人教版物理（中职）类 5.5《电磁感应》 导学案（无答案）

第5节《电磁感应》课前自主学习任务单基础层次（A层次）一、学习目标1、了解电磁感应现象及感应电流产生的条件。2、理解右手定则，能用右手定则判断闭合回路的一部分导体切割磁感线时感应电流的方向。3、理解法拉第电磁感应定律，并能利用定律进行简单的计算。二、学习过程：任务1：电磁感应现象1、导线切割磁感线运动。初中我们曾经讲过导线切割磁感线运动的实验线路中怎样才能产生感应电流？闭合导体回路的________导体在磁场中做___________运动时，导体中就会产生___________。这种现象叫做______________现象，其中产生的电流叫______________。我们来找出这句话中的几个关键词（即产生感应电流的条件）（1）是闭合导体回路：线圈必须闭合，如果不闭合就不能形成回路，是不可能产生电流的。（2）是回路的一部分导体在磁场中：如果回路的全部导体在磁场中末必能产生感应电流。比如：图1，整个回路都在匀强磁场中，水平向右运动，不但AB边切割磁感线，CD也切割磁感应线，各自产生的电流大小相等，方向相反，故整个电路中没有电流产生。因此，初中时，我们要强调“闭合回路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动”，如图2，只有AB边切割磁感线，且产生感应电流，故整个回路中一定有感应电流。（3）一定要做切割磁感线运动AB左右运动、上下运动或静止不动，都不切割磁感线，故都不产生感应电流。只有做垂直于纸面的前后运动，才能产生感应电流。按照初中的这个说法，“导线切割磁感线”是产生感应电流的必要条件，不做切割磁感线运动，就不能产生感应电流。事实是不是这样呢？让我们用实验说话。2、闭合线圈与磁铁之间的相对运动方法：1、将条形磁铁插入线圈2、将条形磁铁从线圈中拔出3、磁铁放在线圈内不动现象：1、2有电流产生，3没有电流产生分析：导线并没有切割磁感线，但产生了感应电流。3、闭合线圈与载有变化电流的线圈方法：线圈A（中间的小线圈）跟电键和电源连接起来，线圈B（外面的大线圈）跟电流计相连。把A插入到B中。现象：关闭和打开电键的瞬间，B中有电流产生；而当A中正常通电时，B中却没有电流产生。分析：如果说，上一个实验中，磁铁插入线圈时，线圈和磁铁有相对运动，导线还有切割磁感线的嫌疑的话，那么，刚才实个实验，根本没有运动，更不存在切割磁感线的问题，为什么B中又会产生感应电流呢？▲看来，把切割磁感线作为产生感应电流的必要条件是不正确的，最起码说是不全面的。那么究竟什么才是产生感应电流的真正条件呢？下面我们继续讨论。任务2：产生感应电流的条件科学家经过不断地探索和分析，终于找到了产生感应电流的真正条件不论用什么方法，只要穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，回路中就有感应电流产生。下面我们将刚才讨论的几种情形再来分析一下。1、导线切割磁感线运动的情形图1是将整个线圈放在磁场中做切割磁感线的情形。线圈面积S不变，因为是匀强磁场，所以B不变，且线圈平面始终跟磁场垂直，所以运动过程中，φ＝BS不变，故不产生感应电流。图2是将闭合回路的一部分导体放在磁场中做切割磁感线的情形。很明显，当线圈向右运动时，穿过线圈的磁感线条数变少，即磁通量变小；如果向左动动时，穿过线圈的磁感线条数变多，即磁通量变大。故有感应电流产生。如果在图2中，线圈静止不动、前后运动、上下运动，导线不切割磁感线，穿过线圈的磁感线条数不变，故不产生感应电流。▲故只有闭合线圈的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中才会产生感应电流。2、闭合线圈与磁铁之间的相对运动的情形（结合实验）我们大家都知道，线圈越靠近磁极处，磁场越强，即B越大。而线圈的面积S保持不变。因此，插入时，磁通量变大，有感应电流产生；拔出时，磁通量变小，也有感应电流产生。而将磁铁放在线圈上不动，B和S都不变，故磁通量保持不变，所以不产生感应电流。3、闭合线圈与载有变化电流的线圈的情形合上电键的瞬间，A中的电流渐大，周围产生的磁场渐强，所以穿过B线圈的磁通量增加，故B中会产生感应电流；断开电键的瞬间，A中的电流渐小，周围产生的磁场渐减，所以穿过B线圈的磁通量减小，故B中有感应电流产生；当电流稳定时，电流不变，磁场不变，B中的磁通量也不变，故B中没有感应电流产生。任务3：右手定则既然闭合线路的一部分导体切割磁感线能产生感应电流，那么电流的方向如何呢？