人教版物理（中職）類 5.5《電磁感應(yīng)》 導學案（無答案）

第5節(jié)《電磁感應(yīng)》課前自主學習任務(wù)單基礎(chǔ)層次（A層次）一、學習目標1、了解電磁感應(yīng)現(xiàn)象及感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件。2、理解右手定則，能用右手定則判斷閉合回路的一部分導體切割磁感線時感應(yīng)電流的方向。3、理解法拉第電磁感應(yīng)定律，并能利用定律進行簡單的計算。二、學習過程：任務(wù)1：電磁感應(yīng)現(xiàn)象1、導線切割磁感線運動。初中我們曾經(jīng)講過導線切割磁感線運動的實驗線路中怎樣才能產(chǎn)生感應(yīng)電流？閉合導體回路的________導體在磁場中做___________運動時，導體中就會產(chǎn)生___________。這種現(xiàn)象叫做______________現(xiàn)象，其中產(chǎn)生的電流叫______________。我們來找出這句話中的幾個關(guān)鍵詞（即產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件）（1）是閉合導體回路：線圈必須閉合，如果不閉合就不能形成回路，是不可能產(chǎn)生電流的。（2）是回路的一部分導體在磁場中：如果回路的全部導體在磁場中末必能產(chǎn)生感應(yīng)電流。比如：圖1，整個回路都在勻強磁場中，水平向右運動，不但AB邊切割磁感線，CD也切割磁感應(yīng)線，各自產(chǎn)生的電流大小相等，方向相反，故整個電路中沒有電流產(chǎn)生。因此，初中時，我們要強調(diào)“閉合回路的一部分導體在磁場中做切割磁感線運動”，如圖2，只有AB邊切割磁感線，且產(chǎn)生感應(yīng)電流，故整個回路中一定有感應(yīng)電流。（3）一定要做切割磁感線運動AB左右運動、上下運動或靜止不動，都不切割磁感線，故都不產(chǎn)生感應(yīng)電流。只有做垂直于紙面的前后運動，才能產(chǎn)生感應(yīng)電流。按照初中的這個說法，“導線切割磁感線”是產(chǎn)生感應(yīng)電流的必要條件，不做切割磁感線運動，就不能產(chǎn)生感應(yīng)電流。事實是不是這樣呢？讓我們用實驗說話。2、閉合線圈與磁鐵之間的相對運動方法：1、將條形磁鐵插入線圈2、將條形磁鐵從線圈中拔出3、磁鐵放在線圈內(nèi)不動現(xiàn)象：1、2有電流產(chǎn)生，3沒有電流產(chǎn)生分析：導線并沒有切割磁感線，但產(chǎn)生了感應(yīng)電流。3、閉合線圈與載有變化電流的線圈方法：線圈A（中間的小線圈）跟電鍵和電源連接起來，線圈B（外面的大線圈）跟電流計相連。把A插入到B中?，F(xiàn)象：關(guān)閉和打開電鍵的瞬間，B中有電流產(chǎn)生；而當A中正常通電時，B中卻沒有電流產(chǎn)生。分析：如果說，上一個實驗中，磁鐵插入線圈時，線圈和磁鐵有相對運動，導線還有切割磁感線的嫌疑的話，那么，剛才實個實驗，根本沒有運動，更不存在切割磁感線的問題，為什么B中又會產(chǎn)生感應(yīng)電流呢？▲看來，把切割磁感線作為產(chǎn)生感應(yīng)電流的必要條件是不正確的，最起碼說是不全面的。那么究竟什么才是產(chǎn)生感應(yīng)電流的真正條件呢？下面我們繼續(xù)討論。任務(wù)2：產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件科學家經(jīng)過不斷地探索和分析，終于找到了產(chǎn)生感應(yīng)電流的真正條件不論用什么方法，只要穿過閉合導體回路的磁通量發(fā)生變化，回路中就有感應(yīng)電流產(chǎn)生。下面我們將剛才討論的幾種情形再來分析一下。1、導線切割磁感線運動的情形圖1是將整個線圈放在磁場中做切割磁感線的情形。線圈面積S不變，因為是勻強磁場，所以B不變，且線圈平面始終跟磁場垂直，所以運動過程中，φ＝BS不變，故不產(chǎn)生感應(yīng)電流。圖2是將閉合回路的一部分導體放在磁場中做切割磁感線的情形。很明顯，當線圈向右運動時，穿過線圈的磁感線條數(shù)變少，即磁通量變?。蝗绻蜃髣觿訒r，穿過線圈的磁感線條數(shù)變多，即磁通量變大。故有感應(yīng)電流產(chǎn)生。如果在圖2中，線圈靜止不動、前后運動、上下運動，導線不切割磁感線，穿過線圈的磁感線條數(shù)不變，故不產(chǎn)生感應(yīng)電流?！手挥虚]合線圈的一部分導體在磁場中做切割磁感線運動時，導體中才會產(chǎn)生感應(yīng)電流。