评课电磁感应

一）介绍学史，引入新课1820年奥斯特发现电流磁效应利用图片帮助学生回忆实验过程，明确实验装置和实验现象，总结实验的意义。它（该实验）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。”磁能生电吗？法拉第于1821年提出“由磁产生电”的大胆设想，并开始了十年艰苦的探索。在这十年中，他失败了，再探索，再失败，再探索....终于于1831年取得了成功！在初中，我们曾经学过电磁感应现象：闭合电路的部分导体，在磁场中做切割磁感线的运动时，电路中就产生了感应电流，产生感应电流的现象被称为电磁感应现象。那大家是否知道法拉第发现这个过程为什么如此艰难？电磁感应产生的条件是什么？遵循什么规律？这正是本章学习的主要内容。我们可以采取什么研究方法？需要什么器材？师：如何利用实验验证，需要哪些器材检验电流的存在？生：要用到磁铁、电流表、导线。【教师演示实验】实验装置如图1所示。教师先出示一根小的条形磁铁，一个螺线管，一个电流表。将条形磁铁插入螺线管之后，连通电流表。发现电流表指针不动。生：磁铁的磁性不强。师操作：断开电路，换一根磁性强的磁铁，再接通电路，仍无现象！师：历史上很多科学家最初的思路和大家一样。人们无论怎么增加磁铁的磁性，提高电流表的灵敏度，都无法产生电流！原因是大家已经习惯了静态的思维方式，介绍科拉顿的小故事，当一种思维走入死胡同时，应该换一个角度思考问题，应当另辟奚径。设计目的：本节课的核心问题是如何由磁生电，学生探究的难点正是历史上科学家们遇到的难点，即：要从以往静态的思维方式（奥斯特实验中通电导线是不动的，电生磁是个瞬时过程）转变为动态的思维方式（磁通量变化或切割磁感线的过程）。教学中许多学生都认为只要有一个磁铁，它的周围就能产生电流，因此我调整了教材中的第二个实验，设计了这样一个环节。即激发学生的探究兴趣，又有助于学生体会思想对人的禁锢和科学家们追求思想解放的过程，提高学科思想方法，抒发对科学家的敬仰。（二）实验回顾，绘图建模初中我们做的闭合电路中的一部分导体切割磁感线产生感应电流的实验中，“切割”正是一个动态的过程。现在我这里有线框、电流计、导线、条形磁铁、蹄形磁铁等器材，哪位同学可以演示一下我们初中时是如何利用磁来生电的？【学生演示实验】选一名学生上讲台演示。学生选择、组装仪器装置，如图2所示。注意：要求学生边演示边陈述操作步骤，明确说出产生感应电流的条件。教师追问学生：①你做的这个实验中，哪是闭合电路？②该闭合电路在静止时为什么没有电流？（没有电源）③哪部分导体在做切割磁感线运动？全体学生在教师带领下将t1、t2时刻的电路结构草图和磁场分布情况绘制在笔记本上。过渡：电磁感应现象是“磁生电”的过程，但是，部分导体切割磁感线运动是产生感应电流的普遍条件吗？也就是说，在没有任何导体切割磁感线运动的情况下，是否也有可能产生感应电流？下面我们研究这个问题。设计目的：（1）通过一名学生对教材中实验1的操作，一方面使学生回忆起初中所学相关知识，另一方面使处在“操作兴趣”阶段的学生产生持续注意。（2）通过追问及画图过程，使学生明确这类问题的研究对象和建模方法，在画图过程中突出研究对象一一闭合电路和穿过电路的磁场，教给学生如何进行状态分析和过程分析。（三）实验探究，记录现象明确研究问题我们需要在不同的电路或装置中研究切割磁感线运动是否是产生感应电流的普遍条件。明确研究方法要证明“部分导体切割磁感线运动是产生感应电流的普遍条件”用做实验来“证实”的方法是不行的，即使做了一千次、一万次实验，凡切割磁感线运动的都产生了感应电流，也不能说明它就是普遍适用的结论，但用实验的方法“证伪”则是可行的，即只要有一次在没有导线切割磁感线运动的情况下产生了感应电流，就说明它不是普遍适用的结论。明确研究对象不管装置如何变化，研究对象是不能变的，装置中要有：闭合电路：由导线、电表、电阻构成，刚才的电阻是导体棒，我们还可以给大家提供线圈，与导线、电表构成闭合电路（教师出示原线圈）；磁场：提供磁场的装置可以用蹄形磁体，也可以用条形磁体、通电导线等产生磁场。