资源简介

12.7 电磁感应及其应用
一、教学目标
1. 知识与技能：
（1）知道电磁感应现象及产生感应电流的条件。
（2）知道发电机的原理，知道发电机发电过程中的能量转化。
（3）知道什么是交流电；能区别直流电和交流电。
2. 过程与方法：
（1）通过探究磁生电的条件，进一步了解电和磁之间的相互联系，提高学生观察能力、分析概括能力和联系简单现象探索物理规律的能力。
（2）观察和体验发电机是怎样发电的，提高学生应用知识分析和解决问题的能力。
3. 情感态度与价值观：
（1）认识自然现象之间是相互联系的，进一步了解探索自然奥妙的科学方法。
（2）认识任何创造发明的基础是科学探索的成果，初步具有创造发明的意识。
二、课时安排
2课时
三、教学重点
（1）电磁感应现象产生的条件。
（2）发电机的工作原理。
四、教学难点
（1）由实验现象概括物理规律——电磁感应。
（2）应用原理分析问题——发电机工作原理。
五、教学过程
（一）导入新课
【思考】以前学过的奥斯特实验说明电可以生磁，那么反过来磁能不能生电呢？
现在我们所用的发电机是可以产生电，它是由磁产生的吗？它的工作原理是什么，什么条件下才能生电？今天我们就研究这个问题。
（二）讲授新课
1. 电磁感应现象及产生条件
教师演示：将发光二极管接在微风扇的插头处，用手旋转叶片。提示学生认真观察实验现象。
教师引导学生思考：手转动叶片，发现二极管发光，说明电路中有电流通过。电风扇的工作原理是电动机，而该实验可以验证出磁场可以生电。
教师提问：在这个实验过程中涉及哪些能量转换？
教师根据学生回答指出：该实验的能量转换方式为由机械能转化为电能，这与奥斯特实验想法。这说明了电能和机械能是可以相互转化的。
教师引导学生思考：通电导线在磁场中会受到力的作用，从而使导体发生了运动，那么反过来，如果让导体在磁场中先运动，导体中会不会产生电流呢？
教师提问：要使线圈不转回来，应该在线圈刚转过平衡位置时就改变线圈的受力方向，怎样才能使线圈受力方向发生这样的改变呢？如何进行实验设计呢？
引导学生思考：实验设计可以结合奥斯特实验进行设计。将连接导线的导体置于磁场中，移动导体或磁铁，观察是否有电流产生。装置如图所示。
教师提问：我们设计出了实验装置，但是影响电流的因素可能有很多，那么用什么思想来验证这些影响因素呢？
教师引导学生思考：我们以前在验证通电线圈的磁场时曾用了控制变量法。通过控制其它变量来验证某一种变量对实验结果的影响。那么在验证磁场生电的条件时，有那几种影响因素呢？
教师根据学生回答指出：首先我们要定性研究这种作用，导体在磁场中的移动方式为静止、切割磁感线、平行磁感线三种方式，其方向的影响因素为磁场方向及移动方向。而定量研究时可以改变磁场强度以及移动距离等方式。
【实验设计】
1.让导体ab在磁场中静止不动,闭合开关,观察灵敏电流计的指针是否偏转。
2.使导体ab做切割磁感线运动,观察灵敏电流计的指针是否偏转。
3.使导体ab沿平行于磁感线的方向运动,观察灵敏电流计的指针是否偏转。
教师根据实验指出：闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时会产生感应电流。这就叫电磁感应现象。电磁感应现象由英国物理学家法拉第首先发现。可以知道产生感应电流的条件有三点：①闭合电路；②一部分导体；③切割磁感线运动。
教师提问：如何验证电磁感应现象产生感应电流的方向？
教师根据学生回答指出：前面我们已经提到，改变磁场方向及导体移动方向可能会使电流方向相反。实验中也确实发现了这种现象，即：导体切割磁感线方向和磁场方向改变，电流方向改变。电磁感应现象产生的电流方向可以用左手定则来判断：让磁感线穿过手心，大拇指指向导体移动方向，则电流方向为四指指向。
2. 发电机的构造及工作原理
教师提问：我们曾经根据奥斯特实验的原理设计出了直流电动机，那么根据电磁感应现象可以设计出什么设备呢？
引导学生思考：电磁感应现象的能量转换方式为机械能转化为电能，即可以产生电能的设备，可以称之为发电机。它可以作为电能的一种来源，但并不是唯一来源。
教师提问：我们知道了电磁感应现象，那么如何根据电磁感应现象设计发电机呢？
教师引导学生思考：刚才我们演示了转动风扇叶片可以使灯泡发光，而风扇属于电动机。这样我们知道发电机与电动机的工作原理正好相反，那么它们的装置应该是非常相似的，只是能量的源头不同而已。
教师给出上图，然后提问：该图片即位发电机的工作原理，它由磁铁、线圈、铜环和电刷四部分组成。大家根据图片试着解释下发电机的工作原理。
教师根据学生回答补充：当线圈转动时，导体切割磁感线从而产生感应电流，然后在安培表上显示出示数。线圈顺时针转动时，根据左手定则可知红色铜环为电流输出方向。当线圈所在平面运动到与磁感线方向垂直时，由于线圈不切割磁感线，不产生电流。当线圈旋转90度后，电流方向发生反转。
教师指出：发电机与电动机相对比，电动机是因电而动，工作配置中要有电源，消耗电能获得机械能；发电机则是因动而电，工作配置中没有电源，发电机本身就是电源，消耗机械能获得电能。无论是直流发电机还是交流发电机，线圈产生的都是交流电，交流发电机输出的是交流电，直流发电机是在换向器的作用下输出的是直流电。
4. 交流电
教师提问：我们刚才讲过了发电机，它产生的电流有什么特点？
教师根据学生回答指出：每旋转180度，线圈的电流方向改变一次。也即，随着线圈在磁场中的连续转动，线圈产生的电流方向发生周期性的变化，这种发电机称为交流发电机。交流发电机产生的感应电流的大小和方向在周期性地变化，这样的电流叫做交变电流，简称交流（AC）。在交变电流中，电流在每秒内周期性变化的次数叫做频率，单位是赫兹，简称赫，符号是Hz。周期和频率在数值上是倒数关系。我国的交流电频率为50Hz，即周期是0.02s，每秒内电流方向变化100次，而国际常用的交流电频率为60Hz。
（三）重难点精讲
电磁感应现象；发电机的工作原理。
（四）归纳小结
1、在本节课中都有哪些收获？
2、本节课不仅仅要了解发电机的工作原理，更重要的是让同学们了解如何通过多变量因素实验验证影响实验的因素。
六、板书设计
七、作业布置
同步练习册
八、教学反思

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