1.1磁生电的探索

高中物理课堂教学教案授课教师:§ 1.1磁生电的探索电磁感应定律定律不仅在科学和实践上具有重要意义，而且发现定律的指导思想以及发现过程中科学家行科学思想、科学态度的教育。

因此实施这部分内容的教学时，可进一步引导学生体会这个发现过程所揭关的资料，然后在全班进行交流和评价，让同学们发表自本节课是学生认识电磁感应现象的开始，也是后面学习法拉第电磁感应定律和楞次定律的基础，是电磁学的三维目标(一)知识与技能(1)掌握磁通量的定义及意义，会在具体实例中判断磁通量的变化。

(2)了解电磁感应现象。

(3)知道感应电流产生的条件(二)过程与方法(1)用实验的方法获得产生感应电流的条件。

(2)由感性到理性，由具体到抽象的认识方法分析出产生感应电流的条件(三)情感、态度与价值观体验实验操作的乐趣，提高观察、分析、归纳问题的能力。

养成探究物理规律的良好习惯，提高自教学重点:1、判断磁通量的变化2、感应电流产生的条件教学难点:能在具体实例中判断闭合回路中磁通量的变化2014年1月10日电流计、大小线圈、条形磁铁、导体棒、滑动变阻器、开关、导线1、 查阅资料，与同学交流讨论电磁感应现象的探索历程，体会人类探索自然规律的科学态度和科学精神。

2、 学生分组实验，通过感应电流产生条件的探究，认识到猜想与假设的重要性。

3、 探究教学过程中，能和同学们进行交流、分析、讨论，得出自己的结论。

4、 PPT 展示、电池组、PPT 、投影仪情景1. 放映PPT 设问1.用PPT ，构成情景，引出问题，电是怎样产生的呢？你知道吗，最初让这个世界真正充满“电”的，只是一些不起眼的磁铁、线圈等。

英国 物理学家法拉第就是利用这些材料打开了电气时代的大门。

诱思一一激发学生的求知欲望。

一、磁生电的探索历程师：在初中、高中我们都学习了奥斯特实验。

让我们来回顾一下这个实验。

（边演示边叙述）1820年4月的一天，奥斯特在大学讲课结束时， 偶然将通电直导线放在南北指向的小磁针上 方，这时，奇怪的现象发生了。

第1节：磁生电的探索[自学教材]1．电流的磁效应1820年，丹麦物理学家发现了电流的磁效应，它揭示了和之间存在的某种联系。

2．探索“磁生电”奥斯特发现了“电生磁”的现象之后，激励人们去探索“磁生电”的方法。

比较著名的物理学家有、、、等，但都没有坚持到最后。

这其中已经发现感应电流的科学家是。

3．法拉第的探索英国科学家前后历时数十年的探索，终于悟出了磁生电的基本原理，“一切都存在于变化之中”。

[重点诠释]1．“磁生电”“磁生电”是一种在变化、运动的过程中才能出现的效应。

法拉第把引起电流的原因概括为五类，它们都与变化和运动相联系，这就是：变化的电流、变化的磁场、运动的恒定电流、运动的磁铁、在磁场中运动的导体。

2．电磁感应现象发现的意义(1)电磁感应的发现使人们对电与磁内在联系的认识更加完善，宣告了电磁学作为一门统一学科的诞生。

(2)电磁感应的发现使人们找到了磁生电的条件，引领人类进入电气化时代。

1．自然界的电、热和磁等现象都是相互联系的，很多物理学家为寻找它们之间的联系做出了贡献。

下列说法正确的是()①奥斯特发现了电流的磁效应，揭示了电现象和磁现象之间的联系②奥斯特发现了电流的热效应，说明了热现象和电现象之间存在联系③法拉第发现了电磁感应现象，揭示了磁现象和电现象之间的联系④法拉第发现了电流的热效应，定量给出了电能和热能之间的转换关系A ．①③B ．①④C ．②③D ．②④[自学教材]1．探究导体棒在磁场中运动是否产生电流图1－1－12．探究磁铁在通电螺线管中运动是否产生电流图1－1－23．模拟法拉第的实验图1－1－34．实验结论利用磁场产生电流的条件：只要穿过 的磁通量 ，闭合电路中就会产生电流。

