高二物理选修32 第四章《电磁感应》教材分析与教学建议.ppt

教材分析与教学建议马伸桥中学宋春岭,高中物理选修3-2第四章电磁感应,1.本章的概述,高中物理电磁学是由电场、电路、磁场、电磁感应和交流电五部分组成。其中电场、电路、磁场等相关知识是进一步认识电磁感应本质的基础，同时，电磁感应知识又是认识交变电流的起点，因此，电磁感应是电磁学中承上启下的一章，是电磁学中的重点、难点也是考试热点。本章教材从电磁感应的现象到电磁感应的规律再到电磁感应的应用，以“磁通量的变化及变化率”为核心线索贯穿始终，结构非常严谨有序。另外，本章教材有一个突出特点，就是以实验事实为基础，让学生首先有感性认识，再通过理论分析总结出规律，从而形成理性认识。,新第四章电磁感应1划时代的发现2探究电磁感应的产生条件3楞次定律4法拉第电磁感应定律5电磁感应规律的应用6互感和自感7涡流电磁阻尼和电磁驱动,原第十六章电磁感应一、电磁感应现象二、法拉第电磁感应定律三、楞次定律-感应电流的方向四、楞次定律的应用五、自感现象六、日光灯原理七、涡流,2、新、旧教材编排结构比较,不变,变化,更改“磁通量”教学时机,明确“自感和互感”概念,增加“划时代的发现”,突出探究式的教学方法,调整教学内容安排顺序,减少楞次定律教学课时,删除“日光灯原理”一节,增添“电磁阻尼和驱动”,互感自感涡流,感生电动势和动生电动势,法拉第电磁感应定律,3、本章的知识结构,电磁感应的产生条件,楞次定律,右手定则,4.教学课时安排,（1）注意比较与类比,5、教学建议,（2）重视实验的作用,5、教学建议,学生实验、演示、课件代替,（4）注意电磁感应的广泛应用,注意电磁感应现象的广泛应用,（一）知识与技能1知道与电流磁效应和电磁感应现象的发现相关的物理史。2知道电磁感应、感应电流的定义。（二）过程与方法领悟科学探究中提出问题、观察实验、分析论证、归纳总结等要素在研究物理问题时的重要性。（三）情感、态度与价值观1领会科学家对自然现象、自然规律的某些猜想在科学发现中的重要性。2以科学家不怕失败、勇敢面对挫折的坚强意志激励自己。教学重点.难点知道与电流磁效应和电磁感应现象的发现相关的物理学史。领悟科学探究的方法和艰难历程。培养不怕失败、勇敢面对挫折的坚强意志。,4.1划时代的发现,1、奥斯特梦圆“电生磁”,18世纪中叶,科学家仍认为电和磁是互不相关的,摩擦生热现象和蒸汽机的出现实现了热运动和机械运动相互转化,1803年,奥斯特指出:运动、热、空气、光、电、磁等，不再是零散的罗列，我们将把整个宇宙纳在一个体系中,年，奥斯特发现电流的磁效应，揭示了电现象和磁现象存在联系,奥斯特发现的电流磁效应，使整个科学界受到了极大的震动，它证实电现象与磁现象是有联系的。法拉第赞扬道：“它突然打开了科学中一个黑暗领域的大门，使其充满光明。”,2、法拉第心系“磁生电”,闪光的思想,漫长而艰苦的探究过程,归纳概括了五种由磁生电的方法,法拉第发现的电磁感应使人们对电和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，为电磁学的发展作出了重大贡献。同时也推动了电气化时代的到来.,1让学生充分自主学习,教学建议,设置学习导纲、课前自学,课上设置问题、学生积极参与（教师避免干涉太多）,2多介绍一些相关科学家的故事，比如科拉顿的实验如何与成功擦肩而过,3多介绍或演示一些实验,教学建议,.,奥斯特实验,教学建议,.,电磁感应现象,教学建议,.,法拉第发电机,（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:学会通过提出问题、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，理解感应电流的产件。教学难点:感应电流的产生条件。,4.2探究电磁感应产生条件,1、提出问题：利用磁场产生电流的现象叫电磁感应，产生的电流叫感应电流。那么产生感应电流需要什么条呢？2、实验观察用运动的磁铁实验用变化的电流实验(电键闭合.断开的瞬间;变阻器滑片移动.)3、分析论证：（1）演示实验，产生电磁感应的条件与磁场的强弱，即磁感应强度的情况有关。（2）初中的实验，产生电磁感应的条件与回路的面积有关。（3）可以考虑用磁通量这个物理来描述产生电磁感应的条件4、归纳结论：只要使闭合电路的磁通量发生变化，闭合电流中就会有感应电流产生。