13.3電磁感應(yīng)現(xiàn)象及應(yīng)用（導學案）高二物理（人教版2019）

第3節(jié)電磁感應(yīng)現(xiàn)象及應(yīng)用導學案【學習目標】1、了解電磁感應(yīng)現(xiàn)象曲折的發(fā)現(xiàn)過程，學習法拉第堅持理想信念、不畏艱辛、勇于探索的科學精神。2、經(jīng)歷感應(yīng)電流產(chǎn)生條件的探究活動，提高分析論證能力。3、通過模仿法拉第的實驗，歸納得出產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件。學會通過現(xiàn)象分析歸納事物本質(zhì)特征的科學思維方法，認識實驗觀察能力與邏輯思維能力在科學探究過程中的重要作用。4、了解電磁感應(yīng)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)的重大歷史意義和電磁感應(yīng)現(xiàn)象的廣泛應(yīng)用，體會科學、技術(shù)對人類文明的推動作用?！緦W習重難點】學習重點：歸納總結(jié)產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件，學習法拉第等科學家堅持理想信念、勇于探索和創(chuàng)新的科學精神。學習難點：通過設(shè)計、模仿法拉第的實驗，通過觀察和分析，將原來淺顯已知的產(chǎn)生感應(yīng)電流的非充要條件（閉合電路的一部分導體在磁場中做切割磁感線運動），提升為產(chǎn)生感應(yīng)電流的充要條件——穿過閉合導體回路的磁通量發(fā)生變化?！局R回顧】1、閉合電路的一部分導體在磁場中做切割磁感線的運動時，導體中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流。2、產(chǎn)生穩(wěn)定電流的條件：①閉合回路，②有電壓。3、磁通量的計算式：Φ＝BS?！咀灾黝A(yù)習】1、可以產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象的情況有：變化的電流，變化的磁場，運動的恒定電流，運動的磁鐵，在磁場中運動的導體。2、發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象時，閉合回路中的磁通量Φ＝BS發(fā)生了變化。3、產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件：①閉合回路，②磁通量變化。【課堂探究】新課導入思考：在初中物理中，大家學習過的，導體在什么情況下產(chǎn)生感應(yīng)電流？這產(chǎn)生感應(yīng)電流的唯一方法嗎？還有其他方法嗎？這些方法有什么內(nèi)在聯(lián)系？閉合電路的一部分導體在磁場中做切割磁感線的運動時，導體中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流?！疽曨l】奧斯特實驗。第一部分劃時代的發(fā)現(xiàn)法拉第第一個成功實現(xiàn)由磁產(chǎn)生電的實驗：法拉第線圈由此可知，電磁感應(yīng)不是穩(wěn)態(tài)效應(yīng)，而是動態(tài)效應(yīng)?！按派姟爆F(xiàn)象的本質(zhì)特征是：變化、運動。思考：哪些情況可以產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象？變化的電流變化的磁場運動的恒定電流運動的磁鐵在磁場中運動的導體【視頻】科拉頓實驗。第二部分產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件思考1：下列實驗中，哪一個會產(chǎn)生感應(yīng)電流？AB靜止AB沿磁感線運動AB切割磁感線無電流無電流有電流思考2：當產(chǎn)生感應(yīng)電流時與磁場相關(guān)的哪個物理量發(fā)生了變化呢？AB切割磁感線時，磁場沒有變化，變化的只有電路ABCD的面積。也就是說，穿過電路ABCD的磁通量發(fā)生了變化。實驗1：探究導體棒在磁場中運動時產(chǎn)生感應(yīng)電流的情況。實驗操作實驗現(xiàn)象（有無電流）分析論證導體棒靜止無電流閉合電路在磁場中圍成的面積變化時，電路中有電流產(chǎn)生；圍成的面積不變時，電路中無電流產(chǎn)生。