高三物理划时代的发现1-(新编2019教材)

選修3-2第四章電磁感應第1節《劃時代的發現》一、教材分析《劃時代的發現》是人教版高中物理3-4第四章第一節，本節是讓學生體會科學家的思考、研究時的迷失與最後成功，本節是過程與方法、情感、態度與價值觀教育的難得素材二、教學目標1.知識與技能（1）知道奧斯特實驗、電磁感應現象，（2）瞭解電生磁和磁生電的發現過程，（3）知道電磁感應和感應電流的定義。

2.過程與方法（1）通過閱讀使學生掌握自然現象之間是相互聯繫和相互轉化的；（2）通過學習瞭解科學家們在探究過程中的失敗和貢獻，從中學習科學探究的方法和思想。

（3）領悟科學探究中提出問題、觀察實驗、分析論證、歸納總結等要素在研究物理問題時的重要性3.情感、態度與價值觀（1）通過學習閱讀培養學生正確的探究自然規律的科學態度和科學精神；（2）領會科學家對自然現象、自然規律的某些猜想在科學發現中的重要性。

（3）以科學家不怕失敗、勇敢面對挫折的堅強意志激勵自己。

三、教學重點難點重點：探索電磁感應現象的歷史背景；難點：體會人類探究自然規律的科學態度和科學精神四、學情分析我們的學生屬於平行分班，沒有實驗班，學生已有的知識和實驗水準有差距。

本節課學生認識到探索電磁感應現象的歷史背景是關鍵。

五、教學方法1．講授法：講授科學家的艱辛2. 實驗法：學生自己體會奧斯特實驗3．學案導學：見後面的學案。

4．新授課教學基本環節：預習檢查、總結疑惑→情境導入、展示目標→合作探究、精講點撥→反思總結、當堂檢測→發導學案、佈置預習六、課前準備1．學生的學習準備：預習“劃時代的發現”，初步瞭解物理學史。

分小組6台奧斯特實驗裝置。

2．教師的教學準備：多媒體課件製作，課前預習學案，課內探究學案，課後延伸拓展學案。

3．教學環境的設計和佈置：分小組合作學習，分6個學習小組。

七、課時安排：1課時八、教學過程(一)預習檢查、總結疑惑檢查落實了學生的預習情況並瞭解了學生的疑惑，使教學具有了針對性。

（二）情景導入、展示目標。

13.3 电磁感应现象及应用学习目标1．知道什么是电磁感应现象。

2．通过实验探究感应电流产生的条件。

3．了解电磁感应现象的应用。

重、难点：感应电流产生的条件。

知识点一、划时代的发现1．“电生磁”的发现：1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应。

2．“磁生电”的发现：1831年，英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象。

3．电磁感应：法拉第把他发现的磁生电的现象叫作电磁感应，产生的电流叫作感应电流。

知识点二、产生感应电流的条件1．磁通量的变化磁通量的变化大致可分为以下几种情况：（1）磁感应强度B不变，有效面积S发生变化，如图（a）所示。

（2）面积S不变，磁感应强度B发生变化，如图（b）所示。

（3）磁感应强度B和面积S都不变，它们之间的夹角发生变化，如图（c）所示。

【题1】如图所示，一环形线圈沿条形磁体的轴线，从磁体N极的左侧A点运动到磁体S极的右侧B 点，A、B两点关于磁体的中心对称，则在此过程中，穿过环形线圈的磁通量将A．先增大，后减小B．先减小，后增大C．先增大，后减小、再增大，再减小D．先减小，后增大、再减小，再增大【答案】A【题2】如图所示，线框ABCD水平向右从有界的匀强磁场区域穿过，匀强磁场方向与线框ABCD垂直，下列说法中正确的是A．磁通量不变B．磁通量先减小再不变后增大C．磁通量先增大再不变后减小D．磁通量一直增大【答案】C【解析】进入匀强磁场区域的过程中，穿过线框ABCD的磁通量增加；在匀强磁场中运动时，穿过线框ABCD的磁通量保持不变；离开匀强磁场区域的过程中，穿过线框ABCD的磁通量减小。

