起重机利用通电线圈产生磁场来吸引铁性物质，是电生磁的应用，也不属于话筒的电磁感应原理，故D不符合题意。 故选B。 【典例5】根据图中通电螺线管的S极，可以判断：电源的 端为正极（选填“左”或“右”）。动圈式话筒的工作原理是 现象。 【答案】 左 电磁感应 【详解】[1]图中螺线管左侧为S极，根据安培定则，用右手握住螺线管，四指指向电流方向，大拇指指向N极。因此电流方向应为从电源左端流出，故电源左端为正极。 [2]动圈式话筒工作时，声波使膜片振动，带动线圈在永磁体的磁场中做切割磁感线运动，从而在线圈中产生感应电流，将声信号转化为电信号，这一过程利用了电磁感应原理。 学习新课 三、发电机 【情境导入】 展示三峡水力发电站、风力发电机的图片和视频，提问：“这些发电设备是如何将水能、风能转化为电能的？它们的核心工作原理是什么？” 引出发电机的探究。 【核心概念讲解】 1.工作原理：基于电磁感应现象，将机械能转化为电能。 2. 基本工作过程（手摇发电机）：转动手柄 → 线圈在磁场中转动 → 线圈切割磁感线 → 灵敏电流计指针左右摆动（产生感应电流）。 （一）交流发电机 1. 构造：包括线圈、磁极、滑环、电刷、电流表等，线圈与电流表形成闭合回路（电刷始终与滑环接触）。 2. 工作特点：线圈转动时，ab 和 cd 边交替切割磁感线，感应电流的大小和方向都发生周期性变化，这种电流叫作交流电。 3. 频率：表示交流电方向变化的快慢，数值上等于交流电在 1s 内完成周期性变化的次数。我国电网供应交流电的频率为 50Hz，周期为 0.02s，电流方向每秒改变 100 次。 （二）直流发电机 1. 构造：用换向器（两个铜半环）代替交流发电机的滑环。 2. 工作特点：线圈转动产生交流电，换向器能使外部电路中的电流方向保持不变，这种方向不变的电流叫作直流电。 （三）实际的发电机 1. 构造：由定子（固定部分，通常为线圈）和转子（转动部分，通常为电磁铁）组成。 2. 工作过程：转子（电磁铁）转动 → 定子线圈切割磁感线 → 产生感应电流。 3. 应用实例：三峡水力发电站、风力发电机、火力发电机等。 【典例6】在锚定碳达峰、碳中和的目标下，紫云峰一台台风力发电机擎天而立，迎风飞旋，下面能反映风力发电机基本原理的是（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】风力发电机是利用电磁感应原理，将风能转化为电能。 A．图A中，闭合开关后，通过电流的金属棒在磁场中受力而运动，这是电动机的工作原理，故A不符合题意； B．图B是电磁感应现象的实验装置，闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中会产生感应电流，风力发电机正是利用电磁感应原理工作的，故B符合题意； C．图C是奥斯特实验，表明通电导体周围存在磁场，这与风力发电机的工作原理不同，故C不符合题意； D．图D是探究影响电磁铁磁性强弱因素的实验，与风力发电机的电磁感应原理无关，故D不符合题意。 故选B。 【典例7】如图所示为发电机模型线圈转动过程，下列说法正确的是（　　） A．线圈中产生电流的原理是电流磁效应 B．通过灯泡的电流方向不变 C．通过灯泡的电流大小不变 D．其他形式能量转化为电能 【答案】D 【详解】A．发电机的原理是电磁感应现象，故A错误； B．发电机发出的是交变电流，所以电流方向改变，故B错误； C．发电机发出的是交变电流，所以电流大小改变，故C错误； D．发电机是将其它形式的能量转化为电能的装置，故D正确。 故选D。 【典例8】如图所示的微风吊扇通电后扇叶转动。拔下插头，在插头处接发光二极管，用手旋转扇叶，发光二极管发光，这是 生电的现象，人们利用这一原理制成了 （填“发电机”或“电动机”），它工作时将 能转化为电能。 【答案】 磁 发电机 机械 【详解】[1]拔下插头，在插头处接发光二极管，用手旋转扇叶，发光二极管发光，线圈切割磁感线产生感应电流，是磁生电现象。 [2][3]电动机的原理是通电导体在磁场中受力，能量转化是电能转化为机械能；发电机的原理是电磁感应现象，能量转化是机械能转化为电能，故人们利用这一原理制成了发电机，能量转化是机械能转化为电能。 实践活动：自制简易发电机 1.构成：线圈、磁铁、灵敏电流计、导线、支架（固定线圈和磁铁）。 2. 工作原理：将线圈固定在支架上，置于磁铁磁场中，用手转动线圈，使线圈切割磁感线，观察灵敏电流计指针是否偏转，验证电磁感应现象。 