導體棒平行磁感線運動無電流導體棒切割磁感線運動有電流實驗2：探究條形磁體插入螺線管時產(chǎn)生感應(yīng)電流的情況。磁鐵的運動實驗現(xiàn)象（有無電流）分析論證插入線圈有電流線圈中的磁場變化時，線圈中有感應(yīng)電流；線圈中的磁場不變化時，線圈中無感應(yīng)電流靜止不動無電流從線圈中抽出有電流思考3：如果將條形磁體替換為小通電螺線管，還能有上述實驗現(xiàn)象嗎？通電螺線管的磁場分布與條形磁鐵相似，所以用通電螺線管替換條形磁鐵仍有上述現(xiàn)象。實驗3：探究改變小通電螺線管中的電流時產(chǎn)生感應(yīng)電流的情況。磁鐵的運動實驗現(xiàn)象（有無電流）分析論證開關(guān)閉合瞬間有電流線圈B中磁場變化時，線圈B中有感應(yīng)電流；磁場不變時，線圈B中無感應(yīng)電流開關(guān)斷開瞬間有電流開關(guān)保持閉合，滑動變阻器滑片不動無電流開關(guān)保持閉合，迅速移動滑動變阻器的滑片有電流思考4：上述實驗中，產(chǎn)生感應(yīng)電流的情形可以歸納為哪些種類？這些種類有哪些共同點？可以分為導線切割磁感線和磁場發(fā)生變化兩類。導線切割磁感線：B不變，S變磁場發(fā)生變化：S不變，B變共同點：閉合回路中的磁通量Φ＝BS都發(fā)生了變化。結(jié)論：只要穿過閉合導體回路的磁通量發(fā)生變化，閉合導體回路中就有感應(yīng)電流。思考5：產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是什么？①閉合回路②磁通量變化：正對面積改變，或磁場的大小改變，或磁場的方向改變第三部分電磁感應(yīng)現(xiàn)象的應(yīng)用電磁感應(yīng)的應(yīng)用實例：發(fā)電機【視頻】世界第一臺發(fā)電機：法拉第盤【視頻】手搖發(fā)電機發(fā)電。【視頻】甩動銅線給小燈泡供電。電磁感應(yīng)的應(yīng)用實例：電磁爐、變壓器、無線充電?！咀晕覝y評】1．（2022上·江西上饒·高二校聯(lián)考階段練習）1921年一個十分神奇的與電有關(guān)的實驗現(xiàn)象被法拉第發(fā)現(xiàn)了，出于對這個現(xiàn)象的好奇，他對這種現(xiàn)象潛心研究了十年，終于在1931年發(fā)現(xiàn)了在物理科技史上影響十分重大的電磁感應(yīng)效應(yīng)。下列四幅圖所描述的情境，能夠產(chǎn)生感應(yīng)電流的是（）A．甲圖中，線圈與條形磁鐵中心軸線在同一平面內(nèi)且遠離磁鐵B．乙圖中，線圈在勻強磁場中垂直于磁場方向運動C．丙圖中，條形磁鐵快速穿過有缺口的線圈D．丁圖中，線圈在通電直導線下方以虛線為軸轉(zhuǎn)動【答案】D【詳解】產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是：①線圈閉合；②穿過閉合線圈的磁通量發(fā)生變化。A．甲圖中，線圈與條形磁鐵中心軸線在同一平面內(nèi)且遠離磁鐵時，由于線圈平面與磁場一直平行，使得穿過線圈的磁通量為零，未發(fā)生改變，所以不能產(chǎn)生感應(yīng)電流，故Ａ錯誤；B．乙圖中，線圈在勻強磁場中垂直于磁場方向運動，穿過線圈的磁通量保持不變，不產(chǎn)生感應(yīng)電流，故B錯誤；C．丙圖中，條形磁鐵快速穿過有缺口的線圈，由于線圈不閉合，所以不產(chǎn)生感應(yīng)電流，故C錯誤；D．丁圖中，線圈在通電直導線下方以虛線為軸轉(zhuǎn)動時，穿過閉合線圈的磁通量發(fā)生了改變，所以能產(chǎn)生感應(yīng)電流，故D正確。故選D。2．（2022上·浙江·高三校聯(lián)考階段練習）某地理老師給同學們展示了一種磁懸浮地球儀，底座通電時球體會懸浮起來（圖甲）。它的內(nèi)部原理是如圖乙所示，底座里面有線圈，球體是磁鐵，球體的頂端是S極，底部是N極，底座通電時能讓球體懸浮起來。則下列敘述中正確的是（）A．地球儀底座對桌面的壓力大小等于底座受到的重力B．球體能夠懸浮是利用了電磁感應(yīng)原理C．電路中的a端點須連接直流電源的負極D．若增加線圈的電流，則球體重新靜止時受到的斥力將變大【答案】C【詳解】A．地球儀受到重力和通電線圈給它向上的磁場力而處于靜止狀態(tài)，底座受向下的重力和磁鐵向下的磁場力以及桌面向上的支持力而平衡，則底座對桌面的壓力大小大于底座受到的重力，A錯誤；B．