电磁感应现象（课件）-高教版第三版《物理（通用类）》【上好课】

主题五 电与磁及其应用 5.5 电磁感应现象 高教版《物理（通用类）》 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十五课时《电磁感应现象》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第167—172页；第173页仅作边界证据。 [/Sources] 1. 能说出电磁感应现象、感应电流和法拉第电磁感应定律，写出单匝与多匝线圈的公式和单位，说明旋转电枢式发电机原理。 2. 能依据回路闭合和磁通量变化判断是否产生感应电流，完成平均感应电动势的基础计算，并用右手定则判断运动导体中的感应电流方向。 3. 能从多种实验中归纳共同本质，比较电动机与发电机的能量转化，认识电磁感应在清洁能源发电中的工程价值。 学习目标 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十五课时《电磁感应现象》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第167—172页；第173页仅作边界证据。 [/Sources] 白鹤滩水电站安装了16台百万千瓦水轮发电机组，每台机组高度超过50 m、重量超过8000 t。 问题：水轮发电机组为什么体积巨大？水流推动机组转动时，电流是怎样产生的？ 教师归纳：发电机利用电磁感应把机械能转化为电能。 教材情境与问题 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十五课时《电磁感应现象》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第167—172页；第173页仅作边界证据。 - 教材原图：图5-5-1 白鹤滩水电站右岸地下机房。 [/Sources] 闭合回路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中会产生电流。这种现象称为电磁感应现象，其中产生的电流称为感应电流。 教材结论：闭合电路中，只要穿过回路的磁通量发生变化，回路中就会产生感应电流；若回路不闭合，或穿过回路的磁通量不变，就没有感应电流。 判断步骤：先检查回路是否闭合，再判断穿过回路的磁通量是否变化。切割磁感线只是使磁通量变化的一种常见方式。 电磁感应现象与产生条件 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十五课时《电磁感应现象》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第167—172页；第173页仅作边界证据。 [/Sources] 教材观察：导体棒竖直上下运动时指针不偏转；水平左右运动时指针偏转，运动方向反向，指针偏转方向也反向。 教师归纳：导体运动不等于一定产生电流，关键要看是否切割磁感线并改变闭合回路的磁通量。 导体棒切割磁感线实验 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十五课时《电磁感应现象》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第167—172页；第173页仅作边界证据。 - 教材原图：图5-5-2 导体棒切割磁感线实验。 [/Sources] 1. 导体棒在蹄形磁铁中竖直上下运动时，电流表指针是否偏转？水平向左运动后再改为向右运动，指针偏转有何变化？ 答案：竖直上下运动时不偏转；水平左右运动时偏转，运动方向反向后偏转方向反向。 解析：竖直运动没有切割磁感线；水平运动切割磁感线，且运动方向改变会使感应电流方向改变。 即时练习 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十五课时《电磁感应现象》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第167—172页；第173页仅作边界证据。 [/Sources] 实验操作：把螺线管和电流表接成闭合回路，让条形磁铁插入、拔出或停在线圈中，观察指针是否偏转。 实验现象：磁铁插入或拔出时指针偏转；磁铁静止在线圈中时指针不偏转。 磁铁与线圈实验 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十五课时《电磁感应现象》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第167—172页；第173页仅作边界证据。 - 教材原图：图5-5-3 探究产生感应电流的实验装置。 [/Sources] 线圈A通断电或电流发生变化时，线圈B中的磁通量改变，闭合回路中产生感应电流。 变化电流产生感应电流 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十五课时《电磁感应现象》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第167—172页；第173页仅作边界证据。 - 教材原图：图5-5-4、图5-5-5 变化电流产生感应电流。 [/Sources] 2. 条形磁铁静止在线圈中，线圈与电流表构成闭合回路。电流表是否有示数？若把磁铁快速拔出呢？ 答案：静止时没有示数；快速拔出时有示数。 解析：磁铁静止时穿过线圈的磁通量不变；拔出时磁通量发生变化，闭合回路中产生感应电流。 即时练习 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十五课时《电磁感应现象》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第167—172页；第173页仅作边界证据。 [/Sources] 改变磁场强弱：在线圈面积和方向不变时，磁场增强或减弱都会改变穿过线圈的磁通量。 改变线圈面积：磁场不变时，闭合回路所围面积发生变化，磁通量也会变化。 改变线圈方向：线圈相对磁场转动时，磁场与线圈平面的夹角改变，磁通量随之变化。 磁通量变化的方式 共同本质：穿过闭合回路的磁通量发生变化。 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十五课时《电磁感应现象》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第167—172页；第173页仅作边界证据。 [/Sources] 导体切割磁感线越快，电流表指针偏转越明显。 条形磁铁在线圈中运动越快，电流表指针偏转越明显。 滑动变阻器触头移动越快，线圈B中的感应电流越明显。 影响感应电动势的因素 磁通量变化越快，感应电动势越大。 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十五课时《电磁感应现象》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第167—172页；第173页仅作边界证据。 [/Sources] 导体回路中感应电动势的大小，与穿过这一回路的磁通量的变化率成正比。后人为纪念法拉第，把这一规律称为法拉第电磁感应定律。 E、Φ、t的国际单位制单位分别为V、Wb、s；n表示线圈匝数。 法拉第电磁感应定律 E = ΔΦ Δt （单匝线圈） E = n ΔΦ Δt （n匝线圈） SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十五课时《电磁感应现象》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第167—172页；第173页仅作边界证据。 [/Sources] 在一个B=0.01 T的匀强磁场中，放入一个横截面积为0.001 m²的线圈，其匝数为500匝。在0.1 s内把线圈平面从平行于磁感线的方向转过90°，变为与磁感线的方向垂直。求线圈中的平均感应电动势。 教材原例 答案：0.05 V。 解析：初态磁通量为0，末态磁通量为1×10−5 Wb，因此磁通量改变量为1×10−5 Wb。 E = n × ΔΦ Δt = 500 × 1×10−5 Wb 0.1 s = 0.05 V SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十五课时《电磁感应现象》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第167—172页；第173页仅作边界证据。 [/Sources] 3. 同一条形磁铁分别缓慢、快速插入同一闭合线圈，哪一次感应电动势较大？ 答案：快速插入时较大。 解析：两次磁通量改变量相同，快速插入所用时间更短，磁通量变化率更大。 即时练习 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十五课时《电磁感应现象》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第167—172页；第173页仅作边界证据。 [/Sources] 4. 单匝线圈的磁通量在0.20 s内改变0.040 Wb，求平均感应电动势。 答案：0.20 V。 解析：由法拉第电磁感应定律，用磁通量改变量除以时间间隔。 即时练习 E = 0.040 Wb 0.20 s = 0.20 V SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十五课时《电磁感应现象》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第167—172页；第173页仅作边界证据。 [/Sources] 伸开右手，使大拇指与其余四指垂直且在同一平面内，让磁感线垂直穿过手心，大拇指指向导体运动方向，其余四指所指方向就是感应电流方向。 判断顺序：磁感线穿过右手手心 → 大拇指指导体运动方向 → 四指指感应电流方向。 右手定则 右手定则用于判断运动导体中的感应电流方向。 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十五课时《电磁感应现象》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第167—172页；第173页仅作边界证据。 [/Sources] 5. 匀强磁场垂直纸面向里，竖直导体ab向左运动，a在上、b在下。判断导体中的感应电流方向。 答案：由a流向b。 解析：磁感线穿过右手手心，大拇指指向左方，四指指向下方，所以电流由a流向b。 即时练习 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十五课时《电磁感应现象》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第167—172页；第173页仅作边界证据。 [/Sources] 线圈在磁场中转动，线圈边切割磁感线产生感应电动势；连续转动时，感应电流方向不断改变。 发电机的基本组成部分是线圈（电枢）和磁极，工作时把机械能转化为电能。 旋转电枢式发电机 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十五课时《电磁感应现象》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第167—172页；第173页仅作边界证据。 - 教材原图：图5-5-8 旋转电枢式发电机。 [/Sources] 6. 旋转电枢式发电机的线圈连续转动一周，感应电流方向是否始终不变？ 答案：不始终不变，感应电流方向周期性改变。 解析：线圈两边切割磁感线的方向随转动位置改变，感应电动势和电流方向随之改变，形成交流电。 即时练习 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十五课时《电磁感应现象》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第167—172页；第173页仅作边界证据。 [/Sources] 1. 填空：闭合回路的部分导体在磁场中做______运动时，会产生______，这种现象称为______。 答案：切割磁感线；感应电流；电磁感应现象。 2. 提问：闭合回路中产生感应电流的条件是什么？ 答案：回路闭合，并且穿过回路的磁通量发生变化。 3. 填空：感应电动势与磁通量的______成正比；写出单匝、n匝线圈公式。 答案：变化率； 课堂背诵 E = ΔΦ Δt E = n ΔΦ Δt SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十五课时《电磁感应现象》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第167—172页；第173页仅作边界证据。 [/Sources] 4. 提问：怎样用右手定则判断运动导体中的感应电流方向？ 答案：让磁感线垂直穿过右手手心，大拇指指向导体运动方向，四指所指方向就是感应电流方向。 5. 填空：发电机的基本组成部分是______和______，工作时把______能转化为______能。 答案：线圈（电枢）；磁极；机械；电。 课堂背诵 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十五课时《电磁感应现象》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第167—172页；第173页仅作边界证据。 [/Sources] 任务一：依据图5-5-2至图5-5-5，归纳导体棒运动、磁铁插拔、线圈A通断电和触头移动产生感应电流的共同条件。 答案：装置和动作虽不同，都使闭合回路中的磁通量发生变化。 教师归纳：研究不同装置时，要透过具体动作识别“回路闭合、磁通量变化”这一共同本质。 师生互动：归纳实验 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十五课时《电磁感应现象》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第167—172页；第173页仅作边界证据。 [/Sources] 任务二（第1题）：观察图5-5-9，判断哪一种运动能使闭合回路中产生感应电流。 答案：D。 教师归纳：先检查回路是否闭合，再判断运动是否使磁通量发生变化。 师生互动：教材实践5-5 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十五课时《电磁感应现象》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第167—172页；第173页仅作边界证据。 - 教材原图：图5-5-9 导体在磁场中运动。 [/Sources] 任务二（第2—3题）：判断图5-5-10中线圈怎样运动会产生感应电流，并判断图5-5-11中ab向左运动时的电流方向。 答案：绕OO′轴转动；由a流向b。 教师归纳：先判断磁通量是否变化，再用右手定则判断方向。 师生互动：教材实践5-5 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十五课时《电磁感应现象》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第167—172页；第173页仅作边界证据。 - 教材原图：图5-5-10、图5-5-11 教材实践5-5。 [/Sources] 任务三：白鹤滩机组转子直径约16.2 m、高约4.1 m，转一圈约0.5 s。说明巨大机组的作用并概括能量转化。 答案：大尺寸线圈、强磁场和持续转动有利于获得较大的磁通量变化率和感应电动势；水能经机械能转化为电能。 教师归纳：工程装置的尺度和转速最终都服务于提高磁通量变化率和电能输出。 师生互动：白鹤滩水电站 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十五课时《电磁感应现象》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第167—172页；第173页仅作边界证据。 [/Sources] 1. 下列情况中，闭合线圈里一定有感应电流的是（　）。 A. 线圈静止在恒定磁场中 B. 线圈平行磁感线平移 C. 穿过线圈的磁通量发生变化 D. 线圈所在处没有磁场 答案：C。 解析：闭合回路中产生感应电流的关键是穿过回路的磁通量发生变化。 课堂练习 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十五课时《电磁感应现象》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第167—172页；第173页仅作边界证据。 [/Sources] 2. 某线圈的磁通量改变量保持不变，用时由0.40 s缩短为0.20 s。关于平均感应电动势，下列说法正确的是（　）。 A. 变为原来的一半 B. 变为原来的2倍 C. 保持不变 D. 变为0 答案：B。 解析：磁通量改变量相同，所用时间减半，磁通量变化率和平均感应电动势变为原来的2倍。 课堂练习 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十五课时《电磁感应现象》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第167—172页；第173页仅作边界证据。 [/Sources] 3. 填空补全：电磁感应现象中产生的电流称为______；闭合回路中产生这种电流的本质条件是穿过回路的______发生变化。 答案：感应电流；磁通量。 解析：切割磁感线、磁体插拔和磁场强弱改变，都可归结为闭合回路中的磁通量变化。 课堂练习 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十五课时《电磁感应现象》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第167—172页；第173页仅作边界证据。 [/Sources] 4. 一个200匝线圈的磁通量在0.20 s内改变3.0×10−4 Wb，求线圈中的平均感应电动势。 答案：0.30 V。 解析：由多匝线圈的法拉第电磁感应定律计算。 课堂练习 E = n × 3.0×10−4 Wb 0.20 s = 0.30 V SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十五课时《电磁感应现象》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第167—172页；第173页仅作边界证据。 [/Sources] 5. 匀强磁场垂直纸面向外，一根竖直导体向右运动。用右手定则判断导体中正向感应电流沿导体向上还是向下。 答案：沿导体向下。 解析：磁感线从右手手背穿向手心，大拇指指向右方，四指沿导体指向下方。 课堂练习 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十五课时《电磁感应现象》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第167—172页；第173页仅作边界证据。 [/Sources] 6. 电动机和发电机都含有线圈和磁场，它们的能量转化和主要物理效应有什么不同？ 答案：电动机把电能转化为机械能，主要利用磁场对电流的作用；发电机把机械能转化为电能，主要利用电磁感应。 解析：二者结构要素相近，但能量传递方向和所利用的电磁规律相反，判断时应抓住输入和输出。 课堂练习 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十五课时《电磁感应现象》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第167—172页；第173页仅作边界证据。 [/Sources] 产生条件 回路闭合，并且穿过回路的磁通量发生变化。 感应电动势 大小与磁通量变化率成正比，多匝线圈还要乘匝数。 电流方向 用右手定则按“磁场入掌—拇指运动—四指电流”判断。 发电机 线圈转动切割磁感线，把机械能转化为电能。 课堂小结 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十五课时《电磁感应现象》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第167—172页；第173页仅作边界证据。 [/Sources] 1．复习本节课的知识点； 2．完成课后练习； 3．整理笔记和易错题。 作业布置 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十五课时《电磁感应现象》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第167—172页；第173页仅作边界证据。 [/Sources] $