3. 操作步骤： ① 用导线绕制多匝线圈，两端连接灵敏电流计，组成闭合回路； ② 将线圈固定在支架上，使线圈一部分处于蹄形磁铁的磁场中； ③ 用手匀速转动线圈，观察灵敏电流计指针的偏转情况； ④ 改变线圈转动方向或更换磁铁磁极，观察指针偏转方向的变化 扩展阅读：法拉第 1. 生平背景：出身铁匠家庭，家境贫寒，13 岁当报童、学徒工，在图书装订期间自学科学知识，设立小实验室系统研究电气相关论述。 2. 科学之路契机：1812 年聆听戴维（皇家学院教授）化学讲座后对科学产生浓厚兴趣，后成为戴维助手，进入皇家学院实验室，勤奋工作逐步崭露头角。 3. 核心科学成就：1831 年发现电磁感应现象，奠定电气时代基础；还发现电解定律，提出电场、磁场概念，用电场线、磁感线形象化描述磁场。 4. 科学传播与品德：在英国皇家学会发起面向青少年的科学讲座，坚持亲自讲授 19 年；高尚道德品质与科学成就同样受人们称颂。 5. 历史意义：推动电磁学从奥斯特 “电流的磁场” 到 “电磁感应” 的巨大飞跃，开启人类使用电能的新纪元，使人类由蒸汽时代迈入电气时代。 课 堂 练 习 1.如图所示，在a、b两端接入电源或电流表组成不同装置，以下正确的是（　　） A．接电源，实验原理和电动机的工作原理不相同 B．接电源，实验过程中可以将机械能转化为电能 C．接电流表，实验原理和电动机的工作原理相同 D．接电流表，移动直导线电流表指针不一定偏转 【答案】D 【详解】A．当a、b两端接入电源时，通电直导线置于磁场中会受到力的作用而运动，此为磁场对电流的作用，其原理与电动机的工作原理一致，故A错误； B．当a、b接电源时，通电直导线在磁场中运动，是将电能转化为机械能，故B错误； C．当a、b两端接入电流表时，移动直导线，若其做切割磁感线运动，电路会产生感应电流，电流表指针会发生偏转，这属于电磁感应现象，是发电机的工作原理，故C错误； D．当a、b两端接入电流表时，只有直导线做切割磁感线的移动时，才会产生感应电流使电流表指针偏转；若移动方向平行于磁感线，则不会切割磁感线，无法产生感应电流，指针不偏转，即移动直导线电流表指针不一定偏转，故D正确。 故选D。 2.如图所示，将导体棒ab、cd分别置于滑轨上放入磁场中，将它们用导线连接，闭合开关，使导体棒ab在磁场中向右运动时，导体棒cd也随之向右运动，则下列说法正确的是（　　） A．导体棒cd运动是利用电磁感应原理 B．若保持导体棒ab不动，若水平向左拉动甲图中的磁体，则导体棒cd向左运动 C．导体棒cd在运动过程中将电能全部转化为机械能 D．若导体棒ab在磁场中向左运动，则导体棒cd随之也向左运动 【答案】D 【详解】ACD.闭合开关，导体ab和cd组成一个闭合电路，闭合电路的一部分导体ab在磁场中进行切割磁感线运动，闭合电路中有了感应电流，这种现象是电磁感应现象，发电机是利用电磁感应现象工作的，所以甲装置相当于发电机；电路中有了感应电流之后，感应电流经过导体cd，导体cd成为通电导体在磁场中受力而运动，这是电动机的工作原理，所以乙装置相当于电动机，导体棒cd在运动过程中，由于电流热效应，会有一部分电能转化为内能，电能不能全部转化为机械能；若导体棒ab在磁场中向左运动，产生的感应电流方向改变，导体棒cd中的电流方向改变，cd所受的力的方向也改变，运动方向变为向左运动，故AC错误，D正确； B.物体的运动是相对的，若保持导体棒ab不动，水平向左拉动甲图中的磁体，此时与导体棒ab向右运动效果相同，产生的感应电流方向不变，则导体棒cd仍然向右运动，故B错误。 故选D。 3.在实践活动中，小明设计的一款小制作如图所示。圆筒A中装有磁铁和可转动的线圈，有风吹过时，扇叶带动线圈转动，可使接入的LED灯发光，该制作与 （选填“发电机”或“电动机”）的工作原理相同；接着小明将LED灯换为电池，即使没风吹，扇叶也会立刻转动起来，这是因为 的作用。 【答案】 发电机 通电线圈在磁场中受到力 【详解】[1]有风吹过时，扇叶带动线圈转动，线圈在磁场中做切割磁感线运动，产生感应电流，使 LED 灯发光，这是电磁感应现象，与发电机的工作原理相同。 [2]将 LED 灯换为电池后，电路中有电流，线圈在磁场中会受到力的作用，从而使扇叶转动起来，这是因为通电线圈在磁场中受到力的作用。 4.如图甲所示是我国古代四大发明之一的指南针——司南，其实它的长勺是一块磁铁，长柄是磁铁的南极，静止时它的长柄指向地理的 方；动圈式话筒工作时，声音使得膜片振动，与膜片相连的线圈产生感应电流，这就是 现象。 