2、閉合線圈與磁鐵之間的相對運動的情形（結(jié)合實驗）我們大家都知道，線圈越靠近磁極處，磁場越強，即B越大。而線圈的面積S保持不變。因此，插入時，磁通量變大，有感應(yīng)電流產(chǎn)生；拔出時，磁通量變小，也有感應(yīng)電流產(chǎn)生。而將磁鐵放在線圈上不動，B和S都不變，故磁通量保持不變，所以不產(chǎn)生感應(yīng)電流。3、閉合線圈與載有變化電流的線圈的情形合上電鍵的瞬間，A中的電流漸大，周圍產(chǎn)生的磁場漸強，所以穿過B線圈的磁通量增加，故B中會產(chǎn)生感應(yīng)電流；斷開電鍵的瞬間，A中的電流漸小，周圍產(chǎn)生的磁場漸減，所以穿過B線圈的磁通量減小，故B中有感應(yīng)電流產(chǎn)生；當電流穩(wěn)定時，電流不變，磁場不變，B中的磁通量也不變，故B中沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生。任務(wù)3：右手定則既然閉合線路的一部分導體切割磁感線能產(chǎn)生感應(yīng)電流，那么電流的方向如何呢？我們可以通過右手定則來判斷。伸出右手，使大拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在一個平面內(nèi)，把右手放入磁場中，讓磁感線垂直穿入手心，大拇指指向?qū)w運動的方向。那么，其余四指的指向就是感應(yīng)電流的方向。例如：1、如圖所示，磁感線是由N極指向S極的，即豎直向下的，因此手心應(yīng)向上（這樣磁感線才能“穿入”手心）。導線的運動方向是由紙里指向紙外的，因此，大拇指應(yīng)向外。這樣四指就是向右的，表示感應(yīng)電流的方向為由左向右。2、如圖所示，磁感線是由紙外指向紙里的，所以手心應(yīng)向外（這樣磁感線才能穿入手心）。導線的運動方向是向右的，因此大拇指應(yīng)指向右。這樣四指必然向上，表示感應(yīng)電流的方向向上。任務(wù)4：法拉第電磁感應(yīng)定律（一）感應(yīng)電動勢1、概念：電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生電流，必然先產(chǎn)生了電動勢。（因為沒有電動勢就沒有電流）我們把電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢，叫做感應(yīng)電動勢。2、感應(yīng)電流的大小與感應(yīng)電動勢的關(guān)系產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的那部分導線或線圈，相當于電源。根據(jù)全電路的歐姆定律，我們可以知道：感應(yīng)電流的強弱由感應(yīng)電動勢E和閉合電路的總電阻決定的，即在線圈總電阻不變的情況下，I越大，表示電動勢越大。3、感應(yīng)電動勢與線路是否閉合無關(guān)前面我們講過，一個電源，當不接外電路時，就沒有電流，當電源接外電路時，就有電流。但不管什么情況，電源的電動勢總是客觀存在的?！瑯拥?，在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中（1）閉合時，磁通量變化，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，形成電流（2）斷開時，只要磁通量發(fā)生變化，照樣產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，只不過是不能形成電流。（二）法拉第電磁感應(yīng)定律將P135的實驗一，以不同的插入和拔出速度再做幾遍，我們會發(fā)現(xiàn)：速度快——指針偏轉(zhuǎn)角度大——電流大——表明產(chǎn)生的電動勢大速度慢——指針偏轉(zhuǎn)角度小——電流小——表明產(chǎn)生的電動勢小我們大家都知道，在磁鐵的插入過程中，磁通量的變化是不變的插得快，說明磁通量變化快，插得慢，說明磁通量變化慢?！覀儼汛磐康淖兓俊鳓张c發(fā)生這此變化量所用時間的比值，叫做磁通量的變化率。（注意比較φ、△φ、三個物理量）顯然，磁通量的變化率越大，電流越大，表示電動勢越大。法拉第經(jīng)過大量的實驗歸納得出：導體回路中感應(yīng)電動勢的大小，跟穿過這一電路的磁通量的變化率成正比。這就是法拉第電磁感應(yīng)定律。1、單匝線圈的感應(yīng)電動勢2、多匝線圈的感應(yīng)電動勢相當于幾個單匝線圈的串聯(lián)，即總電動勢是單匝的幾倍。