高中物理选修3-2讲义

励志长廊：真正的发现之旅不只是为了寻找全新的景色，也为了拥有全新的眼光。

第四章 电磁感应

4.1 划时代的发现

教学目标

（一）知识与技能

1．知道与电流磁效应和电磁感应现象的发现相关的物理学史。 2．知道电磁感应、感应电流的定义。 （二）过程与方法

领悟科学探究中提出问题、观察实验、分析论证、归纳总结等要素在研究物理问题时的重要性。

（三）情感、态度与价值观

1．领会科学家对自然现象、自然规律的某些猜想在科学发现中的重要性。 2．以科学家不怕失败、勇敢面对挫折的坚强意志激励自己。 教学重点、难点 教学重点

知道与电流磁效应和电磁感应现象的发现相关的物理学史。领悟科学探究的方法和艰难历程。培养不怕失败、勇敢面对挫折的坚强意志。 教学难点

领悟科学探究的方法和艰难历程。培养不怕失败、勇敢面对挫折的坚强意志。 教学方法

教师启发、引导，学生自主阅读、思考，讨论、交流学习成果。 教学手段 计算机、投影仪、录像片 教学过程 一、奥斯特梦圆“电生磁”------电流的磁效应

引导学生阅读教材有关奥斯特发现电流磁效应的内容。提出以下问题，引导学生思考并回答：

（1）是什么信念激励奥斯特寻找电与磁的联系的？在这之前，科学研究领域存在怎样的历史背景？

（2）奥斯特的研究是一帆风顺的吗？奥斯特面对失败是怎样做的？ （3）奥斯特发现电流磁效应的过程是怎样的？用学过的知识如何解释？ （4）电流磁效应的发现有何意义？谈谈自己的感受。

学生活动：结合思考题，认真阅读教材，分成小组讨论，发表自己的见解。 二、法拉第心系“磁生电”------电磁感应现象

教师活动：引导学生阅读教材有关法拉第发现电磁感应的内容。提出以下问题，引导学生思考并回答：

（1）奥斯特发现电流磁效应引发了怎样的哲学思考？法拉第持怎样的观点？

（2）法拉第的研究是一帆风顺的吗？法拉第面对失败是怎样做的？ （3）法拉第做了大量实验都是以失败告终，失败的原因是什么？

（4）法拉第经历了多次失败后，终于发现了电磁感应现象，他发现电磁感应现象的具体的过程是怎样的？之后他又做了大量的实验都取得了成功，他认为成功的“秘诀”是什么？

（5）从法拉第探索电磁感应现象的历程中，你学到了什么？谈谈自己的体会。

学生活动：结合思考题，认真阅读教材，分成小组讨论，发表自己的见解。

三、科学的足迹

1、科学家的启迪 教材P4 2、伟大的科学家法拉第 教材 四、实例探究

【例1】发电的基本原理是电磁感应。发现电磁感应现象的科学家是（C） A．安培 B．赫兹 C．法拉第 D．麦克斯韦 【例2】发现电流磁效应现象的科学家是__奥斯特__，发现通电导线在磁场中受力规律的科学家是_安培_，发现电磁感应现象的科学家是_法拉第_，发现电荷间相互作用力规律的的科学家是_库仑_。

【例3】下列现象中属于电磁感应现象的是（B） A．磁场对电流产生力的作用 B．变化的磁场使闭合电路中产生电流 C．插在通电螺线管中的软铁棒被磁化 D．电流周围产生磁场 五、学生的思考：

1、我们可以通过哪些实验与现象来说明（证实）磁现象与电现象有联系 2、如何让磁生成电？

4.2、探究电磁感应的产生条件

教学目标

（一）知识与技能

1．知道产生感应电流的条件。

2．会使用线圈以及常见磁铁完成简单的实验。 （二）过程与方法

学会通过实验观察、记录结果、分析论证得出结论的科学探究方法 （三）情感、态度与价值观

渗透物理学方法的教育，通过实验观察和实验探究，理解感应电流的产生条件。举例说明电磁感应在生活和生产中的应用。 教学重点、难点

教学重点：通过实验观察和实验探究，理解感应电流的产生条件。 教学难点：感应电流的产生条件。 教学方法

实验观察法、分析法、实验归纳法、讲授法 教学手段

条形磁铁（两个），导体棒，示教电流表，线圈（粗、细各一个），学生电源，开关，滑动变阻器，导线若干， 教学过程 一、基本知识 （一）知识准备 ①磁通量

定义：公式：?=BS 单位： 符号：

推导：B=?/S，磁感应强度又叫磁通密度，用Wb/ m2表示B的单位； 计算：当B与S垂直时，或当B与S不垂直时，?的计算

②初中知识回顾：当闭合电路的一部分做切割磁感线运动时，电路中会产生感应电流。 电磁感应现象：由磁产生电的现象 （二）新课讲解

1、实验一：闭合电路的部分导线在匀强磁场中切割磁感线，教材P6图4.2-1

探究导线运动快慢与电流表示数大小的关系.

