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实验:探究感应电流产生的条件

(2019-01-04 09:47:12)

实验:探究感应电流产生的条件 

周至县第三中学 周平

教材分析

     《探究感应电流的产生条件 》是人教版选修3-2第四章电磁感应第二节 的内容 ,是电磁学的核心内容之一 。本节内容是 “电生磁”的延续和拓展,本节内容的重点是让学生通过实验探究,分析归纳出“磁生电”的相关规律,为后面学习法拉第电磁感应定律、楞次定律和交变电流产生的基础。

学情分析

学生对闭合电路的部分导线切割磁感线能产生电流,在初中已有一定的认识,但在空间想象、问题本质的分析等方面还较为薄弱。因此,在教学中从学生的已有知识出发,通过学生自主学习、探究实验、产生问题、协作交流等学习方法,从而解决问题得出产生感应电流的条件的结论。

教学方法和流程

教学以实验探究为主导,结合小组讨论法、实验观察法、问题启发法、归纳总结法等教学方法。

一般流程:

实验:探究感应电流产生的条件







教学目标

一、知识与技能:

    (1)能够观察实验,归纳概括感应电流产生的条件。

    (2)能够根据感应电流产生的条件,判断出回路中是否有感应电流。

二、过程与方法:

    (1)经历各种实验现象,学会通过现象分析、归纳事物本质特征的科学思想方法。

    (2)经历感应电流产生条件的探究活动,提高学生的观察、分析、概括和应用能力。

三、情感态度价值观

    (1)认识实验观察能力与逻辑思维能力在科学探究过程中的重要作用。

    (2)充分利用小组合作方式,让学生思维碰撞的过程和团队协    作的能力。

重点难点

重点通过实验观察和探究,理解感应电流的产生条件

难点电磁感应产生的条件的理解。

教学过程

上节课我们跟奥斯特一起梦圆了“电生磁”,又和法拉第共同见证了“磁生电”,可你有没有想过这么一个问题:为什么电生磁很容易,而磁生电需要法拉第经过十年的研究才发现了?主要原因在于磁生电需要条件?那么什么情况下磁能够生电?感应电流是怎么产生的?因此,这节课我们就来一起探究感应电流产生的条件。首先我们来看知识链接。

一、知识链接

1.磁通量:Φ=BS  (条件:B )

   引导学生:若BS不垂直咋办?S为有效面积。】

实验:探究感应电流产生的条件



2.磁通量的变化量ΔΦ=Φ2-Φ1

   引导学生:Φ2是末磁通量还是初磁通量?

3.引起Φ变化的主要方法:<1> BS变;<2> 

SB

4.Φ的物理意义:穿过某一平面的磁感线的条数 

引导学生:磁感线的疏密表示什么?磁感线越密磁场越强,而Φ=BS,所以我们可以用穿过某一平面的磁感线条数的多少来形象的表示通过这一平面的Φ的大小。

二、实验探究、分析结论

接下来我们来看初中做过的一个实验。图中为灵敏电流计,可以用来测微小电流。本节课暂时不提偏转方向,学生只要注意到操作不同偏转方向不同即可。

1.实验一:老师演示,学生记录现象,小组讨论完成问题并展示

(1)观察实验,记录现象

实验操作

实验现象(有无电流)

导体棒静止

导体棒平行磁感线运动

导体棒切割磁感线运动

文本框:
 

(2)展示实验一的动画模型,小组探讨,思考下列问题:

闭合回路一部分导体沿什么方向运动能使电流表指针发生偏转,即产生感应电流?

切割过程即电流表指针发生了偏转的实验操作中什么物理量不变什么物理量改变了,并与其他实验操作对比,你认为什么情况下会产生感应电流?

切割过程中变化的物理量会导致哪个物理量改变?你认为什么情况下会产生感应电流?

思考:这个实验是让导体切割磁感线产生了感应电流,那如果只给一个线圈并要求它不能被移动,再提供一个条形磁体,你能给让电流表指针发生偏转吗?         

【提示:条形磁体有几个极?磁体在竖直方向相对线圈有几种运动状态?静止算不算运动状态?】

2、实验二:学生自主实验并记录实验现象,小组讨论完成问题并展示

实验:探究感应电流产生的条件(1)观察实验,记录现象

实验操作

表针是否偏转

实验操作

表针是否偏转

N极插入线圈

S极插入线圈

N极停在线圈中

S极停在线圈中

N极从线圈中抽出

S极从线圈中抽出

 

 

 

 


(2)展示实验二的动画模型,小组探讨,思考下列问题:

通过观察实验现象,你认为什么情况下会产生感应电流?