即3、導線切割磁感線時，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢。設(shè)磁感應(yīng)強度為B，ab的長度為L向右運動的還度為V，則△S＝V△tL所以△φ＝B△S＝BV△tL所以表明：導線在做切割磁感線的運動時，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的大小，等于磁感應(yīng)強度B，導線長度L，運動速度V三者的乘積。注意：1、B、L、V三者必須垂直2、當速度V為瞬時值時，E為瞬時感應(yīng)電動勢；當速度V為平均值時，E為感應(yīng)電動勢。例題：例1、P137例題例2、在B＝0.10T的勻強磁場中，一根長為L＝0.40m的導體以V＝5.0m/s的速度做垂直切割磁感線的運動。如果B、L、V互相垂直，導體與外電路連成閉合回路，總電阻R＝0.5Ω，求導體中的感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流。解因B、L、V互相垂直，由法拉第電磁感應(yīng)定律E＝BLV＝0.1×0.4×5.0V＝0.2V電路中的感應(yīng)電流為三、檢測反饋1、判斷下列說法，哪些是正確的？（）A、無論什么情況，只要閉合導體回路中有磁通量，回路中就一定產(chǎn)生感應(yīng)電流B、只要穿過閉合導體回路的磁通量發(fā)生變化，回路中就一定產(chǎn)生感應(yīng)電流C、閉合導體回路中的一部分導體在磁場中運動時，回路中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流D、閉合導體回路中的一部分導體在磁場中做切割磁感線的運動時，回路中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流2、把一個銅環(huán)放在勻強磁場中，使環(huán)的平面與磁場的方向垂直，如圖所示。如果使銅環(huán)沿著磁場的方向移動，銅環(huán)中是否產(chǎn)生感應(yīng)電流？為什么？若磁場是不均勻的，能否產(chǎn)生感應(yīng)電流？為什么？3、下面是閉合線圈的一部分導體在磁場中的運動情況，試判斷感應(yīng)電流的方向。4、在地球赤道附近由東向西移動一根豎直導線，導線里有沒有感應(yīng)電動勢？如果有，哪一端的電勢高？應(yīng)用層次（B層次）一、學習目標（在A層次的基礎(chǔ)上增加）1、了解常見的使磁通量發(fā)生改變的幾種方法二、學習過程：任務(wù)1：常見的使磁通量發(fā)生改變的幾種方法前面我們講過：“不論用什么方法，只要穿過閉合導體回路的磁通量發(fā)生變化，回路中就有感應(yīng)電流產(chǎn)生?！蹦敲淳烤褂心膸追N常見的改變磁通量的方法呢？1、線圈面積不變，改變磁場右圖的兩個實驗，實際上都是采用這種方法實現(xiàn)穿過線圈的磁通量發(fā)生變化的。2、磁場不變，改變面積3、面積和磁場都不變，改變兩者之間的角度4、進入或退出磁場5、在非勻強磁場中平移三、檢測反饋1、關(guān)于產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件，以下說法中正確的是[]A．閉合電路在磁場中運動，閉合電路中就一定會有感應(yīng)電流B．閉合電路在磁場中作切割磁感線運動，閉合電路中一定會有感應(yīng)電流C．穿過閉合電路的磁通為零的瞬間，閉合電路中一定不會產(chǎn)生感應(yīng)電流D．無論用什么方法，只要穿過閉合電路的磁感線條數(shù)發(fā)生了變化，閉合電路中一定會有感應(yīng)電流拓展層次（C層次）一、學習目標（在A、B兩層次的基礎(chǔ)上增加）1、了解楞次定律及其簡單應(yīng)用二、學習過程：任務(wù)1：楞次定律右手定則只能判斷導線切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流的方向，但對于課本上P135的演示實驗一和演示實驗二所產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向就無法判斷。因此我們有必要來共同認識另一種判斷感應(yīng)電流方向的方法——楞次定律。下面我們來對課本上P135的演示實驗一進行分步研究。1、如圖1所示，當條形磁鐵的N極向下插入時，（1）磁鐵在線圈位置產(chǎn)生的磁場（原磁場）方向為向下的。（2）磁鐵插入時，穿過線圈的磁通量是變大的。（3）實驗證明產(chǎn)生感應(yīng)電流的方向如圖所示。（4）根據(jù)安培定則（右手螺旋定則），線圈感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁場方向豎直向上。