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高中物理人教版选修
3-2
教案
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<
/p>
）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
< br>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
__
< br>，
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/ m
2
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
< br>、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
< br>,
教材
P6
图
< br>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<
/p>
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
< br>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
<
/p>
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
60
0
）
D
以
< br>bc
为轴转动（转过的角度小于
60
0
）
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
< br>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
< br>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
< br>C
、垂直纸面向外平动
D
、绕<
/p>
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<
/p>
Φ
、
Δ
Φ
、
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
=
BLv
sin
θ
如何推得。
5
< br>．会用
E=n
△
Φ
/
△
t
和
< br>E
=
BLv
sin
θ
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。
<
/p>
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
??
< br>;
磁通量的变化快慢（
??
/<
/p>
?
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
< br>??
/
?
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。<
/p>
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
< br>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
< br>,
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<
/p>
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
< br>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
< br>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
< br>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，
< br>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
< br>
C
、两导轨间的最大电压是
2
BL
2
?
D
、两导轨间的平均电压是
27
1/2<
/p>
BL
2
?
/2<
/p>
?
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
< br>
，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
< br>?
，则杆两
端
a
、
b
和
o
间的电势差
U
a o=
以及
U
bo
=
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：<
/p>
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<
/p>
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．”
<
/p>
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
< br>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
始下落，不计阻力，
a
、
b
两端落到地面的次序是
A
、
a
先于
b
B
、
b
先于
a
C
、
a
、
b
同时落地<
/p>
D
、无法判定
例
3
、如图，电容器
PQ
的电容为
10
?
F
，垂直于回路的磁场的磁感应强
度以
5
?
10
-3
T/s<
/p>