与磁体相对线圈静止对比,磁体相对线圈运动过程中什么物理量不变什么物理量改变了,你认为什么情况下会产生感应电流?

磁体相对线圈运动过程中变化的物理量会导致哪个物理量改变?你认为什么情况下会产生感应电流?

通电螺线管相当于条形磁体,可否尝试用它代替条形磁体插入线圈,并观察表针是否偏转,如何设计实验呢?

提示:A与电源构成闭合回路;B与灵敏电流计构成闭合回路。

3、实验三:老师演示,学生记录现象,小组讨论完成问题并展示

文本框: (1)观察实验,记录现象

实验操作

A中电流有无变化

表针是否偏转

开关闭合瞬间

变化

变化

开关闭合时,滑动变阻器滑片保持不动

无变化

无变化

开关闭合时,迅速移动滑动变阻器的滑片

变化

变化

开关断开瞬间

变化

变化

(2)多媒体展示实验三的动画模型,小组探讨回答下列问题:

通过分析A中电流与指针偏转情况的关系,你认为什么情况下会产生感应电流?

A中电流变大会导致A产生的磁场怎样变化?与A中电流不变对比,A中电流变化的过程中什么物理量不变什么物理量改变了,思考你认为什么情况下会产生感应电流?

A中电流变化的过程中变化的物理量会导致哪个物理量改变?你认为什么情况下会产生感应电流?

三、结论归纳

综合以上三个实验,你认为什么情况下回路中会产生感应电流?

产生感应电流的条件:只要穿过闭合回路的磁通量发生变化 

注意:除了引导学生找出产生感应电流的本质原因——Φ发生变化,还应该提示学生如果我把导线断开是否会形成电流?并演示断开导线,让学生观察指针偏转情况,进而引出闭合回路这个条件。另外,引导学生对科学探究正确认识:虽然我们通过3个实验得出了这个结论,但实际上这个结论的得出并不是这么简单,是经历了大量的实验、无数的曲折才得出来的。

四、典型例题

实验:探究感应电流产生的条件例题垂直于纸面的匀强电场局限在虚线框内,如图所示,闭合线圈有位置1穿过虚线框运用到位置2,线圈运动过程中什么时候有感应电流,为什么?

讲解:

试题分析:在思考这道题时,一定要上学生理解线圈运动在此题中的三个阶段五个过程,如线圈未进入磁场;线圈从左向右逐渐进入磁场;线圈完全进入磁场;线圈逐渐远离磁场;线圈完全离开磁场,根据感应电流产生的本质,闭合回路及回路中磁通量Φ的变化判断是否有电流的产生。而此题中,B不变,也即判断进如线圈中的线圈S是否发生了变化。

讲授方式:小组讨论

答案:线圈未进入磁场、线圈完全在匀强磁场中运动与线圈完全离开磁场这三个过程中Φ未发生变化,因此无感应电流;线圈从左向右逐渐进入匀强磁场与线圈逐渐离开匀强磁场的两个过程中Φ发生变化,所以会产生感应电流。

五、  课后作业

实验:探究感应电流产生的条件1.矩形线圈ABCD位于通电长直导线附近(如图所示),线圈跟导线同在一个平面内,且线圈的两条边与导线平行。在这个平面内,线圈远离导线移动时,线圈中有没有感应电流?线圈和导线都不动,当导线中的电流I逐渐增大或减小时,线圈中有没有感应电流?为什么?

注:长直导线中电流越大,它产生的磁场越强;离长直导线越远,它的磁场越弱。

 

2.把一个铜环放在匀强磁场中,使环的平面跟磁场方向垂直(如图所示),如果使环沿着磁场方向移动,铜环中是否有感应电流?为什么?如果磁场是不均匀的,是否有感应电流,为什么?

实验:探究感应电流产生的条件




六、板书设计
实验:探究感应电流产生的条件

【教后反思】

本节课的主要创新之处在于:

1.本节课暂时不提偏转方向,学生只要注意到操作不同偏转方向不同即可。所以本节课实际上课前临时决定去掉对电流计偏转方向(电流从哪个接线柱进就向哪个方向偏)的介绍。

2.把“导体棒”改为“闭合回路一部分导体”,更严谨的提问引导学生回答严谨。

3.问题放开,不能过于限制学生的回答。     

4.交代清楚各个回路。

5.增设问题,降低难度。     

6.增设演示,形象地让学生感受Φ在整个过程中的变化。

总体反思:本节实验探究圆满完成了教学任务,在导学自主中调动了学生学习的积极性,课堂整体氛围良好,先实验再Flash再小组思考交流展示使学生理解深刻,使学生从产生感应电流的外在表象,逐步认识感应电流产生的本质原因:回路中磁通量发生了变化。

 

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