[重点诠释]1．判断感应电流有无的方法。

(1)明确电路是否为闭合电路。

(2)判断穿过电路的磁通量是否发生变化。

穿过闭合电路的磁通量发生变化，大致有以下几种情况：①磁感应强度B 不变，线圈面积S 发生变化。

第1节磁生电的探究学习目标知识脉络1.理解电磁感应现象的探究过程，体会人类探究自然规律的科学态度和科学精神．2．知道什么是电磁感应现象，理解感应电流产生的条件．(重点、难点)3．进一步认识磁通量的概念，能对磁通量的变化进展定性分析和定量计算．(难点)电磁感应的探索历程事件意义电生磁1820年，奥斯特发现了电流的磁效应拉开了研究电与磁互相关系的序幕磁生电菲涅耳、安培、科拉顿、亨利等致力于磁生电的研究科学探究是曲折的，真理追求是执着的1831年，法拉第发现了电磁感应现象提醒了电和磁的内在联络，引领人类进入电气时代1．如图1－1－1所示：把一条导线平行地放在磁针的上方附近，当导线中有电流通过时，磁针会发生偏转，首先观察到这个实验现象的物理学家是安培．(×)图1－1－12．“磁生电〞是一种在变化、运动的过程中才能出现的效应．(√)3．首先发现电磁感应现象的科学家是奥斯特．(×)[后考虑]很多科学家在磁生电的探究中为什么没有获得成功？【提示】很多科学家在实验中没有注意磁场的变化，导体与磁场之间的相对运动等环节，只想把导体放入磁场中来获得电流，这实际上违背了能量转化和守恒定律，磁生电是一种在变化、运动过程中才能出现的效应．[合作讨论]讨论1：奥斯特发现电流的磁效应引发了怎样的考虑？法拉第对此持有怎样的观点？【提示】在自然界和谐统一的科学信念下，相信自然力是统一的，物理关系都是对称的，认为既然电流可以产生磁场；反过来，磁场也可以产生电流．讨论2：法拉第经历了大量的失败，失败的原因是什么？【提示】失败的主要原因在于受传统观念的影响，只注意寻找静态和稳定的感应电流而忽略了对动态过程的观察．讨论3：你认为法拉第成功的秘诀是什么？【提示】经过屡次失败之后，法拉第仍然坚持研究，正是由于他不懈的努力，正是以他有准备的头脑及敏锐的洞察力，才捕捉到了稍纵即逝的偶尔现象．[核心点击]1．奥斯特的“电生磁〞电流的磁效应显示了载流导体对磁针的作用力，提醒了电现象与磁现象之间存在的某种联络．奥斯特实验中，通电导线南北方向放置，导线下面的小磁针发生偏转．2．法拉第的“磁生电〞“磁生电〞是一种在变化、运动的过程中才出现的效应，法拉第把引起电流的原因概括为五类，它们都与变化和运动相联络，这就是：变化的电流、变化的磁场、运动的恒定电流、运动的磁铁、在磁场中运动的导体．他把这些现象定名为电磁感应现象，产生的电流叫做感应电流．1．首先发现电流的磁效应和电磁感应现象的物理学家分别是()A．安培和法拉第B．法拉第和楞次C．奥斯特和安培D．奥斯特和法拉第【解析】1820年，丹麦著名物理学家奥斯特发现了电流的磁效应.1831年，英国著名物理学家法拉第发现了电磁感应现象．