我们可以通过右手定则来判断。伸出右手，使大拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在一个平面内，把右手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，大拇指指向导体运动的方向。那么，其余四指的指向就是感应电流的方向。例如：1、如图所示，磁感线是由N极指向S极的，即竖直向下的，因此手心应向上（这样磁感线才能“穿入”手心）。导线的运动方向是由纸里指向纸外的，因此，大拇指应向外。这样四指就是向右的，表示感应电流的方向为由左向右。2、如图所示，磁感线是由纸外指向纸里的，所以手心应向外（这样磁感线才能穿入手心）。导线的运动方向是向右的，因此大拇指应指向右。这样四指必然向上，表示感应电流的方向向上。任务4：法拉第电磁感应定律（一）感应电动势1、概念：电磁感应现象中产生电流，必然先产生了电动势。（因为没有电动势就没有电流）我们把电磁感应现象中产生的电动势，叫做感应电动势。2、感应电流的大小与感应电动势的关系产生感应电动势的那部分导线或线圈，相当于电源。根据全电路的欧姆定律，我们可以知道：感应电流的强弱由感应电动势E和闭合电路的总电阻决定的，即在线圈总电阻不变的情况下，I越大，表示电动势越大。3、感应电动势与线路是否闭合无关前面我们讲过，一个电源，当不接外电路时，就没有电流，当电源接外电路时，就有电流。但不管什么情况，电源的电动势总是客观存在的。▲同样地，在电磁感应现象中（1）闭合时，磁通量变化，产生感应电动势，形成电流（2）断开时，只要磁通量发生变化，照样产生感应电动势，只不过是不能形成电流。（二）法拉第电磁感应定律将P135的实验一，以不同的插入和拔出速度再做几遍，我们会发现：速度快——指针偏转角度大——电流大——表明产生的电动势大速度慢——指针偏转角度小——电流小——表明产生的电动势小我们大家都知道，在磁铁的插入过程中，磁通量的变化是不变的插得快，说明磁通量变化快，插得慢，说明磁通量变化慢。▲我们把磁通量的变化量△φ与发生这此变化量所用时间的比值，叫做磁通量的变化率。（注意比较φ、△φ、三个物理量）显然，磁通量的变化率越大，电流越大，表示电动势越大。法拉第经过大量的实验归纳得出：导体回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。这就是法拉第电磁感应定律。1、单匝线圈的感应电动势2、多匝线圈的感应电动势相当于几个单匝线圈的串联，即总电动势是单匝的几倍。即3、导线切割磁感线时，产生的感应电动势。设磁感应强度为B，ab的长度为L向右运动的还度为V，则△S＝V△tL所以△φ＝B△S＝BV△tL所以表明：导线在做切割磁感线的运动时，产生的感应电动势的大小，等于磁感应强度B，导线长度L，运动速度V三者的乘积。注意：1、B、L、V三者必须垂直2、当速度V为瞬时值时，E为瞬时感应电动势；当速度V为平均值时，E为感应电动势。例题：例1、P137例题例2、在B＝0.10T的匀强磁场中，一根长为L＝0.40m的导体以V＝5.0m/s的速度做垂直切割磁感线的运动。如果B、L、V互相垂直，导体与外电路连成闭合回路，总电阻R＝0.5Ω，求导体中的感应电动势和感应电流。解因B、L、V互相垂直，由法拉第电磁感应定律E＝BLV＝0.1×0.4×5.0V＝0.2V电路中的感应电流为三、检测反馈1、判断下列说法，哪些是正确的？（）A、无论什么情况，只要闭合导体回路中有磁通量，回路中就一定产生感应电流B、只要穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，回路中就一定产生感应电流C、闭合导体回路中的一部分导体在磁场中运动时，回路中就会产生感应电流D、闭合导体回路中的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动时，回路中就会产生感应电流2、把一个铜环放在匀强磁场中，使环的平面与磁场的方向垂直，如图所示。如果使铜环沿着磁场的方向移动，铜环中是否产生感应电流？为什么？若磁场是不均匀的，能否产生感应电流？为什么？3、下面是闭合线圈的一部分导体在磁场中的运动情况，试判断感应电流的方向。4、在地球赤道附近由东向西移动一根竖直导线，导线里有没有感应电动势？如果有，哪一端的电势高？应用层次（B层次）一、学习目标（在A层次的基础上增加）1、了解常见的使磁通量发生改变的几种方法二、学习过程：任务1：常见的使磁通量发生改变的几种方法前面我们讲过：“不论用什么方法，只要穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，回路中就有感应电流产生。”