高中物理新课标版人教版选修1-1课件：3《电磁感应现象 》 107页

第三章《电磁感应》 3.1《电磁感应现象》 教学目标（一）知识与技能1．知道产生感应电流的条件。2．会使用线圈以及常见磁铁完成简单的实验。（二）过程与方法学会通过实验观察、记录结果、分析论证得出结论的科学探究方法（三）情感、态度与价值观渗透物理学方法的教育，通过实验观察和实验探究，理解感应电流的产生条件。举例说明电磁感应在生活和生产中的应用。 ★教学重点通过实验观察和实验探究，理解感应电流的产生条件。★教学难点感应电流的产生条件。★教学方法实验观察法、分析法、实验归纳法、讲授法★教学用具条形磁铁（两个），导体棒，示教电流表，线圈（粗、细各一个），学生电源，开关，滑动变阻器，导线若干，CAI课件，计算机等。 ★教学过程（一）引入新课教师：“科学技术是第一生产力。”在漫漫的人类历史长河中，随着科学技术的进步，一些重大发现和发明的问世，极大地解放了生产力，推动了人类社会的发展，特别是我们刚刚跨过的二十世纪，更是科学技术飞速发展的时期。经济建设离不开能源，人类发明也离不开能源，而最好的能源是电能，可以说人类离不开电。饮水思源，我们忘不了为发现和使用电能做出卓越贡献的科学家——法拉第。1820年奥斯特发现了电流的磁效应，法拉第由此受到启发，开始了“由磁生电”的探索，经过十年坚持不懈的努力，于1831年8月29日发现了电磁感应现象，开辟了人类的电气化时代。本节课我们就来探究电磁感应的产生条件。 （二）进行新课1、实验观察（1）闭合电路的部分导体切割磁感线教师：在初中学过，当闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动时，电路中会产生感应电流，如图4.2-1所示。演示：导体左右平动，前后运动、上下运动。观察电流表的指针，把观察到的现象记录在表1中。如图所示。 学生：观察实验，记录现象。　表1导体棒的运动表针的摆动方向导体棒的运动表针的摆动方向向右平动向左向后平动不摆动向左平动向右向上平动不摆动向前平动不摆动向下平动不摆动结论：只有左右平动时，导体棒切割磁感线，有电流产生，前后平动、上下平动，导体棒都不切割磁感线，没有电流产生。 还有哪些情况可以产生感应电流呢？（2）向线圈中插入磁铁，把磁铁从线圈中拔出演示：如图4.2-2所示。把磁铁的某一个磁极向线圈中插入，从线圈中拔出，或静止地放在线圈中。观察电流表的指针，把观察到的现象记录在表2中。 学生：观察实验，记录现象。　表2磁铁的运动表针的摆动方向磁铁的运动表针的摆动方向N极插入线圈向右S极插入线圈向左N极停在线圈中不摆动S极停在线圈中不摆动N极从线圈中抽出向左S极从线圈中抽出向右结论：只有磁铁相对线圈运动时，有电流产生。磁铁相对线圈静止时，没有电流产生。 （3）模拟法拉第的实验演示：如图4.2-3所示。线圈A通过变阻器和开关连接到电源上，线圈B的两端与电流表连接，把线圈A装在线圈B的里面。观察以下几种操作中线圈B中是否有电流产生。把观察到的现象记录在表3中。 学生：观察实验，记录现象。　表3操作现象开关闭合瞬间有电流产生开关断开瞬间有电流产生开关闭合时，滑动变阻器不动无电流产生开关闭合时，迅速移动变阻器的滑片有电流产生结论：只有当线圈A中电流变化时，线圈B中才有电流产生。 2、分析论证教师：通过上节课的学习我们就已经知道，“磁生电”是一种在变化、运动的过程中才能出现的效应。试以上面三个演示实验为例，对以上结论进行分析论证。学生：分组讨论，学生代表发言。