故磁通量先增大再不变后减小，选项C正确，A、B、D错误。

2．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。

第3节电磁感应现象及应用学习目标核心素养形成脉络1.了解电磁感应现象发现的过程，体会人类探究自然规律的科学态度和科学精神．2．通过实验，探究和理解感应电流的产生条件．3．能够运用感应电流的产生条件判断能否产生感应电流.[学生用书P109]一、划时代的发现1．奥斯特发现的电流的磁效应，震动了整个科学界，它证实电现象与磁现象是有联系的．2．1831年，法拉第领悟到“磁生电”，并把这种现象定名为电磁感应，产生的电流叫作感应电流．二、产生感应电流的条件当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时，闭合导体回路中就产生感应电流．三、电磁感应现象的应用生产、生活中广泛使用的变压器、电磁炉等也是根据电磁感应制造的．思维辨析(1)只要闭合电路内有磁通量，闭合电路中就有感应电流产生．()(2)穿过螺线管的磁通量发生变化时，螺线管内部就一定有感应电流产生．()(3)穿过闭合线圈的磁通量变化时，线圈中有感应电流．()(4)闭合正方形线框在匀强磁场中垂直磁感线运动，必然产生感应电流．()提示：(1)×(2)×(3)√(4)×深度思考电流的磁效应与电磁感应有什么区别？提示：电流的磁效应是指电流周围产生磁场，即“电生磁”．电磁感应现象是利用磁场产生感应电流，即“磁生电”．“电生磁”和“磁生电”是两种因果关系相反的现象，要正确区分这两种现象，弄清现象的因果关系是关键．感应电流的产生条件[学生用书P110]【核心深化】1．感应电流产生条件的理解(1)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，就必然产生感应电流．(2)只要产生了感应电流，那么电路一定是闭合的，穿过该电路的磁通量也一定发生了变化．2．ΔΦ与Φ的区别ΔΦ与Φ意义不同，大小也没有必然的联系．感应电流的产生与Φ无关，只取决于Φ的变化，即与ΔΦ有关．下图中能产生感应电流的是()[解析]根据产生感应电流的条件可判断：A选项中，电路没闭合，无感应电流；B选项中，面积增大，闭合电路的磁通量增大，有感应电流；C选项中，穿过线圈的磁感线相互抵消，Φ恒为零，无感应电流；D选项中，磁通量不发生变化，无感应电流．[答案] B(1)判断闭合电路的部分导体切割磁感线产生感应电流时，一定注意“部分导体”“切割”的含义．(2)磁感线的条数可用来形象地表示一个回路的磁通量大小，所以可充分利用穿过闭合电路的磁感线的条数是否变化来判断某过程中磁通量是否变化．下列能产生感应电流的是()解析：选B.选项B是导体棒切割磁感线，能产生感应电流，选项C是通电导体在磁场中受力运动，选项A、D是电流的磁效应．综上所述，B正确．磁通量变化的几种情形[学生用书P110]【核心深化】(1)磁感应强度B不变，有效面积S发生变化．如图(a)所示．(2)有效面积S不变，磁感应强度B发生变化．如图(b)所示．(3)磁感应强度B和有效面积S都不变，它们之间的夹角发生变化．如图(c)所示．磁通量是研究电磁感应现象的重要物理量，如图所示，通有恒定电流的导线MN 与闭合线框共面，第一次将线框由位置1平移到位置2，第二次将线框绕cd边翻转到位置2，设先后两次通过线框的磁通量变化分别为ΔΦ1和ΔΦ2，则()A．ΔΦ1>ΔΦ2B．ΔΦ1＝ΔΦ2C．