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第八章 电磁相互作用及应用
8.1 电磁感应现象
教学目标：
1.物理观念：
（1）理解电磁感应现象。
（2）了解感应电流的方向与导体的运动方向及磁场的方向有关。
2.科学思维：
既然电可以产生磁，那么磁是否可以产生电呢？科学思维有许多方式，对一个问题逆向思考，是一种有效的思维方式。培养学生的逆向思维和发散思维的能力。
3.科学探究：
经历探究“磁生电”的过程，培养学生进行逆向思维和发散思维的能力。
4.科学态度与责任：
通过向学生介绍法拉第的生平，培养学生锲而不舍、坚忍不拔的思想品质。
教学重点：实验探究“磁如何生电”
教学难点：电磁感应实验的设计方案和制作小发电机。
教学课时：1课时
教学用具：多媒体、灵敏电流计、U型磁铁、匝数不同矩形线圈、铁架台、导线、开关。
教学互动设计：
1、 创设情景，导入新课
电流可以产生磁场，磁场能产生电流吗？法拉第实验，移动磁铁能产生电流！法拉第实验，磁铁在线圈中运动能产生电流！
科学思维有许多方式，对一个问题的逆向思考，往往也是一种有效地思维方式。
奥斯特发现电流周围有磁场后，许多科学家进行了逆向的思考：既然电流能产生磁场，那么能否利用磁场产生电流呢？
二、新课讲授，师生互动
（一）法拉第的发现
1831年，英国科学家法拉第经历10年的探索，终于发现了利用磁场产生电流的条件和规律。法拉第的发现进一步揭示了电与磁的联系。
法拉第（Michael Faraday,1791-1867）
1831年，英国科学家法拉第经历10年的探索，终于发现了利用磁场产生电流的条件和规律。进一步揭示了电与磁的联系，导致了发动机、电动机、变压器的相继问世，使电能的大规模生产、传输和利用成为现实，人类社会进入了电气化的时代。
实验探究 导体在磁场中产生电流的条件
下面我们从一根导线在磁场中运动的情况开始，寻找磁生电的规律。
按图所示，把导线ab的两端分别连接在灵敏电流表的两个接线柱上，组成一个闭合电路。
材料
灵敏电流表
各种形状的磁体若干
导线
线圈
金属支架
进行实验收集证据
1.使导线在磁场中静止或向各个方向运动，进行各种尝试，找到能使电路中产生电流的操作。
（1） 如图所示，ab静止，灵敏电流计指针不动。
（2） 如图所示，ab竖直向上运动，灵敏电流计指针不动。
（3） 如图所示，ab竖直向下运动，灵敏电流计指针不动。
（4） 如图所示，ab水平向右运动，灵敏电流计指针向左偏转。
（5） 如图所示，ab水平向左运动，灵敏电流计指针向右偏转。
结论：闭合电路的部分导体在磁场中做切割磁感线运动会产生电流。
磁生电的条件：闭合电路的部分导体在磁场中做切割磁感线运动。
2.尝试改变电路中产生的电流方向，记录你所使用的成功方法。
（1） 如图所示磁铁上为N极，ab水平向右运动，灵敏电流计指针向左偏转。
（2） 如图所示，磁极方向不变，ab水平向左运动（改变），灵敏电流计指针向右偏转（改变）。
（3） 如图所示改变磁极方向，ab水平向左运动（不变），灵敏电流计指针向左（改变）偏转。
实验表明，产生电流的方向与磁场方向和导体的运动方向有关。
3.将线圈换成一个匝数更多的线圈，重复上面的实验，你有什么发现？
和你的同学进行交流，总结导体在磁场中产生电流的条件。
在其他条件不变时，更换匝数更多的线圈，灵敏电流计的偏转幅度更大。

实验表明：
1. 产生感应电流的条件：闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动。
2.感应电流方向与导体的运动方向和磁场方向有关。
3.感应电流大小与导体做切割磁感线运动速度、线圈匝数、磁场强弱等有关。
闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中就会产生电流，这种现象叫做电磁感应（electromagnetic induction），所产生的电流叫做感应电流（induction current）。
实验表明，感应电流的方向与导体的运动方向及磁场方向都有关系。
漫画 ： 闭合电路的一部分导体切割磁感线运动时会产生电流 。
讨论交流 太空悬绳发电
据报道，1972年，美国“阿特兰蒂斯”号航天飞机进行在地球了卫星悬绳发电实验：航天飞机在地球赤道上空离地面约3000km处由东向西飞行，相对地面的速度6.5×103m/s。从航天飞机上向地球中心发射一颗卫星，卫星携带一根长20km的金属悬绳。
使这根悬绳与地面磁场垂直，做切割磁感线运动，运动过程中，悬绳、航天飞机、卫星和大气层中的电离层形成回路。
和同学们一起分析，这种方式能发电吗？
1992年和1996年，在美国航天飞机“阿特兰蒂斯”号上进行过一项卫星悬绳发电实验：航天飞机在赤道上空圆形轨道上由西向东飞行，速度为6.5km／s，地磁场在航天飞机飞行轨道处的磁感强度B≈0.5×10－4T。从航天飞机上发射出的一颗卫星，携带一根长L＝20km的金属悬绳与航天飞机相连。航天飞机和卫星间的这条悬绳方向沿地球径向并指向地心。悬绳电阻约r＝800Ω，由绝缘层包裹，结果在绳上产生的电流强度约I＝3A。
（二）发电机