分析：插入N極時，磁通量變_____，感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁場方向與原磁場方向_________。仿照1對圖2、3、4進行分析。2、如圖2所示，當條形磁鐵的N極向下從線圈中拔出時，（1）磁鐵在線圈位置產(chǎn)生的磁場（原磁場）方向為___________的。（2）磁鐵拔出時，穿過線圈的磁通量是變________的。（3）實驗證明產(chǎn)生感應(yīng)電流的方向如圖2所示。（4）根據(jù)安培定則（右手螺旋定則），線圈感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁場方向是____________。分析：拔出N極時，磁通量變_____，感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁場方向與原磁場方向_________。3、如圖3所示，當條形磁鐵的S極向下插入時，（1）磁鐵在線圈位置產(chǎn)生的磁場（原磁場）方向為向上（指向S極）（2）磁鐵插入時，穿過線圈的磁通量是變________的。（3）實驗證明產(chǎn)生感應(yīng)電流的方向如圖3所示。（4）根據(jù)安培定則（右手螺旋定則），線圈感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁場方向是____________。分析：插入S極時，磁通量變_____，感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁場方向與原磁場方向_________。4、如圖4所示，當條形磁鐵的S極向下從線圈中拔出時，（1）磁鐵在線圈位置產(chǎn)生的磁場（原磁場）方向為___________的。（2）磁鐵拔出時，穿過線圈的磁通量是變________的。（3）實驗證明產(chǎn)生感應(yīng)電流的方向如圖4所示。（4）根據(jù)安培定則（右手螺旋定則），線圈感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁場方向是____________。分析：拔出S極時，磁通量變_____，感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁場方向與原磁場方向_________。結(jié)論：當穿過線圈的磁通量變大時，產(chǎn)生感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場方向相反；當穿過線圈的磁通量變小時，產(chǎn)生感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場方向相同。概括起來就是楞次定律：閉合回路中感應(yīng)電流的磁場總是要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。定律的理解：當磁通量變大的時候，為了阻止它變大，產(chǎn)生的感應(yīng)電流的磁場與原磁場方向相反，這樣就能在一定程度上阻礙磁通量變大的進程；當磁通量變小的時候，為了阻止它變小，產(chǎn)生的感應(yīng)電流的磁場與原磁場方向相同，這樣就能在一定程度上阻礙磁通量變小的進程。例題：如圖所示，求閉合電路中的感應(yīng)電流的方向。第一步：確定原磁場的方向本題的原磁場方向是由下向上（S極周圍的磁場是指向S極）第二步：判斷磁通量是增大還是減小本題因為是拔出，使磁極遠離線圈，所以磁通量是減小的第三步：根據(jù)楞次定律，確定感就電流的磁場方向因為磁通量減小，所以感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場方向相同。即由下向上。第四步：利用安培定則，判斷感應(yīng)電流的方向（略）三、檢測反饋1、閉合銅環(huán)與閉合金屬框相接觸放在勻強磁場中，如圖9所示，當銅環(huán)向右移動時(金屬框不動)，下列說法中正確的是[]A．銅環(huán)內(nèi)沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生，因為磁通量沒有發(fā)生變化B．金屬框內(nèi)沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生，因為磁通量沒有發(fā)生變化C．金屬框ab邊中有感應(yīng)電流，因為回路abfgea中磁通量增加了D．銅環(huán)的半圓egf中有感應(yīng)電流