学生甲：演示实验1中，部分导体切割磁感线，闭合电路所围面积发生变化（磁场不变化），有电流产生；当导体棒前后、上下平动时，闭合电路所围面积没有发生变化，无电流产生。学生乙：演示实验2中，磁体相对线圈运动，线圈内磁场发生变化，变强或者变弱（线圈面积不变），有电流产生；当磁体在线圈中静止时，线圈内磁场不变化，无电流产生。（如图4.2-4） 学生丙：演示实验3中，通、断电瞬间，变阻器滑动片快速移动过程中，线圈A中电流变化，导致线圈B内磁场发生变化，变强或者变弱（线圈面积不变），有电流产生；当线圈A中电流恒定时，线圈内磁场不变化，无电流产生。（如图4.2-5）教师点评：通过大家的论证，我们得出结论：“磁生电”的确是一种在变化、运动的过程中才能出现的效应。 教师：请大家思考以上几个产生感应电流的实例，能否从本质上概括出产生感应电流的条件？学生：实例1中，部分导体切割磁感线，磁场不变，但电路面积变化，从而穿过电路的磁通量变化，从而产生感应电流；实例2中，导体插入、拔出线圈，线圈面积不变，但磁场变化，同样导致磁通量变化，从而产生感应电流；实例3中，通断电的瞬间，滑动变阻器的滑动片迅速滑动的瞬间，都引起线圈A中电流的变化，最终导致线圈B中磁通量变化，从而产生感应电流。从这三个实例看见，感应电流产生的条件，应是穿过闭合电路的磁通量变化。 教师：同学们分析、总结得很好，引起感应电流的表面因素很多，但本质的原因是磁通量的变化。因此，电磁感应现象产生的条件可以概括为：只要穿过闭合电路的磁通量变化，闭合电路中就有感应电流产生。 （三）课堂总结多媒体辅助教学教师：打开计算机，演示自制CAI课件，重现探究过程，巩固、升华所学知识，实现从感性认识到理性认识的飞跃。1、研究背景（从奥斯特发现电流磁效应开始，法拉第受到对称性思考的启发开始探究电磁感应产生的条件……）2、实验一，部分导体切割磁感线运动（磁场不变，面积变化，产生感应电流）3、实验二，磁体插入、把出线圈（面积不变、磁场变化，产生感应电流）4、实验三，模拟法拉第的实验5、实验总结（总结电磁感应产生的实质，实现从感性认识到理性认识的飞跃）6、电磁感应现象遵守能量守恒（知识拓展）7、典型例题（学以致用，巩固升华）点评：电脑模拟，形象直观，巩固升华。 3.2《法拉第电磁感应定律》 教学目标知识与能力1、知道什么是感应电动势。2、了解什么是磁通量以及磁通量的变化量和磁通量的变化率。3、在实验基础上，了解法拉第电磁感应定律内容及数学表达式，学会用该定律分析与解决一些简单的问题。4、培养类比推理和通过观察、实验、归纳寻找物理规律的能力。实验仪器螺线管要准备10匝和100匝的两个 复习：1、磁通量的定义？2、产生感应电流的条件？3、闭合电路欧姆定律的内容？ 新课教学一、感应电动势：既然闭合电路中有感应电流，这个电路中就一定有电动势。而产生电动势的哪部分导体就相当于电源。1、影响感应电动势的因素：磁通量的变化快慢，即磁通量的变化率。注：产生感应电动势的条件：磁通量发生变化。 2、感应电动势的大小：法拉第电磁感应定律：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。表达式：1、在国际单位制中K=1；说明：2、如果有n匝线圈，3、计算的是平均值。 3、一个有用的推论：情景：直导线在磁场中切割磁感线时感应电动势的计算。方法：（1）V//B时，（2）V垂直B时，E=BLVE=0（3）一般情况，说明：本公式计算的是与速度的对应值。 小结：磁场电流电磁感应现象现象产生的条件影响因素闭合电路磁通量变化法拉第电磁感应定律 应用举例例1、如图所示为穿过某线路的磁通量Φ随时间t变化的关系图，试根据图说明：（1）穿过某线路的磁通量Φ何时最大？