ΔΦ1<ΔΦ2D．无法确定[解析]设闭合线框在位置1时的磁通量为Φ1，在位置2时的磁通量为Φ2，直线电流产生的磁场在位置1处比在位置2处要强，故Φ1>Φ2.将闭合线框从位置1平移到位置2，磁感线是从闭合线框的同一面穿过的，所以ΔΦ1＝|Φ2－Φ1|＝Φ1－Φ2；将闭合线框从位置1绕cd边翻转到位置2，磁感线分别从闭合线框的正反两面穿过，所以ΔФ2＝|(－Φ2)－Φ1|＝Φ1＋Φ2(以原来穿过的方向为正方向，则后来从另一面穿过的方向为负方向)．C正确．[答案] C(2020·江苏镇江期末)如图所示，线圈平面与条形磁铁的轴线垂直，现将线圈沿轴线由A点平移到B点，穿过线圈磁通量的变化情况是()A．变大B．先变大，后变小C．不变D．变小解析：选D.线圈在N极和S极附近时，磁场较强，磁感线较密，穿过线圈的磁感线较多，磁通量较大，而远离条形磁铁磁极时，磁场变弱，磁感线较疏，穿过线圈的磁通量较小．故线圈在A处的磁通量比较大．线圈从A到B的过程中磁通量逐渐减小，D正确．[学生用书P111] 1．(实验验证)在法拉第时代，下列验证“由磁产生电”设想的实验中，能观察到感应电流的是()A．将绕在磁铁上的线圈与电流表组成一闭合回路，然后观察电流表的变化B．在一通电线圈旁放置一连有电流表的闭合线圈，然后观察电流表的变化C．将一房间内的线圈两端与相邻房间的电流表连接，往线圈中插入条形磁铁后，再到相邻房间去观察电流表的变化D．绕在同一铁环上的两个线圈，分别接电源和电流表，在给线圈通电或断电的瞬间，观察电流表的变化解析：选D.产生感应电流必须满足的条件：①电路闭合；②穿过闭合电路的磁通量要发生变化．选项A、B电路闭合，但磁通量不变，不能产生感应电流，故选项A、B观察不到电流表的变化；选项C满足产生感应电流的条件，也能产生感应电流，但是等我们从一个房间到另一个房间后，电流表中已没有电流，故选项C也观察不到电流表的变化；选项D 满足产生感应电流的条件，能产生感应电流，可以观察到电流表的变化，D正确．2．(电磁感应现象)下列现象中，属于电磁感应现象的是()A．小磁针在通电导线附近发生偏转B．通电线圈在磁场中转动C．闭合线圈在磁场中运动产生了电流D．磁铁吸引小磁针解析：选C.电磁感应是指“磁生电”的现象，而小磁针和通电线圈在磁场中转动，反映了磁场力的性质，所以A、B、D项不是电磁感应现象，C项是电磁感应现象．3.(感应电流的产生)(多选)如图是法拉第最初研究电磁感应现象的装置，AB是绕在软铁芯上的线圈，电流表与线圈组成一闭合回路．下列说法正确的是()A．当右边磁铁S极离开B端时，线圈中产生感应电流B．当右边磁铁S极离开B端，并在B端附近运动时，线圈中产生感应电流C．当磁铁保持图中状态不变时，线圈中有感应电流D．当磁铁保持图中状态不变时，线圈中无感应电流解析：选ABD.当右边磁铁S极离开B端或在B端附近运动时，线圈所处位置磁场变化，穿过线圈的磁通量变化，产生感应电流，A、B正确；当磁铁保持题图中状态不变时，穿过线圈的磁通量不变，线圈中无感应电流，C错误，D正确．4.(产生感应电流的条件)如图所示，竖直放置的长直导线通以图示方向的电流，有一矩形金属线框abcd与导线在同一平面内．下列情况，矩形线框中不会产生感应电流的是()A．导线中电流变大B．线框向右平动C．线框向下平动D．线框以ab边为轴转动解析：选C.