实验二：向线圈中插入磁铁,或把磁铁从线圈中抽出,教材P6图4.2-2

探究磁铁插入或抽出快慢与电流表示数大小的关系

2、模仿法拉第的实验：通电线圈放入大线圈或从大线圈中拔出，或改变线圈中电流的大小（改变滑线变阻器的滑片位置），教材P7图4.2-3

探究将小线圈从大线圈中抽出或放入快慢与电流表示数的关系

3、分析论证：

实验一：磁场强度不发生变化，但闭合线圈的面积发生变化； 实验二：①磁铁插入线圈时，线圈的面积不变，但磁场由弱变强；

②磁铁从线圈中抽出时，线圈的面积也不改变，磁场由强变弱；

实验三：①通电线圈插入大线圈时，大线圈的面积

不变，但磁场由弱变强；

②通电线圈从大线圈中抽出时，大线圈的面积也不改变，但磁场由强变弱；

③当迅速移动滑线变阻器的滑片，小线圈中的电流迅速变化，电流产生的磁场也随之而变化，而大线圈的面积不发生变化，但穿过线圈的磁场强度发生了变化。 4、归纳总结：

在几种实验中，有的磁感应强度没有发生变化，面积发生了变化；而又有的线圈的面积没有变化，但穿过线圈的磁感应强度发生了变化。其共同点是穿过线圈的磁通量发生了变化。磁通量变化的快慢与闭合回路中感应电流的大小有关。

结论：只要穿过闭合回路的磁通量发生变化，闭合电路中就有感应电流产生。

5、课堂总结：1、产生感应电流的条件：①电路闭合；②穿过闭合电路的磁通量发生改变

2、电磁感应现象：利用磁场产生电流的现象叫电磁感应现象

3、感应电流：由磁场产生的电流叫感应电流 6、例题分析 例1、右图哪些回路中比会产生感应电流

例2、如图，要使电流计G发生偏转可采用的方法是

A、K闭合或断开的瞬间 B、K闭合，P上下滑动 C、在A中插入铁芯 D、在B中插入铁芯

7、练习与作业

1、关于电磁感应，下列说法中正确的是

A导体相对磁场运动，导体内一定会产生感应电流

B导体做切割磁感线的运动，导体内一定会产生感应电流

C闭合电路在磁场中做切割磁感线的运动，电路中一定会产生感应电流 D穿过闭合电路的磁通量发生变化，电路中一定会产生感应电流

2、恒定的匀强磁场中有一圆形闭合圆形线圈，线圈平面垂直于磁场方向，当线圈在此磁场

中做下列哪种运动时，线圈中能产生感应电流 A线圈沿自身所在的平面做匀速运动 B线圈沿自身所在的平面做加速直线运动 C线圈绕任意一条直径做匀速转动 D线圈绕任意一条直径做变速转动

3、如图，开始时距形线圈平面与磁场垂直，且一半在匀强磁场外，另一半在匀强磁场内，若要使线圈中产生感应电流，下列方法中可行的是 A以ab为轴转动 B以oo/为轴转动

C以ad为轴转动（转过的角度小于600） D以bc为轴转动（转过的角度小于600）

4、如图，距形线圈abcd绕oo/轴在匀强磁场中匀速转动，下列说法中正确的是 A线圈从图示位置转过90?的过程中，穿过线圈的磁通量不断减小 B线圈从图示位置转过90?的过程中，穿过线圈的磁通量不断增大

C线圈从图示位置转过180?的过程中，穿过线圈的磁通量没有发生变化 D线圈从图示位置转过360?的过程中，穿过线圈的磁通量没有发生变化

6、在无限长直线电流的磁场中，有一闭合的金属线框abcd，线框平面与直导线ef在同一平面内（如图），当线框做下列哪种运动时，线框中能产生感应电流 A、水平向左运动 B、竖直向下平动 C、垂直纸面向外平动D、绕bc边转动

4.3 法拉第电磁感应定律

教学目标

（一）知识与技能

1．知道什么叫感应电动势。

2．知道磁通量的变化率是表示磁通量变化快慢的物理量，并能区别Φ、ΔΦ、E=△Φ/△t。 3．理解法拉第电磁感应定律内容、数学表达式。 4．知道E=BLvsinθ如何推得。