选项D正确．【答案】 D2．1825年，瑞士物理学家德拉里夫的助手科拉顿将一个螺线管与电流计相连．为了防止强磁性磁铁影响，他把电流计放在另外一个房间，当他把磁铁插入螺线管中后，立即跑到另一个房间去观察，关于科拉顿进展的实验，以下说法正确的选项是()A．在科拉顿整个操作过程中，电流计指针不发生偏转B．将磁铁插入螺线管瞬间，电流计指针发生偏转，但科拉顿跑到观察时，电流计指针已不再偏转C．科拉顿无法观察到电流计指针偏转的原因是当时电流计灵敏度不够D．科拉顿无法观察到电流计指针偏转的原因是导线过长，电流过小【解析】科拉顿将磁铁放入螺线管时，穿过线圈的磁通量变化，回路中产生感应电流，电流计指针偏转，之后，穿过线圈的磁通量保持不变，回路中无感应电流，电流计指针不偏转，但由于科拉顿放完磁铁后跑到另一室观察，所以他观察不到偏转．只有B项正确．【答案】 B科学探究过程与方法下面的框图可以简要展示法拉第发现电磁感应规律的科学探究过程与方法．科学探究——感应电流产生的条件1．探究导体棒在磁场中运动是否产生电流(如图1－1－2所示)图1－1－2实验操作实验现象(有无电流)分析论证导体棒静止无闭合电路包围的面积变化时，电路中有电流图1－1－3图1－1－4只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就会产生电流．[再判断]1．只要闭合线圈内有磁通量，闭合线圈就有感应电流产生．(×)2．闭合线圈内有磁场，就有感应电流．(×)3．穿过闭合线圈的磁通量发生变化，线圈中一定会有感应电流．(√)[后考虑]闭合导体回路在磁场中运动一定产生感应电流吗？【提示】不一定．假设闭合导体回路在磁场中运动时，穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，导体回路中就会产生感应电流；假设闭合导体回路在磁场中运动时，穿过闭合导体回路的磁通量不变，导体回路中就没有感应电流．[合作讨论]讨论1：保持线框平面始终与磁感线垂直，线框在磁场中上下运动(如图1－1－5甲所示)．线框中是否产生感应电流？图1－1－5【提示】图甲中，线框在磁场中上下运动的过程中，穿过线框的磁通量没有发生变化，所以无感应电流产生．讨论2：保持线框平面始终与磁感线垂直，线框在磁场中左右运动(如图1－1－5乙所示)．线框中是否产生感应电流？【提示】图乙中，线框在磁场中左右运动的过程中，尽管切割磁感线，但是穿过线框的磁通量没发生变化，所以无感应电流产生．讨论3：线框绕轴线AB转动(如图1－1－5丙所示)．线框中是否产生感应电流？【提示】图丙中，线框绕轴线AB转动，会使穿过线框的磁通量发生改变，有感应电流产生．[核心点击]1．感应电流产生的两个条件(1)电路闭合；(2)穿过电路的磁通量发生变化．