的变化率均匀增加，回路面积为
10
-2
m
2
。则
PQ
两极
电势差的绝对值为
V
。
P
极所带电荷的种类为
< br>
，带
电量为
C
。
三、练习与作业
1
< br>、一根沿东西方向的水平导线，在赤道上空自由落下的过程中，导线上各点的电势
A
、东端最高
B
、西端最高
C
、中点最高
D
、各点一样高
2
、如右图，匀强磁场垂直于圆形线圈指向纸里，
a
、
b
、
c
、
d
为圆形线圈上等距离的四点，现用外力作
用在上述四点，将线圈拉成正方形，设线圈导线不可伸长，且线圈仍处于
原先所在的平面内，则在线圈发生形变的过程中
A
、线圈
中将产生
abcd
方向的感应电流
B
、线圈中将产生
adcb
方向的感应电流<
/p>
C
、线圈中将产生感应电流的方向先是
abc
d
，后是
adcb
D
、线圈中无感应电流
3
、如右图，一均匀的扁平条形磁铁的轴线与一圆形线圈在同一平面内，磁铁
中心与圆心重合。为了在
磁铁开始运动时在线圈中得到逆时针方向的感应电流，
磁铁的运动方式
应是
A
、
N
极向纸内，
S
极向纸外，使磁铁绕
O
点转动
B
、
S
极向纸内，
N
极向纸外，使磁铁绕
O
点转动
C
、使磁铁在线圈平面内绕
O
点顺时针转动
D
、使磁铁在线圈平面内绕
O
逆时针转动
4
、如右图，
ab
是一个可绕垂直于纸面的轴
O
转动的闭合距形导
线框，
E
是电源，当滑线变阻器
R
的
滑片
P
自左向右
滑行时，线框
ab
将
A
、保持静止不动
B
、沿逆时针方向转动
C
、沿顺时针方向转动
D
、
发生转动，但电源极性不明，无法确定转动方向。
4.5
感生电动势和动生电动势
教学目标
（一）知识与技能
1
．知道感生电场。
2
．知道感生电动势和动生电动势及其区别与联系。
（二）过程与方法
通过同学们之间的
讨论、研究增强对两种电动势的认知深度，同时提高学习物理的兴趣。
（三）情感、态度与价值观
通过对相
应物理学史的了解，培养热爱科学、尊重知识的良好品德。
教学重点、难点
教学重点：
感生电动势与动生电动势的概念。
教学难点：
对感生电动势与动生电动势实质的理解。
教学方法
讨论法，讲练结合法
教学手段
多媒体课件
教学活动
（一）引入新课
什么是电源？什么是电动势？
电源是通过非静电力做功把其他形式能转化为电能的装置。
<
/p>
如果电源移送电荷
q
时非静电力所做的功
为
W
，那么
W
与
q
的比值
W/q
，叫做电源的电动势。用
E
表示电动势，则：
E=w/q
在电磁感应现象中，要产生电流，必须有感应电动势。这种情况
下，哪一种作用扮演了非静电力
的角色呢？下面我们就来学习相关的知识。
（二）进行新课
1
、感应电场与感生电动势
投影教材图
4.5-1
，穿过闭会回路的磁场增
强，在回路中产
生感应电
流。是什么力充当非静电力使得自由电
荷发生定向运动呢？英
国物理学
家麦克斯韦认为，磁场变化时在
空间激发出一种电场，这种电
场对自由
电荷产生了力的作用，使
自由电荷运动起来，形成了电流，或
者说产生
了电动势。这种由
于
磁场的变化而激发的电场叫感生电场
。
感
生电场对
自由电荷的作用力充当了非静电力。由感生电场产
生的感应电
动势，叫
做感生电动势。
例题：教材
P22
，例题分析
2
、洛伦兹力与动生电动势
（投影）教材
P23
的〈思考与讨论〉
1
．导体中自由电荷（正电荷）具有水平方向
的速度，由左手定则可判断受到沿棒向上的洛伦兹力
作用，其合运动是斜向上的。
2
．自由电荷不会一直运动下去。因为
C
、
D
两端聚集电
荷越来越多，在
CD
棒间产生的电场越来
越强，当电场力等于洛伦兹力时，自由电荷不再定向运动。
3
．
C
端电势高。
4
．导体棒中电流是由
D
指向
C
的。
一段导体切割磁感线运动时相当于一个电源，这时非静电力与洛伦兹力有关。由于导体运动而产
生的电动势叫
动生电动势
。
如图所示，导体棒运动过程中产生感应电流，试分析电路中的能量
转化情
况。
导体棒
中的电流受到安培力作用，安培力的方向与运动方向相反，
阻碍导
体棒的运动，导体棒要克服安培力做功，将机械能转化为电能。
（四）实例探究
磁场变强
【例
1
】如图所示，一个闭合电路静止于磁场中，由于磁场强弱的变
化，而使
电路中产生了感应电动势，下列说法中正确的是（
A
C
）
A
．磁
场变化时，会在在空间中激发一种电场
B
．使电荷定向移动形成电流的力是磁场力
C
．使电荷定向移动形成电流的力是电场力
D
．以上说法都不对
【例
2
】
如图所示，
导体
AB
在做切割磁感线运动时，将产生一
个电动势，
因而在电路中有电流通过，下列说法中正确的是（
AB
）
A
．因导体运动而产生的感应电动势称为动生电动势
B
．动生电动势的产生与洛仑兹力有关
C
．动生电动势的产生与电场力有关
D
．动生电动势和感生电动势产生的原因是一样的
【例
3
】如图所示，两根
相距为
L
的竖直平行金属导轨位于磁感应强
度为
B
、
方向垂直纸面向里的匀强
磁场中，
导轨电阻不计，
另外两根与上述光滑导
轨保持
良好接触的金属杆
ab
、
cd
质量均为
m
，
电阻均为
R
，
< br>若要使
cd
静止不动，
则
ab
杆
_
应向
上运动，
速度大小为
_2mgR/B
2
L
2
_
，
作用于
ab
杆上的外力大小为
_2mg
巩固练习
1
．
如图所示，
一个带正电的粒子在垂直于匀强磁场的平面内做圆
当磁感应强度均匀增大时，此粒子的动能将（
B
）
A
．不变
B
．增加
C
．减少
D
．以上情况都可能
2
．穿过一个电阻为
l
Ω
的单匝闭合线圈的磁通量始终是每秒钟均
2Wb
，则（
BD
）<
/p>
A
．线圈中的感应电动势一定是每秒减
少
2V
B
．线圈中的感应电动势一定是
2V
C
．线圈中的感应电流一定是每秒减少
2A
D
．线圈中的感应电流一定是
2
A
周运动，
匀地减少
3
．在匀强磁场中，
ab
、
cd