5．会用E=n△Φ/△t和E=BLvsinθ解决问题。 （二）过程与方法

通过推导到线切割磁感线时的感应电动势公式E=BLv，掌握运用理论知识探究问题的方法。 （三）情感、态度与价值观

1．从不同物理现象中抽象出个性与共性问题，培养学生对不同事物进行分析，找出共性与个性的辩证唯物主义思想。

2．了解法拉第探索科学的方法，学习他的执著的科学探究精神。 教学重点、难点

教学重点：法拉第电磁感应定律。

教学难点：平均电动势与瞬时电动势区别。 教学方法

演示法、归纳法、类比法 教学手段

多媒体电脑、投影仪、投影片。 教学过程 一、基本知识 1、感应电动势

电磁感应现象：利用磁场产生电流的现象叫电磁感应现象

产生感应电流的条件：线路闭合，闭合回路中磁通量发生变化。 感应电动势：在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势 产生条件：回路中的磁通量发生变化但回路不一定闭合

与什么因素有关：穿过线圈的磁通量的变化快慢（??/?t）有关（由前提节的实验分析可得） 注意：磁通量的大小?;磁通量的变化??;磁通量的变化快慢（??/?t）的区分 2、法拉第电磁感应定律 内容：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一回路的磁通量的变化率成正比。 公式：单匝线圈：E=??/?t 多匝线圈：E=n??/?t 适用范围：普遍适用

3、导线切割磁感线时产生的感应电动势

计算公式：E=BL vsin?。?—导线的运动方向与磁感线的夹角。 推导方法：

条件：导线的运动方向与导线本身垂直 适用范围：匀强磁场，导线切割磁感线 单位：1V=1T?1m?1m/s=1Wb/s 4、反电动势

电动机转动时，线圈中也会产生感应电动势，感应电动势总要削弱电源电动势的作用，我们就把感应电动势称为反电动势；其作用是阻碍线圈的转动。教材P12。 电动机在使用时的注意点： 二、例题分析

例1、如图，导体平行磁感线运动，试求产生的感应电动势的大小（速度与磁场的夹角?，导线长度为L）

例2、如右图,电容器的电容为C,两板的间距为d,两板间静止一个质量为m,电量为+q的微粒,电容器C与一个半径为R的圆形金属环相连, 金属环内部充满垂直纸面向里的匀强磁场.试求: ?B/?t等于多少?

例3、如右图, 无限长金属三角形导轨COD上放一根无限长金属导体棒MN,拉动MN使它以速度v向右匀速运动,如果导轨和金属棒都是粗细相同的均匀导体,电阻率都相同,那么MN运动过程中,闭合回路的

A感应电动势保持不变 B感应电动流保持不变 C感应电动势逐渐增大 D感应电动流逐渐增大

三、练习与作业

1、如右图，平行放置的金属导轨M、N之间的距离为L；一金属杆长为2L，一端以转轴o/固定在导轨N上，并与M无摩擦接触，杆从垂直于导轨的位置，在导轨平面内以角速度?顺时针匀速转动至另一端o/脱离导轨M。若两导挥间是一磁感应强度为B ，方向垂直于纸面向里的匀强磁场，不计一切电阻，则在上述整个转动过程中 A、金属杆两端的电压不断增大 B、o/端的电势总是高于o端的电势 C、两导轨间的最大电压是2BL2? D、两导轨间的平均电压是271/2BL2?/2?

2、如右图，在磁感应强度为B的匀强磁场中，一直角边长度为a，电阻为R的等腰直角三角形导线框以速度v垂直于斜边方向在纸面内运动，磁场与纸面垂直，则导线框的斜边产生的感应电动势为 ，导线框中的感应电流强度为 。

3、如左图，一边长为a，电阻为R的正方形导线框，以恒定的速度v向右进入以MN为边界的匀强磁场，磁场方向垂直于线框平面，磁感应强度为B，MN与线框的边成45?角，则在线框进入磁场过程中产生的感应电流的最大值等于

4、如图，长为L的金属杆在垂直纸面向里的磁感应强度为B的匀强磁场中，沿逆时针方向绕o点在纸面内匀速转动，若角速度为?，则杆两端a、b和o间的电势差U a o= 以及Ubo=

5、半径为10cm、电阻为0.2?的闭合金属圆环放在匀强磁场中，磁场方向垂直于圆环所在平面，当磁感应强度为B从零开始随时间t成正比增加时，环中感应电流为0.1A。试写出B与t的关系式（B、t的单位分别取T、s）

6、如图，导线全部为裸导线，半径为r的圆内有垂直于圆平面的匀强磁场，感应强度为B。一根长度大于2r的导线MN以速度v在圆环上无摩擦地自左端匀速滑动到右端，电路的固定电阻为R，其余电阻不计，试求MN从圆环的左端滑到右端的过程中电阻R上的电流强度的平均值及通过的电量。

4.4 楞次定律

教学目标

（一）知识与技能

1．掌握楞次定律的内容，能运用楞次定律判断感应电流方向。 2．培养观察实验的能力以及对实验现象分析、归纳、总结的能力。 3．能够熟练应用楞次定律判断感应电流的方向