2．判断穿过回路的磁通量是否发生变化穿过闭合电路的磁通量发生变化，大致有以下几种情况：(1)磁感应强度B不变，线圈面积S发生变化，如闭合电路的一局部导体切割磁感线时．(2)线圈面积S不变，磁感应强度B发生变化，如线圈与磁体之间发生相对运动时或者磁场是由通电螺线管产生而螺线管中的电流变化时．(3)磁感应强度B和线圈面积S同时发生变化，此时可由ΔΦ＝Φ1－Φ0计算并判断磁通量是否变化．(4)线圈面积S不变，磁感应强度B也不变，但二者之间夹角发生变化，如线圈在磁场中转动时．3．在如下图的条件下，闭合矩形线圈能产生感应电流的是()【解析】A选项中因为线圈平面平行于磁感线，在以OO′为轴转动的过程中，线圈平面始终与磁感线平行，穿过线圈的磁通量始终为零，所以无感应电流产生；B选项中，线圈平面也与磁感线平行，穿过线圈的磁通量为零，竖直向上运动过程中，线圈平面始终与磁感线平行，磁通量始终为零，故无感应电流产生；C选项中尽管线圈在转动，但B与S都不变，B又垂直于S，所以Φ＝BS 始终不变，线圈中无感应电流；而D选项，图示状态Φ＝0，当转过90°时Φ＝BS，所以转动过程中穿过线圈的磁通量在不断地变化，因此转动过程中线圈中产生感应电流．【答案】 D4．(多项选择)如图1－1－6所示，开场时矩形线圈与磁场垂直，且一半在匀强磁场中，另一半在匀强磁场外，假设要使线圈中产生感应电流，以下方法中可行的是()图1－1－6A．将线圈向左平移一小段间隔B．将线圈向上平移C．以AB边为轴转动(小于60˚)D．以AD边为轴转动(小于90˚)【解析】线圈左右挪动时，线圈在匀强磁场中的面积发生变化，故有感应电流产生．上下挪动线圈时，B与S均未发生变化，故无感应电流产生．假设以AB边为轴转动，B与S的夹角发生变化，同样以AD边为轴转动时，B与S的夹角发生变化引起磁通量的变化，产生感应电流．应选项A、C、D正确．【答案】ACD5．(多项选择)在匀强磁场中有两条平行的金属导轨，磁场方向与导轨平面垂直；导轨上有两条可沿导轨自由挪动的导体棒ab、cd，这两个导体棒的运动速度分别为v1、v2，如图1－1－7所示，那么以下四种情况，ab棒中有感应电流通过的是()【导学号：05002021】图1－1－7A．v1＞v2B．v1＜v2C．v1≠v2D．v1＝v2【解析】题中导轨位于匀强磁场中，只要满足v1≠v2，回路的面积发生变化，从而磁通量发生变化，回路中就有感应电流产生．【答案】ABC判断是否产生感应电流的方法判断一个回路中是否产生感应电流，可以用以下方法：(1)看回路是否闭合，假如回路不闭合时，无论如何也不会产生感应电流．(2)看磁场方向与回路平面之间的关系，即磁场的方向与回路平面是垂直、平行或成某一夹角．(3)看穿过回路的磁感线的条数是否发生变化，假设变化那么产生感应电流，否那么不产生感应电流．。

