第二節(jié) 科學(xué)探究：怎樣產(chǎn)生感應(yīng)電流 教案

1、第二節(jié) 科學(xué)探究：怎樣產(chǎn)生感應(yīng)電流 教案一、教學(xué)目標(biāo)：1. 通過實驗探究，知道導(dǎo)體在磁場中運動時產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件。2. 通過實驗探究，知道感應(yīng)電流的方向與哪些因素有關(guān)。3. 經(jīng)歷科學(xué)探究的交流與合作過程，培養(yǎng)學(xué)生的交流與合作意識和能力。二、教學(xué)重難點：重點：1. 感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件。2.感應(yīng)電流方向與哪些因素有關(guān)。難點：感應(yīng)電流探究實驗的完成是本節(jié)課的難點。三、課時安排：一課時四、教學(xué)準(zhǔn)備：演示器材：U形磁鐵、閉合線圈、開關(guān)、靈敏電流計、支架、手搖發(fā)電機模型；分組器材：U形磁鐵、閉合線圈、開關(guān)、靈敏電流計、支架。五、教學(xué)設(shè)計：引言：通過上一節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們已經(jīng)知道，通過發(fā)電機可以把其它形式的

2、能轉(zhuǎn)化為電能，同學(xué)們，你知道發(fā)電機是怎樣產(chǎn)生電流的嗎？這節(jié)課我們就來探究發(fā)電機的產(chǎn)生電流的過程。教學(xué)內(nèi)容教師活動學(xué)生活動備注一、 探究感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件一、 提出問題：我們已經(jīng)知道，奧斯特實驗證明了通電導(dǎo)體周圍可以產(chǎn)生磁場，那么反過來在磁場中能否產(chǎn)生電流呢？二、 制定計劃與設(shè)計實驗引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行計劃的制定與實驗的設(shè)計，教師進(jìn)行提問并讓其它學(xué)生討論，設(shè)計實驗表格。方法的可行與優(yōu)劣。1. 如何選擇實驗器材？2.怎樣證明電流的存在？3.實驗中分幾步進(jìn)行？（將一根導(dǎo)體的兩端用細(xì)導(dǎo)線懸掛起來，并與靈敏電流計、開關(guān)組成串聯(lián)閉合電路。將導(dǎo)體放在U形磁鐵的磁場中。）二、 進(jìn)行實驗與收集證據(jù)觀察學(xué)生實驗過程，進(jìn)行

3、巡視，并對學(xué)生實驗中出現(xiàn)的問題及時指導(dǎo)。三、 交流與合作教師組織學(xué)生進(jìn)行互相交流，并就實驗探究中發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行討論。1. 如果導(dǎo)體的運動方向與磁感線的夾角是銳角，導(dǎo)體中也能產(chǎn)生電流嗎？2. 如果導(dǎo)體不動，移動U形磁鐵，導(dǎo)體中也能產(chǎn)生電流嗎？3. 導(dǎo)體在磁場中產(chǎn)生的電流在大小至少與哪個因素有關(guān)？4. 電磁感應(yīng)現(xiàn)象過程中能量是如何轉(zhuǎn)化的？猜想、假設(shè)討論、交流、回答做實驗并記錄實驗表格討論、交流、回答本堂課要求學(xué)生積極參與，教師要調(diào)動學(xué)生的積極性，讓學(xué)生積極討論、交流、回答。 二、電磁感應(yīng)現(xiàn)象四、 歸納結(jié)論，形成概念。教師板書（1.電磁感應(yīng)現(xiàn)象：閉合電路中的一部分導(dǎo)體在磁場中做切割磁感線運動時產(chǎn)生電

4、流的現(xiàn)象稱為電磁感應(yīng)現(xiàn)象。電磁感應(yīng)中產(chǎn)生的電流稱為感應(yīng)電流。2.感應(yīng)電流的方向與磁感線的方向和導(dǎo)體運動方向有關(guān)。）1.發(fā)電機的工作原理是什么？2.發(fā)電機在工作過程中能量是如何轉(zhuǎn)化的？3.電磁感應(yīng)現(xiàn)象還就應(yīng)用在哪些地方？（教師演示發(fā)電機模型并提問）識記觀察、思考、回答三、練習(xí)鞏固五、 課堂練習(xí)1.經(jīng)過十年的不懈努力，于1831年發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的科學(xué)家是（）A.牛頓B.歐姆C.法拉第D.奧斯特2.電磁感應(yīng)現(xiàn)象在生產(chǎn)、生活及科學(xué)研究中有著廣泛的應(yīng)用，請列舉其中利用電磁感應(yīng)原理工作的器具：12.2. 關(guān)于電磁感應(yīng)現(xiàn)象，下列說法中正確的是（）A.閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場中運動，一定產(chǎn)生感應(yīng)電流B.導(dǎo)