两根导体棒沿两根导轨分别以速度
v
1
、
v
2
滑动，
如图所示，下列情况中，能
使电容器获得最多电荷量且左边极板带正电的是（
C
）
A
．
v
1
＝
v
2
，方向都向右
B
．
v
1
＝
< br>v
2
，方向都向左
C
．
v
1
>
v
2
，
v
1
向右，
v
2
向左
D
．
v
1
>
v
2
，
v
1
向左，
v
2
向右
4
．如图
所示，面积为
0.2m
2
的
100
匝线圈处在匀强磁场
中，磁场方
问垂直于线圈平面，已知磁感应强度随时间变化的规律为
B
=
（
2+0.2
t
）
T
，定值电阻
R
1
=6
Ω
，线圈电阻
R
2
=4
Ω<
/p>
，求：
（
1<
/p>
）磁通量变化率，回路的感应电动势；
（
4V
）
（
2
）
a
、
b
两点间电压
U
ab
（
2.4A
）
5
．如图所示，在物理实验中，常用“冲击式电流计”来测定通过某
闭合电路的电荷量．探测器线
圈和冲击电流计串联后，又能测定磁场的磁感应强度．已知
线圈匝数为
n
，面积为
S
，线圈与冲击电流
计组成的回路电阻为
R
，把线圈放在被测匀强磁场中，开始时线圈与磁场方向垂直，现将线圈翻转
180
°，
冲击式电流计测出通过线圈的电荷量为
q
，
由此可知，
被测磁场的
磁磁感应强度
B
=__qR/2nS__
6
．如图所示，
A
、
B
为大小、形状均相同且内壁光滑，但用不同材料制成的圆管，竖直固定在相
同高度．两个相同的磁性小球，同时从
A
、
B
管上端的管口无初速释放，穿过
A
管的小球比穿过
B
管
的
小球先落到地面．下面对于两管的描述中可能正确的是（
AD
）
A
．
A
管是用塑料制成的，
B
管是用铜制成的
B
．
A
管是用铝制成的，
B
管是用胶木制成的
C
．
A
管是用胶木制成的，
B
管是用塑料制成的
D
．
A
管是用胶木制成的，
B
管是用铝制成的
4.6
互感和自感
一、教学目标：
（一）知识与技能
①了解互感和自感现象
②了解自感现象产生的原因
③知道自
感现象中的一个重要概念——自感系数，了解它的单位及影响其大小的因素
（二）过程与方法：
引导学生从事物
的共性中发掘新的个性，
从发生电磁感应现象的条件和有关电磁感应得规律，
提出
自感现象，并推出关于自感的规律。会用自感知识分析，解决一些简单
的问题，并了解自感现象的利
弊以及对它们的防止和利用
（三）情感、态度、价值观
培养学生
的自主学习的能力，
通过对已学知识的理解实现知识的自我更新，
以适应社会对人才的要
求
二、重点、难点及解决办法
1
．重点：自感现象及自感系数
2
．难点：①
自感现象的产生原因分析
②通、断电自感的演示实验中现象解释
3
．解决办法：
通过分
析实验电路和直观的演示实验，引导学生运用已学的电磁感应知识进行分析、归纳，再利用
电路中的并联规律，从而帮助学生突破本节重点、排除难点。
三．学生活动设计：
启发引导学生利用前面学过的电路
知识及电磁感应知识，分析通电自感和断电自感的电路图，
预测
将会产生的实验现象，然后再通过观察实验现象验证自身的思维，并归纳总结自感现象这一规律产生
的原因。
四．教具准备
通、断电自感演示装置，电池四节（带电池盒）导线若干
五．重点、难点的学习与目标完成过程
引入新课
问题情景：①发生电磁感应
的条件是什么？②怎样得到这种条件，也就是让闭合回路中磁通量发
生变化？③下面这两
种电路中当电键断开和闭合瞬间会发生电磁感应现象吗？如果会发生，它们有什
么不同呢
？
（一）互感现象
1
、基本概念：①互感：②互感现象：③互感电动势：
2
、互感的理解：
< br>（
1
）
、如右图断开、闭合开关
瞬间会发生电磁感应吗？（
2
）这是互感吗？
< br>
小结：互感现象不仅发生与绕在同一铁芯上的两个何相互靠近的电路之间。线圈
之间，而且可以发生
于任何两个相互靠近的电路之间。
问题情景：
（互感中的能量）另一电路中能量从哪儿来的？
小结：互感现象可以把能量从一个电路传到另一个电路。
3
、互感的应用和防止：
（二）自感现象
< br>1
、问题情景：由电流的磁效应可知，线圈通电后周围就有磁场产生，电流变化，
则磁场也变化，那么
对于这个线圈自身来说穿过它的磁通量在此过程中也发生了变化。是
否此时也发生了电磁感应现象
呢？我们通过实验来解决这个问题。
2
、演示实验：
实验
1
（演示
P
25
实验）出示自感演示器，通电自感。
< br>
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
，<
/p>
调节变阻器
R
和
R
1
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
A
2
立刻正常发光，
A
1
比
A
2
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
）
< br>微亨（
μ
H
）
< br>
（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
< br>将变得更亮，然后
渐渐变
暗
<
/p>
【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
< br>R
1
＞
R
2
，灯泡的亮度怎样变化？
（
2
）若
R
1
＜
R
2
，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
< br>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<
/p>
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。<
/p>
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。
