电磁感应现象（教案）-高教版第三版《物理（通用类）》【上好课】

高教版第三版《物理（通用类）》 主题五 电与磁及其应用 第五节 电磁感应现象 授课班级 授课类型 新授课 授课教师 教学时长 1课时（45分钟） 教材分析 本课以白鹤滩水轮发电机为情境，通过导体切割磁感线、磁铁与线圈相对运动以及电流变化实验，归纳产生感应电流的条件，建立法拉第电磁感应定律，再用右手定则和旋转电枢模型解释发电机。内容完成从磁场力效应到电磁感应、从实验现象到发电技术的递进，并为后续交流电学习奠定基础。 学情分析 学生对“运动产生电流”有生活经验，也已会计算垂直平面中的磁通量，但容易把“导体运动”等同于“一定有感应电流”，忽略回路闭合和磁通量变化；还可能把磁通量改变量与变化率混淆，把左手定则用于感应电流方向。教学需用多组正反例、快慢对照和左右手动作程序建立稳定判断链。 教学目标 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.能依据闭合条件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。 教学重难点 重点：电磁感应现象与产生感应电流的条件；法拉第电磁感应定律；右手定则和发电机原理。 难点：从多种动作中识别磁通量是否变化；区分磁通量改变量与变化率；在空间情境中判断感应电流方向。 教学方法 教材情境导入、观察与体验、实验归纳、正反例辨析、快慢对照、法拉第定律、教材示例、右手手势演示、发电机模型、即时练习和归纳总结。 课前准备 教师准备：教材、演示课件。 学生准备：教材、笔记本。 教学环节设计 教学环节 教学内容 设计意图 教学导入 【教材情境】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8 000 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？ 学生联系上一课时的电动机，比较“电流产生运动”和“运动产生电流”两个过程，提出观察导体、磁体和闭合回路相对运动的探究思路。 【教师归纳】发电机利用电磁感应把机械能转化为电能。本课从导体切割磁感线的观察出发，研究产生感应电流的条件、感应电动势大小和方向。 由白鹤滩水轮发电机提出“运动怎样产生电流”，连接上一课时的电动机，为实验探究建立真实任务。 新知讲授 一、电磁感应现象及产生条件 【教材定义】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。 【教材观察】把导体棒、电流表和导线组成闭合回路，使导体棒在蹄形磁铁中竖直上下或水平左右运动。上下运动时指针不偏转；左右运动时指针偏转，运动方向反向，指针偏转方向也反向。 【教材探究】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；再在线圈A中改变开关状态或移动滑动变阻器触头，观察线圈B中电流表的偏转。 【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。 【方法说明】磁体与线圈相对运动、改变磁场强弱、改变线圈面积或方向，都可能改变穿过闭合回路的磁通量；判断时先看闭合条件，再看磁通量是否变化。 【即时练习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。 【教师归纳】产生感应电流要同时满足“回路闭合”和“磁通量变化”；切割磁感线只是使磁通量变化的一种常见方式。 二、磁通量变化与法拉第电磁感应定律 【知识回顾】磁通量表示穿过某一平面的磁场多少。在线圈面积和方向不变时，磁场强弱变化会改变磁通量；在磁场不变时，线圈面积或方向变化也会改变磁通量。 【教材观察】导体切割磁感线越快、条形磁铁在线圈中运动越快、滑动变阻器触头移动越快，电流表指针偏转越明显，说明感应电动势越大。 【教材定律】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。 【教材公式】在时间间隔内，单匝线圈的磁通量改变时，平均感应电动势满足；若线圈有n匝，则。E、Φ、t的国际单位制单位分别为V、Wb、s。 【教材示例】在一个B=0.01 T的匀强磁场中，放入一个横截面积为的线圈，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。 答案：0.05 V。 解析：初态磁通量为0，末态磁通量为，磁通量改变量为。由法拉第电磁感应定律，。 【即时练习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，用磁通量改变量除以时间间隔，得0.20 V。 【教师归纳】感应电动势取决于磁通量变化的快慢，不只看磁通量改变量；多匝线圈还要乘匝数。 