5、體的一部分在磁場中做切割磁感線運動，一定產(chǎn)生感應(yīng)電流C.發(fā)電機是利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象制成的D.電磁鐵是利用電磁感應(yīng)原理制成的3. 在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向A.只跟導(dǎo)體運動方向有關(guān)B.只跟磁感線方向有關(guān)C.跟導(dǎo)體運動方向和磁感線方向有關(guān)D. 跟導(dǎo)體運動方向和磁感線方向無關(guān)完成練習(xí)四、學(xué)生小結(jié)引導(dǎo)學(xué)生對本節(jié)進(jìn)行總結(jié)，歸納知識。小結(jié)本節(jié)五、課外作業(yè)上網(wǎng)或查閱有關(guān)資料了解有關(guān)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的知識。課外調(diào)查六、板書設(shè)計：第一節(jié) 科學(xué)探究：怎樣產(chǎn)生感應(yīng)電流一、感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件：二、電磁感應(yīng)現(xiàn)象：閉合電路中的一部分導(dǎo)體在磁場中做切割磁感線運動時產(chǎn)生電流的現(xiàn)象。三、感應(yīng)電流方向與磁感線方向和導(dǎo)體運動方

6、向有關(guān)。四、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中能量轉(zhuǎn)化：機械能轉(zhuǎn)化為電能五、電磁感應(yīng)現(xiàn)象的應(yīng)用：發(fā)電機、變壓器、話筒七、教學(xué)反思八、教學(xué)參考法拉第電磁感應(yīng)實驗.如前所述，在物理學(xué)的發(fā)展史上，曾有相當(dāng)長的時期一直未找到電與磁的聯(lián)系，把電與磁現(xiàn)象作為兩個并行的課題分別進(jìn)行研究。直至1820年7月奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)后，才不再把電與磁的研究看作相互孤立的，而是作為一個整體看待。奧斯特的論文發(fā)表后，在歐洲科學(xué)中引起了強烈的反響，投入了大量的人力、物力對電磁現(xiàn)象進(jìn)行研究。既然電與磁有密切關(guān)系，電能產(chǎn)生磁，那么很自然地會想到它的逆效應(yīng)；“磁能產(chǎn)生電”嗎？為此科學(xué)家們開始進(jìn)行了長期的實驗探索。自1820年至1831年的十多

7、年間中，當(dāng)時許多著名的科學(xué)家，如安培、菲涅耳、阿拉果、德拉里夫等一大批科學(xué)家都投身于探索磁與電的關(guān)系之中，他們用很強的各種磁場試圖產(chǎn)生電流，但均無結(jié)果，究其原因是抱住穩(wěn)態(tài)條件不放，而沒有考慮瞬時效應(yīng)，因此十余年中研究進(jìn)展不大。在這其間，法拉第(M.Faraday，英，17911867)受命于他的老師戴維(HDavy)也開始轉(zhuǎn)向電磁學(xué)方面的研究。他仔細(xì)分析了電流的磁效應(yīng)等現(xiàn)象，認(rèn)為電流與磁的作用應(yīng)分幾個方面：那就是電流對磁、電流對電流，磁對電流等?，F(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了電流產(chǎn)生磁的作用，電流對電流的作用，那么反過來，磁也應(yīng)該能產(chǎn)生電。法拉第認(rèn)為既然磁鐵可以使近旁的鐵塊感應(yīng)帶磁，靜電荷可以使近旁的導(dǎo)體感應(yīng)

8、出電荷，那么電流也應(yīng)當(dāng)可以在近旁的線圈中感應(yīng)出電流。他本著這種信念，在發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象之前六年的日記中就寫下了他的光輝思想：“磁能轉(zhuǎn)化為電”。并使用了“感應(yīng)”(Induction)這個詞，可見他對于電磁感應(yīng)的存在是堅信不疑的。但如何從實驗中去發(fā)現(xiàn)這種感應(yīng)現(xiàn)象，卻非易事。起初，法拉第也簡單地認(rèn)為用強磁鐵靠近導(dǎo)線，導(dǎo)線中就會產(chǎn)生穩(wěn)定的電流，或者在一根導(dǎo)線里通以強大的電流，那在鄰近的導(dǎo)線中也會產(chǎn)生穩(wěn)定的電流，他作了大量的試驗，但均以“毫無結(jié)果”而告終。 法拉第經(jīng)過十年的試驗、失敗、再試驗、再失敗，于1831年夏又重新回到磁產(chǎn)生電流這一課題上來，終于取得了突破性的進(jìn)展。1831年8月29日法拉第發(fā)現(xiàn)了