<
/p>
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<
/p>
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，<
/p>
感应电流使导体受到安培力的作用，
安培力的方
< br>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
< br>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
< br>
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
< br>）
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
）
< br>
A
．铁
B
．木
C
．铜
D
．铝
<
/p>
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
v
0
向圆环运动，其轴线在圆环圆心，与环面垂
直，则<
/p>
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
< br>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。
< br>
（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<
/p>
与
cd
。
当
ab
边向右、
c
d
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：
< br>（
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<
/p>
?
=0
。
Δ
t
（
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
，
过的角度是
ω
t
，
ab
边的线速度
v
的方向跟磁感线方向间的夹
于
ω
t
，如右图所示。设
ab
边长为
L
1
，
bc
边长
L
2
，磁感应强
B
，这时
ab
边产
生的感应电动势多大
?
e
ab
=
BL
1
v
sin
ω
t
=
BL
1
·
线圈转<
/p>
角也等
度
为
L<
/p>
2
1
ω
sin<
/p>
ω
t
=
BL<
/p>
1
L
2
sin<
/p>
ω
t
2
2
此时整个线框中感应电动势多大
?
e
=
e
ab
+
e
cd
=
BL
1
L
2
ω
sin
ω
t
若线圈有
N
匝时，相当于
N
个完全相同的电源串联，
e
=
NBL
1
L
2
ω
sin
ω
t
，令
E
m
=
NBL
1
L
2
ω
，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
U
m
=
I
m
R
，电压的瞬时值
U
< br>=
U
m
sin
< br>ω
t
。
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
=
NBS
ω
s
i
n
ω
t
，感应电动势的最大值为
E
m
=
NBS
ω
。
3
．中性面的特点：磁通量最大为
Φ
m
，
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
．
t
1
时刻通过线
圈的磁通量为零
B
．
t
2
时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大
C
．
t
< br>3
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
=
E
m
sin
ω
t
。现在把线圈的转速增为原来的
2
倍，试分析并写出现在的<
/p>
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
】
<
/p>
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<
/p>
′匀
速转动，角速度
ω
< br>=200 rad/s
。已知
ab
=0.1
m
，
bc
=0.2 m
，线圈的总电阻
R=40
Ω
，
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
ω
t
变化
的图象；
（
4
）
当
ω
t
=
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
解析：
π
的过程中，感应电动势的平均值是
2
多大？
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
=
E
m
sin
ω
t
瞬时电流：
i
=
I
m
sin
ω
t
瞬时电压：
< br>u=
U
m
sin
ω
t
其中
E
m<
/p>
=
NB
S
ω
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（
E
m
，
I
m
< br>，
U
m
）
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
，
< br>500
μ
F
）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
、
< br>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<
/p>
?
I
Rt
解得<
/p>
Q
1
?
0
.
2
J
；
Q
2
?
1
.