4．掌握右手定则，并理解右手定则实际上为楞次定律的一种具体表现形式。 （二）过程与方法

1．通过实践活动，观察得到的实验现象，再通过分析论证，归纳总结得出结论。 2．通过应用楞次定律判断感应电流的方向，培养学生应用物理规律解决实际问题的能力。

（三）情感、态度与价值观 在本节课的学习中，同学们直接参与物理规律的发现过程，体验了一次自然规律发现过程中的乐趣和美的享受，并在头脑中进一步强化“实践是检验真理的唯一标准”这一辩证唯物主义观点。

教学重点、难点

教学重点：1．楞次定律的获得及理解。

2．应用楞次定律判断感应电流的方向。 3．利用右手定则判断导体切割磁感线时感应电流的方向。

教学难点：楞次定律的理解及实际应用。 教学方法

发现法，讲练结合法 教学手段

干电池、灵敏电流表、外标有明确绕向的大线圈、条形磁铁、导线。 教学过程 一、基本知识

1．实验． (1)选旧干电池用试触的方法查明电流方向与电流表指针偏转方向的关系． 明确：对电流表而言，电流从哪个接线柱流入，指针向哪边偏转． (2)闭合电路的一部分导体做切割磁感线的情况．

a．磁场方向不变，两次改变导体运动方向，如导体向右和向左运动． b．导体切割磁感线的运动方向不变，改变磁场方向．

根据电流表指针偏转情况，分别确定出闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，产生的感应电流方向．

感应电流的方向跟导体运动方向和磁场方向都有关系．感应电流的方向可以用右手定则加以判定．

右手定则：伸开右手，让拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在一个平面内，让磁感线垂直从手心进入，拇指指向导体运动方向，其余四指指的就是感应电流的方向．

(3)闭合电路的磁通量发生变化的情况：

实线箭头表示原磁场方向，虚线箭头表示感应电流磁场方向． 分析：

(甲)图：当把条形磁铁N极插入线圈中时，穿过线圈的磁通量增加，由实验可知，这时感应电流的磁场方向跟磁铁的磁场方向相反．

(乙)图：当把条形磁铁N极拔出线圈中时，穿过线圈的磁通量减少，由实验可知，这时感应电流的磁场方向跟磁铁的磁场方向相同．

(丙)图：当把条形磁铁S极插入线圈中时，穿过线圈的磁通量增加，由实验可知，这时感应电流的磁场方向跟磁铁的磁场方向相反．

(丁)图：当条形磁铁S极拔出线圈中时，穿过线圈的磁通量减少，由实验可知，这时感应电流的磁场方向跟磁铁的磁场方向相同． 通过上述实验，引导学生认识到：凡是由磁通量的增加引起的感应电流，它所激发的磁场一定阻碍原来磁通量的增加；凡是由磁通量的减少引起的感应电流，它所激发的磁场一定阻碍原来磁通量的减少．在两种情况中，感应电流的磁场都阻碍了原磁通量的变化．

2、实验结论：楞次定律--感应电流具有这样的方向，就是感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化． 说明：对“阻碍”二字应正确理解．“阻碍”不是“阻止”，而只是延缓了原磁通的变化，电路中的磁通量还是在变化的．例如：当原磁通量增加时，虽有感应电流的磁场的阻碍，磁通量还是在增加，只是增加的慢一点而已．实质上，楞次定律中的“阻碍”二字，指的是“反抗着产生感应电流的那个原因．”

3、应用楞次定律判定感应电流的步骤(四步走)． (1)明确原磁场的方向； (2)明确穿过闭合回路的磁通量是增加还是减少； (3)根据楞次定律，判定感应电流的磁场方向； (4)利用安培定则判定感应电流的方向．

4、推论：当导线切割磁感线时可用右手定则来判定，即大拇指与四指垂直，让磁感线垂直穿过手心，大拇指指向导线的运动方向，则四指的指向为感应电流的方向 二、例题分析

例1、在匀强磁场中放一电阻不计的平行金属导轨，导轨跟大线圈M相接，如图，导轨上

放一根导线ab，磁感线垂直于导轨所在平面。欲使M所包围的小闭合线圈N产生顺时针方向的感应电流，则导线的运动情况可能是

A、匀速向右运动 B、加速向右运动 C、减速向右运动 D、加速向左运动

例2、如图，水平地面上方有正交的匀强磁场和匀强电场，电场竖直

向下，磁场垂直纸面向里，半圆形铝框从直径出于水平位置时开

实验1 （演示P25实验）出示自感演示器，通电自感。

提出问题：闭合S瞬间，会有什么现象呢？引导学生做预测，然后进行实验。（实验前事先闭合开关S，调节变阻器R和R1使两灯正常发光，然后断开开关，准备好实验）。开始做实验，闭合开关S，提示学生注意观察现象