三、感应电流方向与发电机 【教材定则】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。 【教材原理】旋转电枢式发电机的线圈在磁场中转动，线圈边切割磁感线产生感应电动势；线圈连续转动时，回路中的感应电流方向不断改变，从而产生交流电。 【教材应用】发电机的基本组成部分是产生感应电动势的线圈（电枢）和产生磁场的磁极。白鹤滩水电站利用水流推动转子线圈在磁场中高速旋转，把水能和机械能转化为电能。 【即时练习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。 【教师归纳】右手定则用于判断运动导体中的感应电流方向；发电机通过持续改变线圈与磁场的相对位置，把机械能转化为电能。 按产生条件—大小规律—方向与应用递进，用多组实验、原例和发电机模型把现象、定量关系和技术解释连成证据链。 课堂背诵 1. 填空：闭合回路的一部分导体在磁场中做______运动时，导体中会产生电流，这种现象称为______，产生的电流称为______。 答案：切割磁感线；电磁感应现象；感应电流。 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：感应电动势的大小与磁通量的______成正比；单匝线圈和n匝线圈的计算式分别是什么？ 答案：变化率；单匝线圈，n匝线圈。 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。 围绕定义、产生条件、法拉第定律、右手定则和发电机组织背诵，巩固必须准确说写的教材结论。 师生互动 【任务一：归纳实验】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，要透过动作识别磁通量变化这一共同本质。 【任务二：教材实践5-5】完成第1—3题：判断图5-5-9、图5-5-10中能产生感应电流的运动，并判断图5-5-11中ab向左运动时的电流方向。 答案：D；绕OO′轴转动；由a流向b。 【教师归纳】先判断磁通量是否变化；对运动导体再用右手定则判断方向。 【任务三：解释水轮发电】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】工程输出仍以磁通量变化率为定量依据。 用多实验、教材实践和水轮发电任务贯通磁通量变化、方向判断与工程应用。 课堂练习 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。 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。 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。 4. 一个200匝线圈的磁通量在0.20 s内改变，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，。 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。 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。 由条件辨析过渡到变化率、公式计算、右手定则和能量转化比较，检查概念、方法与应用的综合掌握。 课堂小结 【教师提问】什么是电磁感应现象？产生感应电流要满足什么条件？ 【教师归纳】闭合回路中的磁通量发生变化时会产生感应电流；切割磁感线、改变磁场强弱或改变线圈方向都可实现磁通量变化。 【教师提问】感应电动势的大小由什么决定？ 【教师归纳】感应电动势与磁通量变化率成正比；单匝线圈满足，n匝线圈还要乘匝数。 【教师提问】怎样判断运动导体中的感应电流方向？ 【教师归纳】按“磁感线穿过右手手心—拇指指导体运动—四指指感应电流”的顺序使用右手定则。 【教师提问】发电机怎样把机械能转化为电能？ 【教师归纳】线圈在磁场中持续转动并切割磁感线，产生方向周期性变化的感应电动势和电流，形成交流电。 用四组提问归纳条件、大小、方向和发电机原理，突出先判磁通量变化、再计算或判断方向的程序。 作业布置 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。 教学反思 ①目标达成：学生能说出电磁感应和感应电流的定义，能以磁通量变化判断产生条件，并能用法拉第定律和右手定则完成基础计算与方向判断。 ②典型问题：部分学生只看导体是否运动，不检查回路闭合和磁通量是否变化；计算时易把磁通量与磁通量变化率混淆，或在右手定则中混淆运动方向和电流方向。 ③原因分析：学生对多种实验装置的共同本质概括不足，对磁通量的“变化量—变化时间—变化率”关系和三维方向转换尚未形成稳定步骤。 ④改进措施：后续先用闭合条件与磁通量变化双门槛筛选情境，再用同改变量不同时长的数据强化变化率，并用方向卡片复核右手定则。 学科网（北京）股份有限公司 $