2
J
；
Q
3
?
1
.
2
J
；
Q<
/p>
4
?
0
.
2
J
所以，
1s<
/p>
内电阻
R
中产生的热量为
Q
?
0
.
2
?
1
.
2
?<
/p>
1
.
2
?
0
.
2
?
2
.
8
J
2
2
由
Q
< br>?
I
Rt
解得，
I
?
Q
?
2
.
8
A=1.67A
Rt
2
．有效值（
E<
/p>
、
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
、<
/p>
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
=
I
m
2
=0.707
I
m
U
=
U
m
2
=0.707
U
m
［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
。
f
3
．正弦式交变电流最大值与有效值的关
系：
I
=
I
m
2
，
U
=
U
m
2
。
（四）实例探究
【例
1
】表示交变电流随时间变化图象
如图所示，则交变电流有效值为（
）
A
．
5
2
A
C
．
3.5
2
A
B
．
5 A
D
．
3.5 A
综合应用
【例
2
】交流发电机矩形线圈边长
ab
=
cd
=0.
4 m
，
bc
=
ad
=0.2 m
，共
50
匝，线圈电阻
r=1
Ω
，线圈
在
B
=0.2 T
的匀强磁场中，绕垂直磁场方向的轴
OO
′以
匀速转动，外接电阻
9
Ω
< br>，如图所示。求：
（
1
）电压表读数；
（
2
）电阻
R
上电功率。
100
?
r/s
转
速
5
．
3
电感和电容对交变电流的影响
教学目标
（一）知识与技能
1
．理解为什么电感对交变电流有阻碍作用。
2
．知道用感抗来表示电感对交变电流阻碍作用的大小，知道感抗与哪些因素有关。
3
．知道交变电流能通过电容器
< br>.
知道为什么电容器对交变电流有阻碍作用。
4
．知道用容抗来表示电容对交变电流的阻碍作用的大小
.
知道容抗与哪些因素有关。
（二）过程与方法
1
．培养学生独立思考的思维习惯。
2
．培养学生用学过的知识去理解、分析新问题的习惯。
（三）情感、态度与价值观
培养学生有志于把所学的物理知识应用到实际中去的学习习惯。
教学重点、难点
重点
1
．电
感、电容对交变电流的阻碍作用。
2
．感抗、容抗的物理意义。
难点
1
．感
抗的概念及影响感抗大小的因素。
2
．容抗概念及影响容抗大小的因素。
教学方法
实验法、阅读法、讲解法。
教学手段
双刀双掷开关、
学生用低压交直流电源、
灯泡
（
< br>6 V
、
0.3 A
）
、
线圈
（用变压器的副线圈）
< br>、
电容器
（
“
< br>10
3
μ
F
、
15
V
”与“
200
μ
F
、
15
V
”
）
2
个、
两个扼流圈、投影片、投影仪
教学过程
（一）引入新课
在直流电路中，影响
电流跟电压关系的只有电阻。在交变电流路中，影响电流跟电压关系的，除
了电阻外，还
有电感和电容。电阻器、电感器、电容器是交变电流路中三种基本元件。这节课我们学
习
电感、电容对交变电流的影响。
（二）进行新课
1
．电感对交变电流的阻碍作用
［演示］电阻、电感对交、直流的影响。实验电路如下图甲、乙所示：
演示甲图，电键分别接到交、
直流电源上，引导学生观察两次灯的亮度
灯的亮度相同。说明电阻对交流和直流的阻碍作用相同。
演示乙图，电键分别接到交、直流电源上，引导学生观察两次灯的亮度
电键接到直流上，亮度不变；接到交流上时，灯泡亮度变暗。说明线圈对直流电和交
变电流的阻
碍作用不同。
线圈对直流
电的阻碍作用只是电阻；而对交变电流的阻碍作用除了电阻之外，还有电感
.