9、電磁感應(yīng)的第一個效應(yīng)，即以一個電流產(chǎn)生另一個電流。關(guān)于這一實驗，法拉第的日記中作了詳細(xì)記載，現(xiàn)摘錄如下：1)磁產(chǎn)生電的若干實驗，等等，等等。2)用軟鐵作材料制備一7/8英寸粗的圓鐵棒，將它彎成一個外徑為6英寸的圓環(huán)。在圓環(huán)的半邊，用三股紗包銅線纏繞，每股24英寸長，每繞一股后用白布包裹隔開。使用時，既可以將三股銅線連成一股，也可分成三股單獨使用。然后檢查各股銅線相互間是否絕緣。我們稱鐵環(huán)的這半邊為A，(見圖)，與這一邊隔開一段空隙的另一邊用銅線繞了兩股線圈，總長為60英寸，繞向與A邊線圈相同我們稱之為B。3)用由10對4英寸見方的金屬片組成電池供電。用一根較長的銅導(dǎo)線將B邊線圈的兩端連接起來，

10、銅線的一段置于離鐵環(huán)3英尺遠(yuǎn)處的一個小磁針的上方，將電池與A邊線圈中的一股接通；接通時，小磁針立即產(chǎn)生一明顯的效應(yīng)。小磁針來回擺動，最終穩(wěn)定在原來的位置上。當(dāng)切斷A邊與電池的連按時，小磁針又出現(xiàn)來回擺動。4)若將A邊上三股銅線接成一單股線圈，然后讓來自電池的電流通過總的線圈，這時小磁針產(chǎn)生的效應(yīng)比上述情況強很多。5)不過，小磁針上的效應(yīng)只是導(dǎo)線直接接通電池時可能產(chǎn)生的效應(yīng)的一個非常小的部分。6)將簡單的B邊線圈改裝一下，作成一個扁平的線框，線框沿磁子午線平面放在小磁針S極的西邊，當(dāng)有電流通過時，便顯示出最好的效應(yīng)。實驗時，線框與小磁針距鐵環(huán)約三英尺，鐵環(huán)與電池相距一英尺。7)當(dāng)上述準(zhǔn)備都就緒后

11、，將電池與A邊線圈的兩邊接通，在接通的瞬間，線框強烈地吸引小磁針，在幾次振動之后便又回到它原來的自然位置，而處于靜止?fàn)顟B(tài)，接著當(dāng)切斷電池的聯(lián)機時，小磁針被強烈地排斥，幾次振動后，又回到與前相同的位置，處于靜止?fàn)顟B(tài)。8)在此，效應(yīng)是明顯的，但是瞬時的，然而，在切斷與電池的連接時，效應(yīng)的再現(xiàn)說明有一個平衡位置，它必須是能明顯地回到那個位置。9)開始接通電池時，小磁針極的方向指向線框好象B邊線圈是A邊線圈的一部分，即兩者中的電流具有相同的方向；而當(dāng)切斷電池的連接時，由小磁針的運動方向判斷此瞬間A、B兩者中的電流方向相反。10)用一根7/8英寸粗、4英寸長的短鐵柱，用4段14英尺長的導(dǎo)線纏繞，將四股導(dǎo)

12、線接成一股，以代替上述扁平線框。小磁針象以前一樣受到作用，然而看起來鐵芯并不有助于磁力的產(chǎn)生，因為現(xiàn)在的作用不比剛才不用鐵芯的線框時的作用來得更大。現(xiàn)在的作用與以前一樣，也是瞬時的，可逆轉(zhuǎn)的。這就是法拉第第一次成功地觀察到電磁感應(yīng)現(xiàn)象的生動記錄。從法拉第日記中可以看到，電磁感應(yīng)(由磁產(chǎn)生電)的發(fā)現(xiàn)是他意料之中的事，使他感到意外的是電磁感應(yīng)竟是一種短暫效應(yīng)，而奧斯待發(fā)現(xiàn)的電流磁效應(yīng)卻是一種穩(wěn)定效應(yīng)，在他的思想中，電磁感應(yīng)似乎也應(yīng)當(dāng)是一種穩(wěn)定效應(yīng)，所以在發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)是短暫效應(yīng)后，他在日記中就突出地記錄了這一點。法拉第在圓環(huán)實驗的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提出了兩個極有見地的問題：第一，圓鐵環(huán)能不能不要，沒有它

13、能否仍有感應(yīng)效應(yīng)？第二，不用A邊線圈，而用磁鐵相對于B邊線圈運動，B邊線圈內(nèi)是否仍有感應(yīng)效應(yīng)產(chǎn)生？法拉第帶著這些問題在以后的十天中又連續(xù)地做了許多實驗。其中有一個是這樣的：法拉第“把長為203碼(約為186米)的用紗布包起來的銅導(dǎo)線繞在很寬的木線筒上，再在原繞組線圈上絕緣地繞上同樣長度的紗包銅線，將一個繞組與電流計連接，另一個繞組與100對金屬板組成的電池組連接。發(fā)現(xiàn)當(dāng)電健接通和斷開的曝間，電流計指針擺動；電鍍合上后，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)線灼熱，但電流計指針不偏轉(zhuǎn)”。9月24日，法拉第在兩條磁棒的N、S極中間放上一繞有線圈的圓鐵棒，線圈與一電流計連接，他發(fā)現(xiàn)當(dāng)圓鐵棒脫離或接近兩極的瞬間，電流計的指針就會偏轉(zhuǎn)