观察到的现象：在闭合开关S瞬间，灯A2立刻正常发光，A1比A2迟一段时间才正常发光。 学思考现象原因。请学生分析现象原因。

总结：由于线圈L自身的磁通量增加，而产生了感应电动势，这个感应电动势总是阻碍磁通量的变化，既阻碍线圈中电流的变化，故通过A1的电流不能立即增大，灯A1的亮度只能慢慢增加，最终与A2相同。 实验2（演示课本P26实验）断电自感

先给学生几分钟时间看课本实验，预测实验现象，是回答课本思考与讨论问题。 3．结论：

小结：线圈中电流发生变化时，自身产生感应电动势，这个感应电动势阻碍原电流的变化。 自感现象：由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象叫自感现象。 自感电动势：自感现象中产生的感应电动势叫自感电动势。 4.磁场的能量 问题情景：在图4.6---4中,开关断开后,灯泡的发光还能持续一段时间,有时甚至比开关断开前

更亮,这时灯泡的能量是从哪里来的呢? 教师引导学生分析，电源断开以后，线圈中电流不会立即消失，这时的电流仍然可以做功，说明线圈储存能量。当开关闭合时，线圈中的电流从无到有，其中的磁场也是从天到有，这可以看作电源把能量输送到磁场，储存在磁场中。这里我们知识一个合理的假设，有关电磁场能量的直接式样验证，要在我们认识了电磁波之后才有可能。 5．自感现象的理解：

线圈中电流的变化不能在瞬间完成，即不能“突变”。也可以说线圈能体现电的惯性 6．自感的应用与防止：

应用：日光灯 防止：变压器、电动机 （三）自感系数

问题情景：我们都知道感应电动势的大小与回路中磁通量变化的快慢有关，而自感现象中的自感电动势是感应电动势的一种，那么就是说，自感电动势也应正比于穿过线圈的磁通量的变化率，即：E∝△Φ／△t，而磁场的强弱又正比于电流的强弱，即磁通量的变化正比于电流的变化。所以也可以说，自感电动势正比于电流的变化率。即E∝△I／△t写成等式即：E=L△I／△t 2.自感系数，简称自感或电感，用字母L表示。影响因素：形状、长短、匝数、有无铁芯。 3．单位：亨利 符号：H 常用单位：毫亨（mH） 微亨（μH） （四）实例探究

【例1】如图所示，电路甲、乙中，电阻R和自感线圈L的电阻值都很小，接通S，使电路达到稳定，灯泡D发光。则（AD）

A．在电路甲中，断开S，D将逐渐变暗

B．在电路甲中，断开S，D将先变得更亮，然后渐渐变暗

C．在电路乙中，断开S，D将渐渐变暗

D．在电路乙中，断开S，D将变得更亮，然后渐渐变暗

【例2】如图所示，自感线圈的自感系数很大，电阻为零。电键K原来是合上的，在K断开后，分析：

（1）若R1＞R2，灯泡的亮度怎样变化？ （2）若R1＜R2，灯泡的亮度怎样变化？ 巩固练习

1．下列关于自感现象的说法中，正确的是（ACD）

A．自感现象是由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象 B．线圈中自感电动势的方向总与引起自感的原电流的方向相反 C．线圈中自感电动势的大小与穿过线圈的磁通量变化的快慢有关 D．加铁芯后线圈的自感系数比没有铁芯时要大 2．关于线圈的自感系数，下面说法正确的是（D） A．线圈的自感系数越大，自感电动势一定越大 B．线圈中电流等于零时，自感系数也等于零 C．线圈中电流变化越快，自感系数越大

D．线圈的自感系数由线圈本身的因素及有无铁芯决定

4．如图所示，L为一个自感系数大的自感线圈，开关闭合后，小灯能正常发光，那么闭合开关和断开开关的瞬间，能观察到的现象分别是（A）

A．小灯逐渐变亮，小灯立即熄灭 B．小灯立即亮，小灯立即熄灭

C．小灯逐渐变亮，小灯比原来更亮一下再慢慢熄灭 D．小灯立即亮，小灯比原来更亮一下再慢慢熄灭 六、课堂小结 １、自感现象是电磁感应现象中特殊情形，它的产生原因是由于通过导体自身的电流发生变化．