为什么会
产生这种现象呢？
由电磁感应的知识可知，当线圈中通过交变电流时，产生自感电动势，阻碍电流的变化。
电感对交变电流阻碍作用的大小，用感抗来表示。感抗的大小与哪些因素有关？请
同学们阅读教
材后回答。
感抗决定于
线圈的自感系数和交变电流的频率。线圈的自感系数越大，自感作用就越大，感抗就
越大
；交变电流的频率越高，电流变化越快，自感作用越大，感抗越大。
< br>线圈在电子技术中有广泛应用，有两种扼流圈就是利用电感对交变电流的阻碍作用制成的。出示
< p>扼流圈，并介绍其构造和作用。
（
1
）低频扼流圈
构造：线圈绕在闭合铁芯上，匝数多，自感系数很大。
作用：对低频交变电流有很大的阻碍作用。即“通直流、阻交流”
。<
/p>
（
2
）高频扼
流圈
构造：线圈绕在铁氧体芯上，线圈匝数少，自感系数小。
作用：对低频交变电流阻碍小，对高频交变电流阻碍大。即“通低频、阻高频”
。
2
．交变电流能够通过电容器
［演示］电容对交、直流的影响。实验电路如图所示：
开关
S
分别
接到直流电源和交变电流源上，观察现象
接通直流电源，灯泡
不亮；接通交变电流源，灯泡亮了。说明了直流电不能够通过电容器，交变
电流能够“通
过”电容器。
电容器的两极板间是绝缘介质，为什么交变电流
能够通过呢？用
CAI
课件展示电容器接到交变电
流源上，充、放电的动态过程。强调自由电荷并没有通过电容器两极板间的绝缘介质，只是当电源电<
/p>
压升高时电容器充电，电荷向电容器的极板上集聚，形成充电电流；当电源电压降低时电容
器放电，
电荷从电容器的极板上放出，形成放电电流。电容器交替进行充电和放电，电路
中就有了电流，表现
为交流通过了电容器。
3
．电容器对交变电流的阻碍作用
［演示］电容器对交变电流的影响
将刚才实验电路中“
1000
μ
F
，
15
V
”的电容器去掉，观察灯泡的亮度，说明了什么道理？
灯泡的亮度变亮了。说明电容器对交变电流也有阻碍作用。
<
/p>
的确是这样。物理上用容抗来表示电容器对交变电流阻碍作用的大小。容抗跟哪些因素有关
呢？
请同学们阅读教材后回答。
容抗
决定于电容器电容的大小和交变电流的频率
.
电容越大，在同样
电压下电容器容纳电荷越多，
因此充放电的电流越大，容抗就越小；交变电流的频率越高
，充放电进行得越快，充放电电流越大，
容抗越小
.
即电容器的电容越大，交变电流频率越高，容抗越小。电容器具有“通交流、隔直流”
“通高
频、阻低频”的特点。
介绍电感、电容的广泛存在。
（三）课堂总结、点评
本节课主要学习了以下几个问题：
1
．
由于电感线圈中通过交变电流时产生自感电动势，
阻碍电流变化，
对交变电流有阻碍作用
.
电感
对交变电流阻碍作用大小用感抗来表示
.<
/p>
线圈自感系数越大，交变电流的频率越高，感抗越大，即线圈
有“
通直流、阻交流”或“通低频，阻高频”特征
.
2
．
交变电流
“通过”电容器过程，
就是电容器充放电过程
.
由于电容器极板上积累电荷反
抗自由电
荷做定向移动，
电容器对交变电流有阻碍作用
.
用容抗表示阻碍作用的大小
.
电容器的电容越大，交流的
频率越高，容抗越小
.
故电容器在电路中有“通交流、隔直流”或“通高频、阻低频”特征。
（四）实例探究
电感对交变电流的影响
【例
1
】如图所示电路中，
L
为电感线圈，
R
为灯泡，电流表内
阻为零。电压表内阻无限大，交流
电源的电压
u
=220
2
sin10
π
t
V
。若保持电
压的有效值不
变，只将
A
电源频率改为
25Hz
，下列说法中正确的是
（
）
R
A
．电流表示数增大
u
V
L
B
．电压表示数减小
C
．灯泡变暗
D
．灯泡变亮
电感和电容对交变电流的影响
【例
2
】
图所示是
电视机电源部分的滤波装置，
当输入端输入含有直流成分、
交流
低频成分的电流
后，能在输出端得到较稳定的直流电，试分析其工作原理及各电容和电感
的作用。
L
输
输
C
C
1
2
出
入
（五）巩固练习
1
．关于
低频扼流圈，下列说法正确的是
A
．这种线圈的自感系数很小，对直流有很大的阻碍作用
B
．这种线圈的自感系数很大，对低频电流有很大的阻碍作用
C
．这种线圈的自感系数很大，对高频交流的阻碍
作用比低频交流的阻碍作用更大
D
．
这种线圈的自感系数很小，对高频交流的阻碍作用很大而对低频交流的阻碍作用很小
<
/p>
2
．在图所示电路中，
u
是有效值为
200 V
的交流电源，
< br>C
是电容器，
R
是电阻
.