14、。10月17日法拉第又發(fā)現(xiàn)另一種形式的電磁感應(yīng)現(xiàn)象。他用一線圈與電流計相連接，然后將一永久磁鐵迅速插入與拔出線圈發(fā)現(xiàn)電流計指針也會偏轉(zhuǎn)。l0月28日法拉第還進(jìn)行了最早的發(fā)電機實驗。他把直徑為12英寸，厚為1/5英寸的銅盤裝在水平的黃銅軸上，又將兩條長為67英寸，寬約1英寸，厚約1/2英寸的小磁鐵相對放置在銅盤邊緣，見圖所示，他用另一電流計的兩個接線柱上引出兩個碳刷(圖中未畫出)。實驗時讓銅盤飛快旋轉(zhuǎn)，同時把兩個電刷分別接觸于銅盤的不同位置，以確定產(chǎn)生感應(yīng)電流的最佳位置，經(jīng)過反復(fù)試驗，他發(fā)現(xiàn)由盤心O到磁極所對的銅盤邊緣可以產(chǎn)生最大的感應(yīng)電流，這臺實驗裝置實際上是一臺直流發(fā)電機人類歷史上第一臺發(fā)電

15、機。法拉第前后一共做了類似的幾十個實驗，最終認(rèn)識到感應(yīng)現(xiàn)象的瞬時性，提出只有在變化時，靜止導(dǎo)線中電流才能在另一根靜止導(dǎo)線中感應(yīng)出電流；而導(dǎo)線中的穩(wěn)恒電統(tǒng)不可能在另一根靜止導(dǎo)線中感應(yīng)出電流的。1831年11月24日，法拉第寫了一篇論文，向英國皇家學(xué)會報告了整個實驗情況，他把可以產(chǎn)生感應(yīng)電流的情形概括為五類：(1)變化著的電流；(2)變化著的磁場；(3)運動的穩(wěn)恒電流；(4)運動的磁鐵；(5)在磁場中運動的導(dǎo)體。他正確地指出感應(yīng)電流與原電流的變化有關(guān)，而與原電流本身無關(guān)。法拉第把上述現(xiàn)象正式定名為“電磁感應(yīng)”。至此，法拉第作出了劃時代的發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象。但電磁感應(yīng)的規(guī)律，一直到1851年才最后建立

16、。當(dāng)時在磁產(chǎn)生電方面進(jìn)行探索的并不只是法拉第一個人，在瑞士、美國和俄國都有人在進(jìn)行這方面的研究。瑞士物理學(xué)家科拉頓曾企圖用磁鐵在線圈中獲得電流，他用一個線圈與一檢流計連成一閉合回路，為了使磁鐵不致于影響檢流計中的小磁針，特意將檢流計放在隔壁的房間里。科拉頓在一邊用磁鐵棒在線圈中不斷地插入與拔出，然后又跑到另一房間里去現(xiàn)察檢流計，但每次都得到零結(jié)果，最終沒有能發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象。遠(yuǎn)在美國的物理學(xué)家亨利(JHenry，17971878)于1827年也進(jìn)行了電磁感應(yīng)的實驗。他用紗包銅線在一鐵芯上繞了兩層，然后在銅線中通電，發(fā)現(xiàn)鐵芯上僅僅三公斤的鐵片居然吸起了三百公斤重的物體。亨利以此為開端，終于發(fā)現(xiàn)了自感現(xiàn)象，他把這個實驗發(fā)現(xiàn)總結(jié)在螺旋狀長導(dǎo)線內(nèi)的電氣自感一文中，因此，從時間上說亨利先于法拉第獨立地發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，但他沒有公開發(fā)表這一結(jié)果，為此他十分后侮與沮喪。1832年，俄國物理學(xué)家楞次(H，F(xiàn)ELenz，18041865)受到法拉第的啟發(fā)；也開始了一系列的電磁實驗，并取得了成果。1833年楞次發(fā)表了論動電感應(yīng)引起的電流的方向，宣布了關(guān)于電磁感應(yīng)現(xiàn)象的基本規(guī)律，指出感應(yīng)電流的方向是使它所產(chǎn)生的磁場與引起感應(yīng)的原磁場的變化方向相反，這就是楞次定律。由此可見，在法拉第同時代，有