导线中电流变大，则周围的磁感应强度增强，则线框中磁通量增大，故可以产生感应电流，A错误；线框向右平动时，线框中的磁感应强度减小，故磁通量减小，可以产生感应电流，B错误；线框向下平动时，线框中的磁感应强度不变，磁通量不变，故不会产生感应电流，C正确；线框以ab边为轴转动时，线框中的磁通量发生变化，会产生感应电流，D错误．[学生用书P167(单独成册)](建议用时：30分钟)【合格考练】1．许多科学家在物理学发展的过程中作出了重要贡献．下列说法正确的是()A．洛伦兹发现了“磁生电”现象B．法国物理学家库仑利用扭秤实验发现了电荷之间的相互作用规律——库仑定律，卡文迪什测出了静电力常量k的值C．丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应，并总结出了右手螺旋定则D．法拉第首先发现电磁感应现象，并总结出产生感应电流的原因解析：选D.奥斯特发现了电流的磁效应，安培总结出右手螺旋定则，法拉第发现了电磁感应现象即“磁生电”现象，A、C错误；法国物理学家库仑利用扭秤实验发现了电荷之间的相互作用规律——库仑定律，同时又测出了静电力常量k的值，B错误；法拉第通过不懈的努力第一个发现了电磁感应现象，并总结出产生感应电流的原因，D正确．2．(多选)如图所示，电流表与螺线管组成闭合电路，以下能使电流表指针偏转的是()A．将磁铁插入螺线管的过程中B．磁铁放在螺线管中不动时C．将磁铁从螺线管中向上抽出的过程中D．磁铁静止而将螺线管向上移动解析：选ACD.只要螺线管中的磁通量发生变化，回路中有感应电流，指针便会偏转；只要螺线管中的磁通量不发生变化，回路中无感应电流，指针便不会偏转．在磁铁插入、抽出过程中螺线管中的磁通量均发生变化，能产生感应电流，电流表指针偏转，A、C正确；磁铁放在螺线管中不动时，螺线管中的磁通量不发生变化，无感应电流产生，B错误；由于磁铁静止而螺线管向上移动，螺线管中的磁通量发生变化，有感应电流产生，电流表指针偏转，D正确．3．(多选)如图所示，用导线做成的圆形回路与一直导线构成几种位置组合，下列哪些组合中，当切断直导线中的电流时，闭合回路中会有感应电流产生(图A、B、C中直导线都与圆形线圈在同一平面内，O点为线圈的圆心，D图中直导线与圆形线圈垂直，并与中心轴重合)()解析：选BC.①对题图A而言，因为通电直导线位于圆形线圈所在平面内，且与直径重合，因此穿过圆形线圈的磁通量为零，所以当切断直导线中的电流时，穿过圆形线圈的磁通量在整个变化过程中必为零，所以闭合回路中不会有感应电流产生．②对题图B而言，因为磁通量为大小两个部分磁感线条数之差，当切断直导线中的电流后，磁通量为零，即此过程中磁通量有变化，故闭合回路中会有感应电流产生．③同理分析可得题图C中也有感应电流产生．④对题图D而言，因为圆形线圈与直导线产生的磁场的磁感线平行，故磁通量为零．当切断直导线中的电流时，穿过环形导线的磁通量在整个变化过程中皆为零，所以闭合回路中不会有感应电流产生．4．金属矩形线圈abcd在匀强磁场中做如图所示的运动，线圈中有感应电流的是()解析：选B.在选项A、C、D中，线圈中的磁通量始终为零，不产生感应电流；选项B 中，在线圈转动过程中，磁通量做周期性变化，产生感应电流，B正确．5．(多选)我国已经制定了“嫦娥”登月计划．假如宇航员登月后想探测一下月球表面是否有磁场，他手边有一只灵敏电流表和一个小线圈，则下列推断不正确的是() A．直接将电流表放于月球表面，看是否有示数来判断磁场的有无B．将电流表与线圈组成闭合回路，使线圈沿某一方向运动，如电流表无示数，则可判断月球表面无磁场C．