那么究竟有哪几种常见的改变磁通量的方法呢？1、线圈面积不变，改变磁场右图的两个实验，实际上都是采用这种方法实现穿过线圈的磁通量发生变化的。2、磁场不变，改变面积3、面积和磁场都不变，改变两者之间的角度4、进入或退出磁场5、在非匀强磁场中平移三、检测反馈1、关于产生感应电流的条件，以下说法中正确的是[]A．闭合电路在磁场中运动，闭合电路中就一定会有感应电流B．闭合电路在磁场中作切割磁感线运动，闭合电路中一定会有感应电流C．穿过闭合电路的磁通为零的瞬间，闭合电路中一定不会产生感应电流D．无论用什么方法，只要穿过闭合电路的磁感线条数发生了变化，闭合电路中一定会有感应电流拓展层次（C层次）一、学习目标（在A、B两层次的基础上增加）1、了解楞次定律及其简单应用二、学习过程：任务1：楞次定律右手定则只能判断导线切割磁感线产生感应电流的方向，但对于课本上P135的演示实验一和演示实验二所产生的感应电流的方向就无法判断。因此我们有必要来共同认识另一种判断感应电流方向的方法——楞次定律。下面我们来对课本上P135的演示实验一进行分步研究。1、如图1所示，当条形磁铁的N极向下插入时，（1）磁铁在线圈位置产生的磁场（原磁场）方向为向下的。（2）磁铁插入时，穿过线圈的磁通量是变大的。（3）实验证明产生感应电流的方向如图所示。（4）根据安培定则（右手螺旋定则），线圈感应电流所产生的磁场方向竖直向上。分析：插入N极时，磁通量变_____，感应电流所产生的磁场方向与原磁场方向_________。仿照1对图2、3、4进行分析。2、如图2所示，当条形磁铁的N极向下从线圈中拔出时，（1）磁铁在线圈位置产生的磁场（原磁场）方向为___________的。（2）磁铁拔出时，穿过线圈的磁通量是变________的。（3）实验证明产生感应电流的方向如图2所示。（4）根据安培定则（右手螺旋定则），线圈感应电流所产生的磁场方向是____________。分析：拔出N极时，磁通量变_____，感应电流所产生的磁场方向与原磁场方向_________。3、如图3所示，当条形磁铁的S极向下插入时，（1）磁铁在线圈位置产生的磁场（原磁场）方向为向上（指向S极）（2）磁铁插入时，穿过线圈的磁通量是变________的。（3）实验证明产生感应电流的方向如图3所示。（4）根据安培定则（右手螺旋定则），线圈感应电流所产生的磁场方向是____________。分析：插入S极时，磁通量变_____，感应电流所产生的磁场方向与原磁场方向_________。4、如图4所示，当条形磁铁的S极向下从线圈中拔出时，（1）磁铁在线圈位置产生的磁场（原磁场）方向为___________的。（2）磁铁拔出时，穿过线圈的磁通量是变________的。（3）实验证明产生感应电流的方向如图4所示。（4）根据安培定则（右手螺旋定则），线圈感应电流所产生的磁场方向是____________。分析：拔出S极时，磁通量变_____，感应电流所产生的磁场方向与原磁场方向_________。结论：当穿过线圈的磁通量变大时，产生感应电流的磁场方向与原磁场方向相反；当穿过线圈的磁通量变小时，产生感应电流的磁场方向与原磁场方向相同。概括起来就是楞次定律：闭合回路中感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。定律的理解：当磁通量变大的时候，为了阻止它变大，产生的感应电流的磁场与原磁场方向相反，这样就能在一定程度上阻碍磁通量变大的进程；当磁通量变小的时候，为了阻止它变小，产生的感应电流的磁场与原磁场方向相同，这样就能在一定程度上阻碍磁通量变小的进程。例题：如图所示，求闭合电路中的感应电流的方向。第一步：确定原磁场的方向本题的原磁场方向是由下向上（S极周围的磁场是指向S极）第二步：判断磁通量是增大还是减小本题因为是拔出，使磁极远离线圈，所以磁通量是减小的第三步：根据楞次定律，确定感就电流的磁场方向因为磁通量减小，所以感应电流的磁场方向与原磁场方向相同。即由下向上。第四步：利用安培定则，判断感应电流的方向（略）三、检测反馈1、闭合铜环与闭合金属框相接触放在匀强磁场中，如图9所示，当铜环向右移动时(金属框不动)，下列说法中正确的是[]A．铜环内没有感应电流产生，因为磁通量没有发生变化B．金属框内没有感应电流产生，因为磁通量没有发生变化C．金属框ab边中有感应电流，因为回路abfgea中磁通量增加了D．铜环的半圆egf中有感应电流