球體能夠懸浮是由于通電線圈對磁體產(chǎn)生的磁場力與重力平衡，B錯誤；C．磁體要平衡，由圖乙可知通電線圈產(chǎn)生的磁場方向應(yīng)向上，根據(jù)右手螺旋定則可知，電路中的b端點須連接直流電源的正極，a端點須連接直流電源的負極，C正確；D．若增加線圈的電流，則球體會懸浮到比原來高的位置重新靜止，新位置受到的斥力仍與球體重力平衡，與原位置相同，D錯誤。故選C。3．（2022上·江蘇徐州·高二統(tǒng)考學業(yè)考試）如圖所示，虛線I和Ⅱ之間有垂直于紙面向里的勻強磁場。閉合線圈自高處落下，依次經(jīng)過a、b、c三個位置。則線圈中有感應(yīng)電流產(chǎn)生的是（）A．位置a和位置b B．位置b和位置c C．位置a和位置c D．三個位置都有【答案】C【詳解】經(jīng)過位置a和位置c時通過線圈的磁通量發(fā)生變化，由電磁感應(yīng)定律可知，線圈中有感應(yīng)電流的產(chǎn)生，經(jīng)過位置b時，線圈的磁通量不發(fā)生變化，無感應(yīng)電流的產(chǎn)生。故選C。4．（2022上·江西撫州·高二江西省臨川第二中學?？茧A段練習）利用如圖所示裝置可探究感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件。線圈A通過滑動變阻器和開關(guān)S連接到電源上，線圈B的兩端連接到電流計G上，把線圈A裝在線圈B的里面。某同學發(fā)現(xiàn)閉合開關(guān)S時，電流表指針向右偏轉(zhuǎn)，由此可以判斷（）A．斷開開關(guān)S時，電流表指針向右偏轉(zhuǎn)B．線圈A向上移動時，電流表指針向右偏轉(zhuǎn)C．線圈A中鐵芯向上拔出時，電流表指針向右偏轉(zhuǎn)D．滑動變阻器的滑片向右滑動時，電流表指針向右偏轉(zhuǎn)【答案】D【詳解】ABC．閉合開關(guān)S時即通過線圈B的磁通量增加，可知當穿過線圈B的磁通量增大時，電流表指針向右偏轉(zhuǎn)。線圈A向上移動時、線圈A中鐵芯向上拔出時、斷開開關(guān)S時，穿過線圈B的磁通量均減小，電流表指針均應(yīng)向左偏轉(zhuǎn)，ABC錯誤；D．滑動變阻器的滑片向右滑動時，通過A的電流增大，則穿過線圈B的磁通量增加，電流表指針向右偏轉(zhuǎn)，D正確；故選D。5．（2022上·福建福州·高二福建省福州第一中學?？计谀┠硨W校開展“搖繩發(fā)電”的比賽活動。如圖所示，在操場上，將一根長為20m的銅芯導線兩端與電流傳感器的兩個接線柱連接，構(gòu)成閉合回路；兩同學面對面站立搖動這條導線。（忽略地球磁偏角的影響）（1）若增大搖繩的頻率，則電流傳感器的最大示數(shù)將（選填“增大”、“減小”、“不變”）；（2）為了獲得較大電流，兩同學應(yīng)該站立搖繩。（選填“東西”、“南北”）【答案】增大東西【詳解】（1）[1]若增大搖繩的頻率，則穿過閉合線圈的磁通量變化率增大，電流傳感器的最大示數(shù)將增大。（2）[2]地磁場方向沿南北方向，為使搖繩時線圈中有較大的磁通量變化率，從而產(chǎn)生較大電流，兩同學應(yīng)該沿東西方向站立搖繩。5．（2022下·浙江嘉興·高二統(tǒng)考期末）某興趣小組設(shè)計了一輛“電磁感應(yīng)車”，在一個車架底座上固定了一塊塑料板，板上固定了線圈和紅、綠兩個二極管，裝置和連成的電路如圖甲所示。用強磁鐵插入和拔出線圈，電流傳感器記錄了線圈中電流隨時間變化的圖像如圖乙所示。下列說法正確的是（）A．在t=3s時刻，線圈中的磁通量最大B．當磁鐵從線圈左端插入時，小車將會向左運動C．乙圖顯示了磁鐵先后兩次插入和拔出線圈的過程D．若插入線圈的磁鐵磁性足夠強，紅、綠兩個二極管會同時發(fā)光【答案】C【詳解】A．在t=3s時刻，線圈中的電流最大，磁通量變化率最大，故A錯誤；B．當磁鐵從線圈左端插入時，靠近線圈，導致穿過的磁通量變大，根據(jù)楞次定律，則有感應(yīng)電流產(chǎn)生，小車為阻礙磁鐵靠近，小車將對磁鐵有向左的力，同時小車受到向右的力，向右運動，故B錯誤；C．乙圖顯示了磁鐵先后兩次插入和拔出線圈的過程，故C正確；D．由于發(fā)光二極管具有單向?qū)щ娦裕褍蓚€發(fā)光二極管極性相反地并聯(lián)起來，并與線圈串聯(lián)，兩個發(fā)光二極管不會同時發(fā)光，故D錯誤。故選C。【學后反思】_________________________________________________________