２、自感电动势的大小与电流变化快慢和自感系数有关，它总是阻碍导体中电流的变化。 七、布置作业： 课后习题

4.7 涡流

教学目标

（一）知识与技能

1．知道涡流是如何产生的。

2．知道涡流对我们有不利和有利的两方面，以及如何利用和防止。 3．知道电磁阻尼和电磁驱动。 （二）过程与方法

培养学生客观、全面地认识事物的科学态度。 （三）情感、态度与价值观

培养学生用辩证唯物主义的观点认识问题。 教学重点、难点 教学重点

1．涡流的概念及其应用。

2．电磁阻尼和电磁驱动的实例分析。 ★教学难点

电磁阻尼和电磁驱动的实例分析。 教学方法

通过演示实验，引导学生观察现象、分析实验 教学手段

电机、变压器铁芯、演示涡流生热装置（可拆变压器）、电磁阻尼演示装置（示教电流表、微安表、弹簧、条形磁铁），电磁驱动演示装置（U形磁铁、能绕轴转动的铝框）。 教学活动

（一）引入新课

出示电动机、变压器铁芯，引导学生仔细观察其铁芯有什么特点？ 它们的铁芯都不是整块金属，而是由许多薄片叠合而成的。

为什么要这样做呢？用一个整块的金属做铁心不是更省事儿？学习了涡流的知识，同学们就会知道其中的奥秘。 （二）进行新课 1、涡流 ［演示1］涡流生热实验。

在可拆变压器的一字铁下面加一块厚约2mm的铁板，铁板垂直于铁芯里磁感线的方向。在原线圈接交流电。几分钟后，让学生摸摸铁芯和铁板，比较它们的温度，报告给全班同学。

为什么铁芯和铁板会发热呢？原来在铁芯和铁板中有涡流产生。安排学生阅读教材，了解什么叫涡流？

当线圈中的电流发生变化时，这个线圈附近的导体中就会产生感应电流。这种电流看起来很像水的旋涡，所以叫做涡流。

课件演示，涡流的产生过程，增强学生的感性认识。

因为铁板中的涡流很强，会产生大量的热。而铁芯中的涡流被限制在狭窄的薄片之内，回路的电阻很大，涡流大为减弱，涡流产生的热量也减少。 2、电磁阻尼

阅读教材30页上的“思考与讨论”，分组讨论，然后发表自己的见解。 导体在磁场中运动时，感应电流使导体受到安培力的作用，安培力的方

向总是阻碍导体的运动，这种现象称为电磁阻尼。

［演示2］电磁阻尼。

按照教材“做一做”中叙述的内容，演示电表指针在偏转过程中受到的电磁阻尼现象。 ［演示3］如图所示，弹簧下端悬挂一根磁铁，将磁铁托起到某高度后释放，磁铁能振动较长时间才停下来。如果在磁铁下端放一固定线圈，磁铁会很快停下来。上述现象说明了什么？

当磁铁穿过固定的闭合线圈时，在闭合线圈中会产生感应电流，感应电流的磁场会阻碍磁铁和线圈靠近或离开，也就是磁铁振动时除了空气阻力外，还有线圈的磁场力作为阻力，安培阻力较相对较大，因而磁铁会很快停下来。 3、电磁驱动

［演示4］电磁驱动。

演示教材31页的演示实验。引导学生观察并解释实验现象。 磁场相对于导体运动时，感应电流使导体受到安培力的作用，安培力使导体运动起来，这种现象称为电磁驱动。

交流感应电动机就是应用电磁驱动的原理工作的。简要介绍交流感应电动机的工作过程。

（四）实例探究

【例1】如图所示是高频焊接原理示意图．线圈中通以高频变化的电流时，待焊接的金属工件中就产生感应电流，感应电流通过焊缝产生大量热量，将金属融化，把工件焊接在一起，而工件其他部分发热很少，以下说法正确的是（AD） A．电流变化的频率越高，焊缝处的温度升高的越快 B．电流变化的频率越低，焊缝处的温度升高的越快 C．工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻小

D．工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻大

巩固练习

1．如图所示，一块长方形光滑铝板水平放在桌面上，铝板右端拼接一根与铝板等厚的条形磁铁，一质量分布均匀的闭合铝环以初速度v从板的左端沿中线向右端滚动，则（B）

A．铝环的滚动速度将越来越小 B．铝环将保持匀速滚动

C．铝环的运动将逐渐偏向条形磁铁的N极或S极

D．铝环的运动速率会改变，但运动方向将不会发生改变

2．如图所示，闭合金属环从曲面上h高处滚下，又沿曲面的另一侧上升，设环的初速为零，摩擦不计，曲面处在图示磁场中，则（BD）

A．若是匀强磁场，环滚上的高度小于h B．若是匀强磁场，环滚上的高度等于h C．若是非匀强磁场，环滚上的高度等于h D．若是非匀强磁场，环滚上的高度小于h

3．如图所示，在光滑水平面上固定一条形磁铁，有一小球以一定的初速度向磁铁方向运动，如果发现小球做减速运动，则小球的材料可能是（CD）

A．铁 B．木 C．铜 D．铝

4．如图所示，圆形金属环竖直固定穿套在光滑水平导轨上，条形磁铁沿导轨以初速度v0向圆环运动，其轴线在圆环圆心，与环面垂直，则磁铁在穿过环过程中，做___减速___运动．（选填“加速”、“匀速”或“减速”）