,1建议课前复习有关磁通量的一些知识,教学建议,2做好实验,3引导学生做好实验分析,4设置好课堂练习及时反馈,教学建议,跳绳与电磁感应,（一）知识与技能1掌握楞次定律的内容。2培养观察实验的能力以及对实验现象分析、归纳、总结的能力。3能够熟练应用楞次定律判断感应电流的方向4掌握右手定则，并理解右手定则实际上为楞次定律的一种具体表现形式。（二）过程与方法1通过实践活动，观察得到的实验现象，再通过分析论证，归纳总结得出结论。2通过应用楞次定律判断感应电流的方向，培养学生应用物理规律解决实际问题的能力。（三）情感、态度与价值观：在本节课的学习中，同学们直接参与物理规律的发现过程，体验了一次自然规律发现过程中的乐趣和美的享受，并在头脑中进一步强化“实践是检验真理的唯一标准”这一辩证唯物主义观点。,4.3楞次定律,教学重点1楞次定律的探究过程及理解。2应用楞次定律判断感应电流的方向。3利用右手定则判断导体切割磁感线时感应电流的方向。教学难点：楞次定律的理解及实际应用。,教学建议,“楞次定律”是一节含有典型实验探究性的教学内容。是本章的重点也是难点.如何处理好这一节的教学建议如下.,教学建议,一、创设情景，质疑搭桥,教学建议,一、创设情景，质疑搭桥,二、确定问题、实验探究,用试触的方法确定电流方向与电流计指针偏转方向的关系,教学建议,二、确定问题、实验探究,做实验并填好附表,教学建议,一、创设情景，质疑搭桥,二、确定问题、实验探究,三、互动交流、突破难点,楞次定律其内容：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。,引导学生通过对表格分析思考讨论归纳出“增反减同”的规律,进一步引导学生思考讨论感应电流磁场对磁通量变化所起的作用,教学建议,一、创设情景，质疑搭桥,二、确定课题、分组探究,三、互动交流、突破难点,四、拓展延伸，深化理解,思考与讨论:从能量守恒的角度认识楞次定律,在下面四个图中标出线圈上的n、s极,n,s,n,n,n,s,s,s,移近时,斥力,阻碍相互靠近,移去时,引力,阻碍相互远离,感应电流的效果总是阻碍导体和引起感应电流的磁体间的相对运动.(原因）,楞次定律表述二：,总结：正是因为这种“来拒去留”，使得发生电磁感应的该系统需要克服安培力做功，实现了其它形式的能向电能的转变,教学建议,1、楞次定律的内容：,从磁通量变化的角度看：,感应电流总要阻碍磁通量的变化,从导体和磁体的相对运动的角度看：,感应电流总要阻碍相对运动,课堂小结：,2、楞次定律中的因果关系：,3、楞次定律中“阻碍”的含意：,不是阻止；可理解为“增反、减同”，,“结果”反抗“原因”,教学建议,巩固训练:教材例题.总结应用楞次定律判断感应电流方向的基本步骤：（1）明确研究对象。（2）明确穿过闭合电路原磁场的方向,明确穿过闭合电路的磁通量的变化。（3）根据楞次定律确定感应电流的磁场方向。（4）利用安培定则确定感应电流的方向。,教学建议,二右手定则：思考与讨论注意引导学生由楞次定律过渡到右手定则，并用该定则熟练地判断导体棒切割磁感线时产生的感应电流的方向,注意:楞次定律与右手定则的比较,教学建议,（一）知识与技能1知道什么叫感应电动势。2知道磁通量的变化率是表示磁通量变化快慢的物理量，并能区别、/t。3理解法拉第电磁感应定律内容、数学表达式。4知道e=blvsin如何推得。5会用和e=blvsin解决问题。6.了解反电动势的概念（二）过程与方法通过推导到线切割磁感线时的感应电动势公式e=blv，掌握运用理论知识探究问题的方法。（三）情感、态度与价值观1从不同物理现象中抽象出个性与共性问题，培养学生对不同事物进行分析，找出共性与个性的辩证唯物主义思想。2了解法拉第探索科学的方法，学习他的执著的科学探究精神。教学重点:法拉第电磁感应定律。教学难点:1.区别、/t。区别平均电动势与瞬时电动势。3.反电动势,4.4法拉第电磁感应定律,1、在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势。产生感应电动势的那部分导体就相当于电源。,一、感应电动势,、磁通量的变化率表示磁通量的变化快慢,感应电动势与什么因素有关？,1、内容：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量变化率/t成正比,二、法拉第电磁感应定律：,若有n匝线圈，则相当于有n个电源串联，总电动势为：,注意：公式中应取绝对值，不涉及正负，感应电流的方向另行判断。