1.1 磁生电的探索一、科学探究——感应电流产生的条件1．探究1：利用导体在磁场中运动闭合回路的部分导体在磁场中做运动时，闭合回路中电流表的指针发生偏转，说明回路中产生了感应电流．2．探究2：利用磁铁在螺线管中的运动将条形磁铁或与电流表构成闭合电路的螺线管过程中，观察到电流表的指针发生偏转，说明回路中产生了感应电流．3．探究3：利用通电螺线管的磁场螺线管A、滑动变阻器、电源、开关组成一个回路，螺线管B与电流表组成闭合回路，螺线管A放在螺线管B内．开关闭合或断开的瞬间，电流表的指针会发生，而开关闭合稳定后，电流表的指针偏转；保持开关闭合，当滑动变阻器的滑片移动时，电流表的指针发生；保持开关闭合，当螺线管A离开B或进入B时，电流表的指针发生．二、产生感应电流的条件只要穿过闭合电路的发生变化，闭合电路中就会产生感应电流．思考：只要电路中磁通量发生变化就一定有电流吗？核心要点突破一、对磁通量及其变化的理解1．磁通量磁通量表示磁场中穿过某一面积的磁感线净条数．Φ＝BS为匀强磁场中磁通量的计算公式．应用此公式时需注意以下两点：(1)公式Φ＝BS的适用条件：①匀强磁场；②磁感线与平面垂直，即B⊥S.(2)S为有效面积①在匀强磁场B中，若磁感线与平面不垂直．公式Φ＝BS中的S应为平面在垂直于磁感线方向上的投影面积．如图所示，在水平方向的匀强磁场中，面积为S的平面abcd与垂直于磁感线方向的平面的夹角为θ，则穿过平面abcd的磁通量应为Φ＝B·S cosθ.S cosθ即为平面S在垂直于磁感线方向上的投影，我们称之为“有效面积”．②S 是指闭合回路中包含磁场的那部分有效面积．如图所示，若闭合电路abcd 和ABCD 所在平面均与匀强磁场B 垂直，面积分别为S 1和S 2，且S 1>S 2，但磁场区域恰好只有ABCD 那么大，穿过S 1和S 2的磁通量是相同的，因此，Φ＝BS 中的S 应是指闭合回路中包含磁场的那部分有效面积S 2.2．磁通量的变化(1)引起磁通量变化的原因：由公式Φ＝BS cos α可知，引起磁通量发生变化的原因有： ①面积S 不变，磁感应强度B 发生变化，则磁通量Φ发生变化； ②面积S 变化，磁感应强度B 不变，则磁通量Φ发生变化；③面积S 变化，磁感应强度B 也发生变化，则磁通量Φ可能发生变化； ④线圈平面和磁场方向的夹角发生变化时，引起穿过线圈的磁通量发生变化．特别提醒1．磁通量是标量，但有正、负之分，正、负由线圈的面决定，磁通量的计算类问题首先要明确其正、负．2．磁通量与线圈的匝数无关，也就是说磁通量大小不受线圈匝数的影响．同理，磁通量的变化量ΔΦ＝Φ2－Φ1也不受线圈匝数的影响．所以，直接用公式求Φ、ΔΦ时，不必考虑线圈匝数n .二、对“导体切割”磁感线的理解闭合回路中的一段导体做切割磁感线运动时，闭合回路中产生感应电流． 1．“切割磁感线”产生感应电流和“磁通量变化”在本质上是一致的．如图所示，当导体ab 向右运动时，会引起abcd 回路的面积变大，从而使磁通量发生变化，所以在回路中产生感应电流．2．注意导线是否“切割”磁感线，形象地说就是将磁感线“割断”．如果导线方向平行于磁感线，或者速度方向平行于磁感线，则导线并没有“切割”磁感线．3．回路中有导线切割磁感线，也不能保证一定产生感应电流．例如整个回路都处在一个匀强磁场中沿垂直磁场方向运动时，回路的磁通量没有变化，虽然有切割现象，但不会产生感应电流．课堂互动讲练一、 磁通量的变化(2)磁通量变化量的计算： ΔΦ＝Φt －Φ0＝⎩⎪⎨⎪⎧B ΔS (B ⊥S ，且B 不变S 变化)S ΔB (B ⊥S ，且S 不变B 变化)B t S t －B 0S 0(B 与S 均变化，S 为有效面积)例1.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1平移到2，第二次将线框绕cd边翻转到2，设先后两次通过线框的磁通量变化量分别为ΔΦ1和ΔΦ2，则()A．ΔΦ1>ΔΦ2B．ΔΦ1＝ΔΦ2C．ΔΦ1<ΔΦ2 D．无法确定例2.一个200匝、面积为20 cm2的线圈放在磁场中，磁场的方向与线圈平面成30°角，若磁感应强度在0.05 s内由0.1 T增加到0.5 T，在此过程中磁通量变化了多少？二、产生感应电流的条件例1.如图所示的条件下，闭合矩形线圈能产生感应电流的是()例2.如图所示恒定的磁场中有一圆形的闭合导体线圈，线圈平面垂直于磁场方向，当线圈在此磁场中做下列哪种运动时，线圈中能产生感生电流的是()A．线圈沿自身所在的平面做匀速运动B．线圈沿自身所在的平面做加速运动C．线圈绕任意一条直径做匀速转动D．线圈绕任意一条直径做变速转动课堂练习1．自然界的电、热和磁等现象都是相互联系的，很多物理学家为寻找它们之间的联系做出了贡献。