5．如图所示，在O点正下方有一个具有理想边界的磁场，铜环在A点由静止释放向右摆至最高点B．不考虑空气阻力，则下列说法正确的是（B）

A．A、B两点在同一水平线 B．A点高于B点

C．A点低于B点 D．铜环将做等幅摆动 作业

1、认真阅读教材。

2、思考并完成“问题与练习”中的习题。

3、收集“涡流的利用和防止”方面的资料，课后交流。

第五章 交变电流 5．1 交变电流

教学目标

（一）知识与技能

1．使学生理解交变电流的产生原理，知道什么是中性面。 2．掌握交变电流的变化规律及表示方法。

3．理解交变电流的瞬时值和最大值及中性面的准确含义。 （二）过程与方法

1．掌握描述物理量的三种基本方法（文字法、公式法、图象法）。 2．培养学生观察能力，空间想象能力以及将立体图转化为平面图形的能力。 3．培养学生运用数学知识解决物理问题的能力。 （三）情感、态度与价值观

通过实验观察，激发学习兴趣，培养良好的学习习惯，体会运用数学知识解决物理问题的重要性

教学重点、难点 重点

交变电流产生的物理过程的分析。 难点

交变电流的变化规律及应用。 教学方法

演示法、分析法、归纳法。 教学手段

手摇单相发电机、小灯泡、示波器、多媒体教学课件、示教用大的电流表 教学过程

（一）引入新课

出示单相交流发电机，引导学生首先观察它的主要构造。

演示：将手摇发电机模型与小灯泡组成闭合电路。当线框快速转动时，观察到什么现象? 这种大小和方向都随时间做周期性变化电流，叫做交变电流。

（二）进行新课 1、交变电流的产生

为什么矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时线圈里能产生交变电流？

多媒体课件打出下图。当abcd

线圈在磁场中绕OO′轴转动时，哪些边切割磁感线? ab与cd。

当ab边向右、cd边向左运动时，线圈中感应电流的方向 沿着a→b→c→d→a方向流动的。

当ab边向左、cd边向右运动时，线圈中感应电流的方向如何? 感应电流是沿着d→c→b→a→d方向流动的。

线圈平面与磁感线平行时，ab边与cd边线速度方向都跟磁感线方向垂直，即两边都垂直切割磁感线，此时产生感应电动势最大。

线圈转到什么位置时，产生的感应电动势最小?

当线圈平面跟磁感线垂直时，ab边和cd边线速度方向都跟磁感线平行，即不切割磁感线，此时感应电动势为零。

利用多媒体课件，屏幕上打出中性面概念：

（1）中性面——线框平面与磁感线垂直的位置。

（2）线圈处于中性面位置时，穿过线圈Φ最大，但

Δ?=0。 Δt（3）线圈越过中性面，线圈中I感方向要改变。线圈转一周，感应电流方向改变两次。 2．交变电流的变化规律 设线圈平面从中性面开始转动，角速度是ω。经过时间t，线圈转过的角度是ωt，ab边的线速度v的方向跟磁感线方向间的夹角也等于ωt，如右图所示。设ab边长为L1，bc边长L2，磁感应强度为B，这时ab边产生的感应电动势多大? eab=BL1vsinωt = BL1·L21ωsinωt =BL1L2sinωt 22此时整个线框中感应电动势多大? e=eab+ecd=BL1L2ωsinωt 若线圈有N匝时，相当于N个完全相同的电源串联，e=NBL1L2ωsinωt，令Em=NBL1L2ω，叫做感应电动势的峰值，e叫做感应电动势的瞬时值。 根据部分电路欧姆定律，电压的最大值Um=ImR，电压的瞬时值U=Umsinωt。 电动势、电流与电压的瞬时值与时间的关系可以用正弦曲线来表示，如下图所示：

3．几种常见的交变电波形

（三）课堂总结、点评

本节课主要学习了以下几个问题：

1．矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，线圈中产生正弦式交变

电流。

2．从中性面开始计时，感应电动势瞬时值的表达式为e=NBSωsinωt，感应电动势的最大值为Em=NBSω。

3．中性面的特点：磁通量最大为Φm，但e=0。 （四）实例探究

交变电流的图象、交变电流的产生过程

【例1】一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动，线圈中的感应电动势e随时间t的变化如图所示。下面说法中正确的是 （ ）

A．t1时刻通过线圈的磁通量为零

B．t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大

C．t3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大

D．每当e转换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大

交变电流的变化规律

【例2】在匀强磁场中有一矩形线圈，从中性面开始绕垂直于磁感线的轴以角速度ω匀速转动时，产生的交变电动势可以表示为e=Emsinωt。现在把线圈的转速增为原来的2倍，试分析并写出现在的交变电动势的峰值、交变电动势的瞬时值表达式，画出与其相对应的交变电动势随时间变化的图象。