将电流表与线圈组成闭合回路，使线圈沿某一方向运动，如电流表有示数，则可判断月球表面有磁场D．将电流表与线圈组成闭合回路，使线圈在某一平面内沿各个方向运动，如电流表无示数，则可判断月球表面无磁场解析：选ABD.直接将电流表放于月球表面，没有闭合回路，就不会产生感应电流，根本不可能判定磁场的有无，A 错误；将电流表与线圈组成闭合回路，使线圈沿某一方向运动，电流表无示数，但若使线圈沿另一方向运动，电流表可能有示数，B 错误；如果线圈沿某一方向运动，电流表有示数，则说明月球表面一定有磁场，C 正确；将电流表与线圈组成闭合回路，使线圈在某一平面内沿各个方向运动，但有可能在这个平面内磁感线与闭合回路平行，没有磁感线穿过回路，所以不能断定月球表面有无磁场，D 错误．6.(多选)如图所示，水平面内有两条相互垂直且彼此绝缘的通电长直导线，以它们为坐标轴构成一个平面直角坐标系．四个相同的圆形闭合线圈在四个象限内完全对称放置，两直导线中的电流大小与变化情况完全相同，电流方向如图所示，当两直导线中的电流都增大时，四个线圈a 、b 、c 、d 中感应电流的情况是( )A ．线圈a 中无感应电流B ．线圈b 中有感应电流C ．线圈c 中有感应电流D ．线圈d 中无感应电流解析：选CD.根据安培定则可判断出电流产生的磁场方向，线圈a 中的磁场方向均垂直于纸面向里，线圈c 中的磁场方向均垂直于纸面向外，线圈b 、d 中的合磁通量始终为零，故增大两直导线中的电流时，线圈a 、c 中的磁通量发生变化，有感应电流产生，而线圈b 、d 中无感应电流产生．C 、D 正确，A 、B 错误．7.如图所示，边长为l 的正方形导体框匀速地从磁场左边穿过磁场运动到磁场右边，磁场的宽度为d ，线框的速度为v .若l ＜d ，则线框中存在感应电流的时间为( )A.l vB ．2l v C.d v D ．2d v解析：选B.导线框进入磁场与出磁场时有感应电流，完全在磁场中时，导线框不产生感应电流，由产生感应电流的过程的路程s ＝2l ，则线框中存在感应电流的时间：t ＝2l v ，故B正确．8.如图所示，线圈平面与水平方向成θ角，磁感线竖直向下，设磁感应强度为B，线圈面积为S，则穿过线圈的磁通量Φ＝________.解析：线圈平面abcd与磁感应强度B方向不垂直，不能直接用Φ＝BS计算，计算时可以用不同的方法：方法一：把S投影到与B垂直的方向即水平方向，如图中a′b′cd，S⊥＝S cos θ故Φ＝BS⊥＝BS cos θ.方法二：把B分解为平行于线圈平面的分量B∥和垂直于线圈平面的分量B⊥，显然B∥不穿过线圈，且B⊥＝B cos θ，故Φ＝B⊥S＝BS cos θ.答案：BS cos θ【等级考练】9.如图所示，开始时矩形线框与匀强磁场的方向垂直，且一半在磁场内，一半在磁场外．若要使线框中产生感应电流，下列办法中不可行的是()A．将线框向左拉出磁场B．以ab边为轴转动(小于90°)C．以ad边为轴转动(小于60°)D．以bc边为轴转动(小于60°)解析：选D.将线框向左拉出磁场的过程中，线框的bc部分做切割磁感线的运动，或者说穿过线框的磁通量减少，所以线框中将产生感应电流．当线框以ab边为轴转动(小于90°)时，穿过线框的磁通量减少，所以线框中将产生感应电流．当线框以ad边为轴转动(小于60°)时，穿过线框的磁通量减少，所以在这个过程中，线框中会产生感应电流．如果转过的角度超过60°，bc边将进入无磁场区，那么线框中将不产生感应电流(60°～300°)．