,三、导体作切割磁感线运动,理论探究：如图所示闭合线圈一部分导体ab处于匀强磁场中，磁感应强度是b，ab以速度v匀速切割磁感线，求产生的感应电动势,回路在时间t内增大的面积为：,s=lvt,产生的感应电动势为：,穿过回路的磁通量的变化为：,=bs,=blvt,若导体斜切磁感线,（为v与b夹角）,（若导线运动方向与导线本身垂直，但跟磁感强度方向有夹角）,说明：,、注意导线的长度l和速度v有效值的确定,、导线运动方向和磁感线平行时，e=0,、速度v为平均值（瞬时值），e就为平均值（瞬时值）,4.速度v是导体棒相对于磁场的速度,1、电动机转动时产生的感应电动势削弱了电源的电流，这个电动势称为反电动势。反电动势的作用是阻碍线圈的转动。这样，要维持线圈原来的转动就必须向其提供电能，电能转化为其它形式的能。2、电动机停止转动，这时就没有了反电动势，线圈电阻一般都很小，线圈中电流会很大，电动机可能会烧毁。这时，应立即切断电源，进行检查。,四、反电动势,反电动势在电路中相当于与原电源“反串”，即反电动势的方向与电路电流的方向相反,1感应电动势部分的教学可通过与电路进行类比的方法进行教学，通过类比使学生判断电磁感应中哪部分相当于电路中的电源，提出感应电动势的概念。,教学建议,2可以通过实验探究感应电动势的大小和什么因素有关，增强学生的感性认识。,3要区分磁通量、磁通量的变化、磁通量的变化率可以类比速度、速度的变化和速度的变化率。,教学建议,4建议以例题的形式引导学生理论探究导体作切割磁感线运动时的感应电动势，并进一步研究速度和磁场方向不垂直的情况。并建议补充下面两种情况：,对于转动切割的情况建议在习题课中加以补充。,说明：求出的是整个回路的感应电动势，而不是回路中某部分导体的电动势。回路中感应电动势为零时，但是回路中某段导体的感应电动势不一定为零。如右图。,教学建议,专题一：法拉第电磁感应定律的简单应用,内容设置：对规律与公式的理解对规律与公式的运用简单的电磁感应与电路的问题,教学建议,（一）知识与技能1知道感生电场，会用楞次定律判断感生电场的方向。2知道感生电动势和动生电动势及其区别与联系。（二）过程与方法：通过同学们之间的讨论、研究增强对两种电动势的认知深度，同时提高学习物理的兴趣。（三）情感、态度与价值观：通过对相应物理学史的了解，培养热爱科学、尊重知识的良好品德。教学重点：感生电动势与动生电动势的概念。教学难点：对感生电动势与动生电动势实质的理解。,4.5感生电动势和动生电动势,磁场变强,问题的引入:一个闭合电路静止于磁场中,由于磁场强弱的变化,闭合电路内产生了感应电动势.这种情况下,哪一种作用扮演了非静电力的角色?,一、感生电场与感生电动势,1、变化的的磁场能在周围空间激发电场,这种电场叫感生电场2、由感生电场产生的感应电动势称为感生电动势.,3、感生电动势在电路中的作用就是电源,其电路就是内电路,当它与外电路连接后就会对外电路供电.,4、感生电场是产生感生电流或感生电动势的原因，感生电场对电荷的作用力提供非静电力,、感生电场的方向同样可由楞次定律判断.,导体切割磁感线时也会产生感生电动势,该电动势产生的机理是什么?导体切割磁感线产生的感应电动势的大小与哪些因素有关?它是如何将其它形式的能转化为电能的?,二、洛伦兹力与动生电动势,一段导线在做切割磁感应线的运动时相当于电源，这时的非静电力与洛伦兹力有关。由于导体运动而产生的感应电动势称为动生电动势。,小结,1、感应电场：由变化的磁场激发的电场,2、感生电动势：由感生电场产生的感应电动势称为感生电动势.感生电场对电荷的作用力提供非静电力,3、动生电动势:由于导体运动而产生的感应电动势.其非静电力与洛伦兹力有关。（非静电力为洛伦兹力沿导体棒方向的分力）,、端电压,，c端电势高。,1本节目的是让学生进一步了解电磁感应现象的本质，较为抽象,对学生要求不宜太高。2.非静电力和电动势的问题对学生来说比较难于理解,教学时应复习电路中的相关内容,并做好类比.3、在处理感生电动势部分时把感生电场与静电场可做适当比较.比较感生电场和静电场(1)产生原因不同:静电场由静电荷产生感生电场由变化磁场产生(2)电场线的分布不同:静电场电场线起于正电荷终止于负电荷,不可能闭合.变化磁场产生的涡旋电场,其电场线没有起点,终点,是闭合的.(3)电场力做功情况不同:静电场中电场力做功和路径无关,只和移动电荷初末位置的电势差有关.