电磁感应现象表明，机械能转化为电能是可行的。由此，法拉第发明了发电机。
怎样才能让线圈产生持续的电流呢？
生甲：要产生持续电流，可以使线圈持续做切割磁感线运动。
生乙：线圈在磁场中旋转是最好的方式。
生丙： 好，我们来做一个这样的装置。
动手做 做一个小发电机
如图所示，用漆包线绕一个宽约1.5cm，长约2cm的矩形线圈，匝数10圈左右。两头伸直，留出约1cm，用刀片将漆皮刮掉，作转动轴。支在用曲别针做的支架上，在线圈下面放一块小磁铁。这样，一个简单的发电机就做成了。
用纸做一个小风轮固定在转轴上，将小发电机与电压——电流传感器相接，吹动小风轮使线圈转动，通过计算机观察小电动机的发电情况。或小发电机与灵敏电流表相接，观察灵敏电流表指针方向的变化。
发电机都是依据电磁感应来发电的。如图所示是发电机的发电原理。
也许发现，随着线圈的转动，发电机产生的感应电流的大小和方向也在周期性地变化。这样的电流叫做交变电流电（alternating current），简称交流电（AC）。
在交变电流中，电流周期性变化的次数与所用时间的比叫做这一交变电流的频率（frequency），单位是赫兹（Hz）。我国电网的交流电的频率是50Hz。
实验室里的手摇发电机能产生交变电流。
实际使用的交流发电机（旋转磁场式）的组成：定子——线圈；转子——电磁铁。原因：线圈匝数多，导线很粗，高速旋转困难；使用电磁铁可得到强磁场。
从能量角度来看，发电机是机械能转化为电能的装置。这种机械能可以来自风、来自高处下落的水、或者是来自蒸汽机……如今，各种发电机，从只能点亮一只小灯泡的自行车发电机，到大大小小的各类发电厂的发电机组，已遍布世界各地。发电机的出现，是人类历史上一次重大的革命。
讨论交流 婴儿的未来
这是法拉第在皇家学会表演他的发电机时，和一位贵妇人的对话。
贵妇：这玩意儿有什么用呀？
法拉第：太太，难道您能预言一个刚出生的婴儿的未来吗？
对此，你有怎样的感想？谈谈你的看法
有了电磁感应，才有发电机的出现，这是人类历史上一次重大革命，从此人类迈进了电气化时代。
三、总结反思，超越自我
1. 法拉第的发现。1831年，法拉第发现了利用磁场产生电流的条件和规律。闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁感线运动时，导体中就会产生电流，这种现象叫电磁感应。产生的电流叫感应电流。感应电流的方向与导体的运动方向和磁场方向有关。机械能转化为电能。
2.发电机。法拉第发明了发电机。发电机由定子（不动部分）和转子（转动部分）组成。发电机是依据电磁感应来发电的。发电机产生大小和方向也在周期性地变化的电流叫做交变电流电，简称交流电（AC）。在交变电流中，电流周期性变化的次数与所用时间的比叫做交变电流的频率，单位是赫兹（Hz）。我国电网的交流电的频率是50Hz。
四、板书设计，整合提升
1. 法拉第的发现。1831年，法拉第发现了利用磁场产生电流的条件和规律。闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁感线运动时，导体中就会产生电流，这种现象叫电磁感应。产生的电流叫感应电流。感应电流的方向与导体的运动方向和磁场方向有关。机械能转化为电能。
2.发电机。法拉第发明了发电机。发电机由定子（不动部分）和转子（转动部分）组成。发电机是依据电磁感应来发电的。发电机产生大小和方向也在周期性地变化的电流叫做交变电流电，简称交流电（AC）。在交变电流中，电流周期性变化的次数与所用时间的比叫做交变电流的频率，单位是赫兹（Hz）。我国电网的交流电的频率是50Hz。
五、大海扬帆，尝试远航
1. 下列说法不正确的是（ ）
A. 科学思维有许多方式，逆向思考也是一种有效的思维方式
B. 1831年，法国物理学家法拉第发现了利用磁场产生电流的条件和规律
C. 法拉第的发现进一步揭示了电与磁的联系
D. 电能的大规模生产、传输和利用，人类进入了电气化时代
2．下列说法正确的是 （ ）
A.导体在磁场中运动就会产生电流
B.导体在磁场中做切割磁感线就会产生电流
C.闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动就会产生电流
D.线圈在磁场中做切割磁感线运动就会产生电流
3．下列机械属于电磁感应的是（ ）
A.汽油机
B.柴油机
C.电动机
D.发电机
4．直流发电机线圈内和供给外部的电流分别是（ ）
A.交流电和直流电
B.交流电和交流电
C.直流电和交流电
D.直流电和直流电
5．能改变感应电流方向的是（ ）
A.同时改变磁场方向和导体的运动方向
B.磁场方向不变，改变导体运动方向
C.将磁场方向和导体运动方向都不改变
D.将导线换成线圈
参考答案1.B；2.C；3.D；4.A；5.B。
六、作业：P128.T3
课外作业P128.T1、T2。
P128 家庭实验室 玩具电动机能发电吗？
P128 走向社会 关于电能来源的调查研究
教学反思：
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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