（教师出示副线圈和铁芯，明确用它可以和电源、开关、滑动变阻器构成直流电路，产生磁场）学生分工研究产生感应电流的条件教材中提供了相同的闭合电路和产生磁场的不同装置，图3中是条形磁铁，图4中是电磁铁（教师将实验装置图投影给学生）。将学生分为两大组，通过插拔条形磁铁、电磁铁、电磁铁铁芯、通断开关、改变滑动变阻器阻值等方式进行实验探究。并完成如下几个内容：观察是否有感应电流产生？如何操作能产生感应电流？绘制剖面图，明确t1、t2时刻的电路和磁场分布情况。得出研究结论。分组实验学生分组完成实验，对猜想进行实验验证，做完后尝试不同的方法。教师巡视过程中注意发现新问题。设计目的：经验表明当课题探究时间较充裕时，学生中总会出现有创意的想法、操作与结果，这些创造思维的火花就是教师引导学生进行科学探究的开始，也是学生体验创造乐趣之处。因此，此处要给学生较充裕的时间，引导学生控制实验条件、观察现象变化、与同学之间合作交流，最后归纳、概括出实验结果。（四）学生汇报，得出初步结论学生边演示边汇报：按照采用的装置、是否产生了感应电流、如何操作能产生感应电流以及研究结论等环节汇报，教师对学生研究过程及成果进行评价。使用条形磁铁完成图3实验的小组的汇报过程磁铁相对线圈向下运动的过程中，相当于线圈那部分电路向上运动，切割了磁感线产生感应电流，因此可以说切割磁感线运动是产生感应电流的普遍条件。教师指导下学生画出此实验过程的示意图，并鼓励学生提出不同意见。实验引申。有一名学生用蹄形磁铁做实验，发现沿与线圈平面平行的方向横着移动磁铁时没有感应电流产生（如图5所示，以下简称“平行”情况），但没有说出原因。学生讨论得出结论：由于蹄形磁铁产生的磁场与线圈截面平行，相对移动过程中线圈没有切割磁感线，因此从另一侧面说明切割磁感线运动是产生感应电流的普遍条件。使用电磁铁完成图4实验的小组的汇报过程使用电磁铁完成实验的小组，学生提出了不同的观点。生1：当线圈A、B相对静止时，闭合电磁铁电路开关时，电流表有示数，说明有感应电流产生；当断开电磁铁电路开关时，也会产生感应电流，此时线圈并没有切割磁感线运动。生2：当开关一直接通时，没有感应电流。当调节滑动变阻器接入电路的阻值时，线圈B中会产生感应电流。生3：当开关一直接通时，拔出线圈A中的铁芯，线圈B中会产生感应电流。归纳：以上三种方法均没有导线切割磁感线，而是靠改变电流大小（或改变线圈中的铁芯），从而引起线圈B中的磁场强弱发生变化，产生了感应电流，所以说切割磁感线运动不是产生感应电流的普遍条件。师：在我们完成的三个实验中产生感应电流的条件都是什么呢？其共性是？教师引导学生注意副板书中的剖面图，学生讨论，得出结论：不论用什么方法，只要穿过闭合电路的磁感线条数发生变化，闭合电路中就有电流产生。注意事项：教师要将学生说的都演示一遍，以便没有完成相关实验的小组进行观察研究。并且边演示边将实验的初末状态画在副板书处，完成的副板书如右图。设计说明：通过学生汇报使其内化电磁感应现象的研究对象和研究方法，为磁通量概念的引入做好铺垫。并在感应电流产生条件的探究过程中，培养学生的物理学科素养。（五）磁通量概念物理意义对比三个实验我们会发现，感应电流的产生都与闭合电路中磁场的分布情况有关。为此，我们引进一个新的物理概念描述穿过某一面积的磁感线条数，称之磁通量①。（板书见后）磁通量是对某一面积而言的，而且是“穿过”这个面积的，笼统的讲磁通量是没有意义的。对某一确定的面积而言，与该面积垂直的磁感线越密，磁通量越大。如果磁感线与一个面平行，那么磁感线再密，穿过这个面积的磁通量也是零。定义为了方便，对垂直放置的情况进行定义。（板书见后）设在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一个与磁场方向垂直面积为S的平面。定义穿过面积S的磁通量为磁感应强度B与面积S的乘积。