分析物理图象的要点： 一看：看“轴”、看“线”、看“斜率”、看“点”、看“截距”、看“面积”、看“拐点”，并理解其物理意义。

二变：掌握“图与图”“图与式”和“图与物”之间的变通关系。 三判：在此基础上进行正确的分析和判断。 综合应用

【例3】 如图所示，匀强磁场的磁感应强度B=2 T，匝数n=6的矩形线圈abcd绕中心轴OO′匀速转动，角速度ω=200 rad/s。已知ab=0.1 m，bc=0.2 m，线圈的总电阻R=40Ω，试求：

（1）感应电动势的最大值，感应电流的最大值；

（2）设时间t=0时线圈平面与磁感线垂直，写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式；

（3）画出感应电流的瞬时值i随ωt变化的图象；

（4）当ωt=30°时，穿过线圈的磁通量和线圈中的电流的瞬时值各是多大？

（5）线圈从图示位置转过多大？

解析：

π的过程中，感应电动势的平均值是2

5．2 描述交变电流的物理量

教学目标

（一）知识与技能

1．理解什么是交变电流的峰值和有效值，知道它们之间的关系。

2．理解交变电流的周期、频率以及它们之间的关系。知道我国生产和生活用电的周期（频率）的大小。

（二）过程与方法

能应用数学工具描述和分析处理物理问题。 （三）情感、态度与价值观

让学生了解多种电器铭牌，介绍现代科技的突飞猛进，激发学生的学习热情 教学重点、难点 重点

交变电流有效值概念。 难点

交变电流有效值概念及计算。 教学方法 实验、启发 教学手段

多媒体课件

电源、电容器、灯泡“6 V，0.3 A”、幻灯片、手摇发电机 教学过程

（一）引入新课

矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，在线圈中产生了正弦交变电流。如何描述交变电流的变化规律呢？

可以用公式法描述。从中性面开始计时，得出

瞬时电动势：e=Emsinωt 瞬时电流：i=Imsinωt 瞬时电压：u=Umsinωt 其中Em=NBSω

交变电流的大小和方向都随时间做周期性变化，只用电压、电流描述不全面。这节课我们学习表征正弦交变电流的物理量。

（二）进行新课 1．周期和频率 请同学们阅读教材，回答下列问题： （1）什么叫交变电流的周期？ （2）什么叫交变电流的频率？ （3）它们之间的关系是什么？

（4）我国使用的交变电流的周期和频率各是多大？

交变电流完成一次周期性的变化所用的时间，叫做交变电流的周期，用T表示。 交变电流在1 s内完成周期性变化的次数，叫做交变电流的频率，用f表示。

T=

1 f我国使用的交变电流频率f=50 Hz，周期T=0。02 s。

2．交变电流的峰值（Em，Im，Um）

交变电流的峰值是交变电流在一个周期内所能达到的最大数值，可以用来表示交变电流的电流或电压变化幅度。

［演示］电容器的耐压值

将电容器（8 V，500μF）接在学生电源上充电，接8 V电压时电容器正常工作，接16 V电压时，几分钟后闻到烧臭味，后听到爆炸声。

电容器的耐压值是指能够加在它两端的最大电压，若电源电压的最大值超过耐压值，电容器可能被击穿。但是交变电流的最大值不适于表示交变电流产生的效果，在实际中通常用有效值表示交变电流的大小。

思考与讨论：

0～0.2s、0.2～0.5s、0.5～0.8s、0.8～1s这四个阶段电流大小不变化，分别计算出热量，然后加起来。由Q?IRt解得Q1?0.2J；Q2?1.2J；Q3?1.2J；Q4?0.2J 所以，1s内电阻R中产生的热量为 Q?0.2?1.2?1.2?0.2?2.8J 22由Q?IRt解得，I?Q?2.8A=1.67A Rt2．有效值（E、I、U） 让交变电流和直流电通过同样的电阻，如果它们在相同时间内产生热量相等，把直流电的值叫做交变电流的有效值。通常用大写字母U、I、E表示有效值。 正弦交变电流的最大值与有效值有以下关系： I=Im2=0.707Im U=Um2=0.707Um ［强调］ （1）各种使用交变电流的电器设备上所示值为有效值。 （2）交变电流表（电压表或电流表）所测值为有效值。 （3）计算交变电流的功、功率、热量等用有效值。 （三）课堂总结、点评

本节课主要学习了以下几个问题：

1．表征交变电流的几个物理量：周期和频率、峰值和有效值。 2．交变电流的周期与频率的关系：T=

1。 f3．正弦式交变电流最大值与有效值的关系：

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