何时最小？（2）Δφ/Δt何时最大？何时最小？（3）感应电动势E何时最大？何时最小？ΦtOt1t2t3t4注意区分几个物理量：①Φ、Δφ、Δφ/Δt②E只与Δφ/Δt有关，而与Φ、Δφ无关。 2、匝数为100匝的线圈，在0.5s内穿过线圈的磁通量由0增至1.5×10－5Wb，这时，线圈中产生的感应电动势有多大？若线圈和电流表的总电阻是3Ω，感应电流有多大？ 3、如图所示，长为3L圆导体棒与一金属框架紧密接触，框架上两个电阻的阻值均为R，整个装置放在磁感应强度为B、方向垂直于纸面。若导体棒以速度V向右匀速运动，则流过每个电阻的电流为多少？LLLVRR若将导体棒改为半径为L/2的导体环，则又如何？ 4、如图所示，在磁感应强度为B的匀强磁场中，有半径为r的光滑半圆形导体框架。OC为一端绕O点在框架上滑动的导体棒，OA之间连一个阻值为R的电阻（其余电阻都不计），若使OC以角速度ω匀速转动。试求：（1）图中哪部分相当于电源？（2）感应电动势E为多少？（3）流过电阻R的电流I为多少？ωABCRO 5、如图所示，裸金属线组成滑框，ab可滑动，其电阻，长串接电阻，匀强磁场，当ab以向右匀速运动过程中，求（1）ab间感应电动势。（2）ab间的电压。（3）保证ab匀速运动，所加外力F。（4）在2秒的时间内，外力功；ab生热Q；电阻R上生热。 3.3《交变电流》 教学目标知识与能力：1、理解交变电流是怎样产生的。2、定性了解交流的变化规律及其图像表示和主要特征物理量。3、知道交流能通过电容器的原因，了解交流这一特性在电子技术中的应用。4、初步了解发电机、交变电流的发明和利用对促进人类社会进步的作用，进一步体验科学、技术与社会生活之间的密切关系。实验仪器：示波器、小灯泡、导线、学生电源 直流电(DC)电流方向不随时间而改变 一、交变电流按下图所示进行实验演示 交变电流(AC)交变电流(交流):大小和方向都随时间做周期性变化的电流. 交流发电机模型的原理简图 二、交变电流的产生矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动 （1）电动势按正弦规律变化（2）电流按正弦规律变化（3）电路上的电压按正弦规律变化电流　　　　　　　　通过R时：三．交变电流的变化规律 四、交流电的图像 五、交变电流的种类(1)正弦交流电(2)示波器中的锯齿波扫描电压(3)电子计算机中的矩形脉冲(4)激光通信中的尖脉冲 交流发电机简介 六、描述交流电的物理量：1、最大值（峰值）：EmUmＩm２、瞬时值：uie ３、周期和频率：（1）周期：交变电流完成一次周期性变化所需的时间。（3）角频率：线圈在匀强磁场中转动的角速度。（2）频率：一秒内完成周期性变化的次数。T和f的物理意义：表征交流电变化的快慢。（4）关系： 我国生产和生活用交流电的周期T＝_______s，频率f=_______Hz，角速度ω＝_______rad/s，在1s内电流的方向变化__________次。0.0250１００π100一个周期内电流方向改变两次。 ４、有效值：EUI（1）定义：根据电流的热效应来规定，让交流电和直流通过相同阻值的电阻，如果他们在一个周期内产生的热量相等，就把这一直流电的数值叫做这一交流电的有效值。（2）正弦交流电的有效值与最大值的关系： (3)说明：A、以上关系式只适用于正弦或余弦交流电；B、交流用电器的额定电压和额定电流指的是有效值；C、交流电流表和交流电压表的读数是有效值D、对于交流电若没有特殊说明的均指有效值 1、交变电流：大小和方向都随时间作周期性变化的电流。