【答案】 南 电磁感应 【详解】[1]地球本身是一个大磁体，地磁的北极在地理的南极附近，地磁的南极在地理的北极附近，长柄是磁铁的南极，与地磁的北极相互吸引，静止时，它的长柄指向地磁的北极，也就是地理的南方。 [2]动圈式话筒工作时，声音使得膜片振动，与膜片相连的线圈产生感应电流，将机械能转化为电能，这就是电磁感应现象，工作原理是闭合电路的部分导线切割磁感线时产生感应电流。 5.如图甲所示，将一条长约5米的软导线两端与微电流传感器相连，形成闭合回路。微电流传感器与计算机相连。让两位同学快速甩动软导线，计算机显示的微电流波形如图乙所示，这是 现象，此过程中产生的电流是 （选填“直流电”或“交变电流”），利用这一原理，可制成 （写出一种即可）。 【答案】 电磁感应 交变电流 发电机 【详解】[1][2][3]地球的周围存在磁场，两位同学快速甩动软导线，闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，由图乙可知，产生电流，这是电磁感应现象，由图乙可知，电流的大小和方向发生变化，产生的电流是交变电流，发电机就是根据此原理制成的。 6.如图所示为探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件的实验装置。 (1)实验中，AB棒的材料应选 （填“塑料”或“铜”）。 (2)图中a、b两接线柱间接入灵敏电流计。 ①闭合开关，保持磁铁不动，让AB棒沿左右方向运动时，灵敏电流计指针发生偏转。 ②闭合开关，保持磁铁不动，让AB棒沿上下方向运动时，灵敏电流计指针不发生偏转。 ③断开开关，无论磁铁如何放置、AB棒怎样运动，灵敏电流计指针都不发生偏转。实验表明：闭合电路的部分导体在磁场中做 运动时，电路中产生感应电流。据此原理制造的设备有 （举一例即可）。 (3)AB棒向右运动时灵敏电流计的指针向右偏转，若要使灵敏电流计的指针向左偏转，可采取的具体措施是 （说出一种即可）。 (4)图中a、b两接线柱间的灵敏电流计换成 ，可探究磁场对电流的作用。 【答案】(1)铜；(2)切割磁感线；发电机；(3)改变磁场方向；(4)电源 【详解】（1）在探究电磁感应现象的实验中，切割磁感线的部分是电路的一部分，该部分要能够导电，两种物质中，塑料是绝缘体，铜是导体，所以我们应选择铜棒。 （2）[1]由实验①②可知，闭合电路的部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，灵敏电流计指针发生偏转，说明电路中产生感应电流，该现象叫作电磁感应现象。 [2]发电机、动圈式话筒等利用了电磁感应现象。所以据此原理制造的设备有发电机、动圈式话筒等等。 （3）感应电流的方向与导体运动方向和磁场方向有关。AB 棒向右运动时灵敏电流计指针向右偏转，若要使指针向左偏转，可采取的具体措施是AB 棒向左运动（或改变磁场方向，如将磁铁的 N、S 极对调）。 （4）探究磁场对电流的作用时，需给导体通电，观察通电导体在磁场中的运动情况来探究磁场对电流的作用。要形成电流就需要电源和闭合回路，故应将图中a、b两接线柱间的灵敏电流计换成电源。 板 书 设 计 第六节 探究产生感应电流的条件 一、电磁感应现象 1. 定义：磁场产生电流的现象，产生的电流叫感应电流 2. 产生条件：闭合电路、一部分导体、切割磁感线运动 3. 能量转化：机械能→电能 4. 电流方向影响因素：导体运动方向、磁场方向 二、动圈式话筒 1. 构造：膜片、绝缘圆筒、线圈、永磁体 2. 工作原理：电磁感应现象 3. 工作过程：声信号→振动→切割磁感线→电信号 三、发电机 1. 工作原理：电磁感应现象 2. 分类：交流发电机（滑环，电流方向变化）、直流发电机（换向器，电流方向不变） 3. 实际构造：定子、转子 4. 应用：水力发电站、风力发电机等 四、法拉第的贡献 发现电磁感应现象，推动人类进入电气时代 课 堂 小 结 第六节 探究产生感应电流的条件 课 后 作 业 1.习题作业：完成课本“自我检测”剩余题目； 2.拓展作业：了解身边的小型发电机，记录其类型、能量转化、输出电压等； 3.实践作业用线圈、磁铁、灵敏电流计自制简易发电机，观察线圈转动时电流计的偏转。 教 学 反 思 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 $