即O=BS适用条件：①匀强磁场；②BLS国际单位：韦伯，简称韦，符号Wb1Wb=1T?1m2磁通量是标量，不遵循矢量的平行四边形定则，不能合成和分解。讨论由磁通量的定义式可知，在磁场中由于所取面积方位的变化，即使对应穿过同一个面的磁通量也是不同的，是个变值：0-BS，当面积与磁场方向平行时磁通量为0；垂直时磁通量最大，为BS。如果面不是这两个特殊位置，如何处理？（①=BSL）。由图6可知，如果平面S与磁感线的夹角为。时，穿过平面S的磁通量与穿过S在垂直于磁感线方向的投影面SL的磁通量是完全相等的。即穿过S面的磁通量①为O=BS±=BSsin0问题讨论：手持一个线框，放在一个条形磁铁N极边上（如图7所示），再把线框换一个面（调换180°），仍放在刚才的位置，穿过线框的磁通量是否变化？我们知道磁感线是有方向的，磁感线的方向即该处磁感应强度的方向，也是磁场的方向；一个面有正面和反面，磁感线是从正面穿进还是从反面穿进？从这个意义上讲，磁通量存在正负。因此如果将a处的线框翻面后放回去，穿过线框的磁通量会变化。过渡：我们建立了描述磁场在空间分布特点的物理量一磁通量后，就可以进一步归纳出感应电流产生的条件了。（六） 产生感应电流的条件磁通量的有无是产生感应电流的条件吗？师：（指副板书图3中）开始时电路中磁通量为0，没有感应电流，后来电路中有了磁通量，是否就产生了感应电流呢？引导学生按如下内容分析：①研究对象：所讨论的电路和穿过电路所围面积的磁通量。②借助剖面图说明，是穿过哪个面积？初状态①1，末状态①2?磁通量的变化是增大还是减小？请四组同学分析实验中磁通量变化△①的问题①完成图2演示实验的学生，分析磁通量增加和减小情况（即切割方向不同）；②完成图3实验的学生，分析插入、拔出和“平行”情况的磁通量变化；电键闭、开组，分闭合和断开情况说明；调节滑动变阻器组，包括电流增大、减小两种情况。学生中还可能出现插拔铁芯的情况，可一并分析。总结感应电流产生的条件通过比较三个实验，学生自行发现“穿过线圈的磁通量变化时有感应电流，磁通量不变时无感应电流”的结论。（板书）只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就有电流产生。应用①针对图5实验提问：实验中为什么没有产生感应电流？生：因为穿过线圈平面的磁通量始终为0，所以没有感应电流。②针对认为“磁场变就会有感应电流”的情况设问：能否说闭合电路所在处的磁场只要发生变化，就一定有感应电流产生呢？师：用原副线圈演示，改变二者的相对位置做演示。先把小线圈放在大线圈的一侧，改变磁场，发现仍能产生感应电流，强调哪儿的磁场变；然后把接电源的小线圈水平放在大线圈的上方演示一遍，改变磁场，发现没有感应电流，可见“磁场变”了，但穿过大线圈平面的磁通量始终为0，所以仍然不会产生感应电流。设计目的：由实验现象总结条件，教给学生分析方法，再通过学生分析探究过程中的创新实验及引申实验，让学生运用方法，加深对磁通量概念的理解，强化“穿过闭合电路的磁通量发生变化”。过渡：我们刚才研究了产生感应电流的条件，知道电磁感应现象就是通过改变闭合电路中的磁通量产生感应电流的，在这个过程中产生了电能，而我们知道自然界中的能量是守恒的，那么产生的这个电能是哪来的？（七） 电磁感应现象中的能量转化和守恒（板书）利用副板书引导学生分析：图2实验中电能是导体运动的动能转化来的，没有导体的运动也就没有电磁感应现象，也就没有电能。图3实验中产生的电能也是由物体运动的动能转化而来的，图4实验中是电源的电能通过小线圈转化为磁场能，在穿过大线圈的磁通量发生变化过程中，转化为大线圈电路中的电能。在转化过程中能量的总量保持不变，因而电磁感应现象同样遵从能量守恒定律。（八） 新课小结电磁感应的发现在历史上有着相当重要的意义，从产业化的角度讲，有了电磁感应，才会有交流发电机，才会有远距离输电，也才会有后面的电气化时代的到来。这节课我们研究了电磁感应现象的条件，在初中所学“闭合电路中的一部分导体切割磁感线产生感应电流”的基础上，我们又建立了磁通量的概念，