2、正弦式电流变化规律：e=EmsinωtEm=NBSω叫电动势的最大值i=ImsinωtIm=Em/R叫电流的最大值u=UmsinωtUm=ImR叫电压的最大值小结 1、最大值（峰值）：EmUmＩm２、瞬时值：uie3、周期：交变电流完成一次周期性变化所需的时间。4、频率：一秒内完成周期性变化的次数。5、有效值：EUI（1）定义：根据电流的热效应来规定，让交流电和直流通过相同阻值的电阻，如果他们在一个周期内产生的热量相等，就把这一直流电的数值叫做这一交流电的有效值。（2）正弦交流电的有效值与最大值的关系： １、交变电流：　　　　和　　　都随时间做　　的电流叫做交变电流．电压和电流随时间按　　　　　　变化的交流电叫正弦交流电．２、交流电的产生：矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的中心轴匀速旋转时，线圈中就会产生　　　　　　　．大小方向周期性变化正弦规律感应电流 ４、线圈从中性面开始转动，角速度是，线圈中的感应电动势的峰值是Em，那么在任一时刻t感应电动势的瞬时值e为　　　　　　　　．若线圈电阻为Ｒ，则感应电流的瞬时值Ｉ为　　　　　　　　．0Eme-Emte=Emsinωti=(Em/R)·sinωt 3.4《变压器》 教学目标知识与能力：了解变压器的构造，知道变压器为什么能够改变交流的电压。由实验探究总结变压器原、副线圈的电压与两个线圈匝数的关系。了解几种常见的变压器类型及其应用。体验科学探究过程，培养实验设计与分析论证能力实验仪器：变压器、学生电源、灯泡 照明灯电压------220伏机床上照明灯------36伏半导体收音机电源电压不超过10伏大型发电机交流电压------几万伏远距离输电------几十万伏电视机显像管却需要10000V以上电压交流便于改变电压，以适应各种不同的需要变压器就是改变交流电压的设备 几种常见的变压器 一、变压器的构造1.示意图U1U2∽n1n2∽原线圈副线圈铁芯2.构造：（1）闭合铁芯（绝缘硅钢片叠合而成）（2）原线圈（初级线圈）：其匝数用n1表示（3）副线圈（次级线圈）：其匝数用n2表示（4）输入电压：U1;输出电压：U2. 3.电路图中符号n1n2问题：变压器副线圈和原线圈电路是否相通？变压器原副线圈不相通，那么在给原线圈接交变电压U1后，副线圈电压U2是怎样产生的？铁芯与线圈互相绝缘U1U2∽n1n2∽ 二、变压器的工作原理原线圈通以变化的电流时,会产生变化的磁场,磁通量是全部集中在铁芯内,不管闭合铁芯上绕多少匝线圈,穿过每组线圈的磁通量的变化率相同的.原线圈副线圈铁芯∽U1U2n1n2∽若给原线圈接直流电压，U副线圈电压U2？电能---磁场能---电能的转换 闭合铁芯实现了电能---磁场能---电能的转换，由于原副线圈中的电流共同产生的磁通量绝大部分通过铁芯，使能量在转换过程中损失很小，为了便于研究，物理学中引入了一种理想化模型------理想变压器。下面我们定量分析理想变压器的变压规律。 实验结论：原副线圈两端电压之比等于这两个线圈的匝数比。次数12345U1U2V1V2研究原副线圈两端电压关系的实验 三、理想变压器的变压规律I1I2n1n2U1U2原、副线圈中产生的感应电动势分别是：E1=n1/tE2=n2/tE1/n1=E2/n2原线圈回路有：U1−E1=I1r1≈0则U1=E1副线圈回路有：E2=U2+I2r2≈U2则U2=E2若不考虑原副线圈的内阻，则U1=E1；U2=E2则：U1/U2=n1/n2 理想变压器原副线圈的端电压之比等于这两个线圈的匝数之比n2>n1U2>U1-----升压变压器n2