当线框以bc边为轴转动时，如果转动的角度小于60°，则穿过线框的磁通量始终保持不变，线框中不产生感应电流．10.(多选)如图所示，有一四面体OABC处在Ox方向的匀强磁场中，下列关于穿过各个面的磁通量的说法正确的是()A．穿过面AOB的磁通量为零B．穿过面ABC和面BOC的磁通量相等C．穿过面AOC的磁通量不为零D．穿过四面体OABC的磁通量为零解析：选ABD.面AOB与磁感应强度B的方向平行，故Φ＝0.穿过面ABC与面BOC的磁感线条数相等，故磁通量相等．穿过面AOC的磁通量为零．穿出面ABC的磁感线条数与穿入面BOC的磁感线条数相等，因此穿过四面体OABC的合磁通量为零，A、B、D正确．11.在纸面内放有一条形磁铁和一个位于磁铁正上方的圆形线圈(如图所示)，下列情况中能使线圈中产生感应电流的是()A．将磁铁在纸面内向上平移B．将磁铁在纸面内向右平移C．将磁铁绕垂直纸面的轴转动D．将磁铁的N极向纸外转，S极向纸内转解析：选D.将磁铁向上平移、向右平移或绕垂直纸面的轴转动，线圈始终与磁感线平行，磁通量始终为零，没有变化，不产生感应电流，A、B、C错误；将磁铁的N极向纸外转，S极向纸内转，穿过线圈的磁通量变化，线圈中产生感应电流，D正确．12．某同学做观察电磁感应现象的实验，将电流表、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．当他闭合、断开开关时，电流表的指针都没有偏转，其原因是()A．开关位置接错B．电流表的正、负极接反C．线圈B的接头3、4接反D．蓄电池的正、负极接反解析：选A.线圈A始终与电源相连，其产生的磁场是恒定的，所以闭合、断开开关时，穿过线圈B的磁通量没有发生变化，不产生感应电流，故电流表指针没有偏转．产生题中所述现象的原因是开关位置接错．13．研究电磁感应现象实验所需的器材如图所示，用实线将带有铁芯的线圈A、电源、滑动变阻器和开关连接成原线圈回路，将小量程电流表和线圈B连接成副线圈回路，并列举出在实验中改变副线圈回路磁通量，使副线圈回路产生感应电流的三种方法：(1)________________________________________________________________________；(2)________________________________________________________________________;(3)________________________________________________________________________.答案：实验连接图如图所示．(1)将原线圈插入副线圈保持静止，闭合(或断开)开关，产生感应电流(2)闭合开关，将原线圈插入副线圈或从副线圈中抽出的过程中，产生感应电流(3)将原线圈插入副线圈保持静止并闭合开关，移动滑动变阻器的滑片时，产生感应电流14．如图所示，线圈A中接有如图所示的电源，线圈B有一半的面积处在线圈A中，两线圈平行但不接触．则在开关S闭合的瞬间，线圈B中有无感应电流？解析：将S闭合的瞬间，与线圈A组成的闭合电路有电流通过，线圈A产生的磁场不仅穿过所包围的面积，方向向外；也穿过线圈外的广大面积，方向向里．所包围的面积内磁通密度大，外围面积上的磁通密度小．对线圈B，与A重合的一半面积向外的磁通量大于另一半面积向里的磁通量，因此线圈B所包围的总磁通量不为零，而是方向向外．也就是说在开关S闭合的瞬间，穿过线圈B的磁通量增加，所以线圈B中有感应电流．答案：有感应电流。