涡旋电场中移动电荷时,电场力做功和路径有关,因此不能引用“电势”,“电势能”等概念.4在处理动生电动势部分时,根据情况对洛伦兹力可做进一步讨论.,教学建议,（一）知识与技能1知道什么是互感现象和自感现象。2知道自感系数是表示线圈本身特征的物理量，知道它的单位及其大小的决定因素。3知道自感现象的利与弊及对它们的利用和防止。4能够通过电磁感应部分知识分析通电、断电自感现象的原因及磁场的能量转化问题。（二）过程与方法1通过对两个自感实验的观察和讨论，培养学生的观察能力和分析推理能力。2通过自感现象的利弊学习，培养学生客观全面认识问题的能力。（三）情感、态度与价值观:自感是电磁感应现象的特例，使学生初步形成特殊现象中有它的普遍规律，而普遍规律中包含了特殊现象的辩证唯物主义观点教学重点1自感现象。2自感系数。教学难点:分析自感现象。,4.6互感和自感,一、互感现象,1、两个没有用导线直接相连的线圈，当一个线圈中电流变化，在另一个线圈中产生感应电动势的现象，称为互感。互感现象中产生的感应电动势，称为互感电动势。2、互感现象不仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间,且可发生于任何两个相互靠近的电路之间.,3、利用互感现象，可以把能量从一个线圈传递到另一个线圈。因此，互感现象在电工技术和电子技术中有广泛的应用。,演示实验1,a1、a2是规格完全一样的灯泡。闭合电键s，调节变阻器r，使a1、a2亮度相同，再调节r1，使两灯正常发光，然后断开开关s。重新闭合s，观察到什么现象？,灯泡a2立刻正常发光，跟线圈l串联的灯泡a1逐渐亮起来。,电路接通时，电流由零开始增加，穿过线圈l的磁通量逐渐增加，l中产生的感应电动势的方向与原来的电流方向相反，阻碍l中电流增加，即推迟了电流达到正常值的时间。,现象：,分析：,演示实验2,接通电路，待灯泡a正常发光。然后断开电路，观察到什么现象？,s断开时，a灯逐渐变暗至熄灭。,现象：,电路断开时，电流开始减小，穿过线圈l的磁通量逐渐减少，l中产生的感应电动势的方向与原来的电流方向相同，阻碍l中电流减小，即推迟了电流减到零的时间。,分析：,思考:s断开时，a灯的电流方向如何?怎样使a灯闪亮一下再熄灭?,二、自感现象,1、由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象，叫自感现象。2、自感现象中产生的电动势叫自感电动势。3、自感电动势的作用：阻碍导体中原来的电流变化。注意：“阻碍”不是“阻止”，只是变化变慢了，即起延迟电流变化的作用。,三、自感系数,1、自感电动势的大小：与电流的变化率成正比,2、自感系数l简称自感或电感,（1）决定线圈自感系数的因素：,（2）自感系数的单位：亨利，简称亨，符号是h。常用单位：毫亨（mh）微亨（h）,实验表明，线圈越大，越粗，匝数越多，自感系数越大。另外，带有铁芯的线圈的自感系数比没有铁芯时大得多。,3.自感系数决定于线圈电的“惯性”大小.,四、磁场的能量,问题：在断电自感的实验中，为什么开关断开后，灯泡的发光会持续一段时间？甚至会比原来更亮？试从能量的角度加以讨论。,开关闭合时线圈中有电流，电流产生磁场，能量储存在磁场中，开关断开时，线圈作用相当于电源，把磁场中的能量转化成电能。电流越大,磁场越强,磁场能越大.,教学建议,。,1互感现象是一种常见的电磁感应现象，在电力工程、电子技术、自动控制中重要应用，因此，教材简单介绍了互感现象。,可以演示变压器的应用。,教学建议,。,2教材对自感现象的要求比较高，内容涉及到自感对电路电流的影响，自感系数，自感电动势等也有要求,演示自感实验,方案一：,教学建议,。,2教材对自感现象的要求比较高，内容涉及到自感对电路电流的影响，自感系数，自感电动势等也有要求,分析实验电路,方案二：,教学建议,。,注意讲清：（）导体自身电流的变化引起磁通量的变化，是生产自感现象的原因（）自感电动势的作用是阻碍电流的变化，使得线圈在电路中的电流不能“突变”（）推倒自感电动势公式过程要清楚，但不要求用公式来定量计算（）自感系数的物理意义决定因素和单位（）为加强学生对磁场的认识，教材简单介绍了磁场具有能量，教学中应该通过事例让学生明白磁场是具有能量的，例如电视信号的传输无线电通信等,（一）知识与技能1知道涡流是如何产生的。2知道涡流对我们有不利和有利的两