关于交流电压表的
示数，下列说法正确的是<
/p>
（
）
A
．等于
220 V
B
．大于
220 V
C
．小于
220 V
D
．等于零
3
．在图所示的电路中，
a
、
b
两端连接的交流电源既含高频
交流，
又含低频交流；
L
是一个
25 mH
的高频扼流圈，
C
是一个
100 pF
的电容
L
a
器，
R
是负载电阻，下列说
法中正确的是
（
）
A.
L
的作用是“通低频，阻高频”
C
R
b
C
u
R
V
B.
C
的作用是“通交流，隔直流”
C.
C
的作用是“通高频，阻低频”
D.
通过
R
的电流中，低频电流所占的百分比远远大于高频
交流所占的百分比
4
．如图所示，交
变电流电压的瞬时表达式
u
=311sin157
t
V
时，三个电流表的示数相同，若电源电
压改为
u
′
=sin
314
t
V
时，则
（
）
A
．电流表
A
的示数减小
B
．电流表
A
的示数增大
C
．电流表
A
的示数不变
1
L
C
2
A
1
A
2
3
R
A
3
5
．
4
变压器
教学目标
（一）知识与技能
1
．知道变压器的构造，了解变压器的工作原理。
2<
/p>
．理解理想变压器原、副线圈中电压与匝数的关系，能应用它分析解决有关问题。
（二）过程与方法
在探究变压比和匝数比的关系中培养学生运用物理理想化模型分析问题、解决问题的能力。
（三）情感、态度与价值观
1<
/p>
．使学生体会到能量守恒定律是普遍适用的。
2
．培养学生实事求是的科学态度。
教学重点、难点
重点
探究变压比和匝数比的关系。
难点
探究变压比和匝数比的关系。
教学方法
实验探究法、阅读法、讲解法。
教学手段
学生电源、可拆变压器、交流电压表、交流电流表、灯泡
教学过程
（一）引入新课
在实际应用中，常常
需要改变交流的电压
.
大型发电机发出的交流，电压有几万伏，
而远距离输电
却需要高达几十万伏的电压。各种用电设备所需的电压也各不相同。电灯、
电饭煲、洗衣机等家用电
器需要
220
V
的电压，
机床上的照明灯需要
36
V
的安全电压。
一般半导体收音机的电源电压不超过
10
V
，而电视机显像管却需要
10000
V
以上的高电压。交流便于改变电压，以适应各种不同需要。变压器
就是改变交流电压的设备。这节课我们学习变压器的有关知识。
（二）进行新课
1
．变压器的原理
思考与讨论：
按上图所示连接好电路，接通电源，观察灯泡是否发光。
两个线圈并没有直接接触，灯泡为什么亮了呢？这个实验说明了什么？
当一个线圈中同交变电流时，变化的电流产生变化的磁场，变化的磁场在另一个线圈
中激起感生
电场，从而产生感生电动势，灯泡中有了感应电流，故灯泡发光。
实验说明，通过互感现象，电源的能量可以从一个线圈传输给另一个线圈
。
变压器就是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈构成的。
一个线圈跟电源连接，叫原线圈（初级线圈）
，另一个线圈跟负载连
接，叫副线圈（次级线圈）
。
两个线圈都是绝缘导线绕制成的。
铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成。
画出变压器的结构示意图和符号，如下图所示：
互感现象时变压器工作的基础。在原线圈上加交变电压
U
1
，原线圈中就有交变电流，它在铁芯中<
/p>
产生交变的磁通量。这个交变磁通量既穿过原线圈，也穿过副线圈，在原、副线圈中都要引
起感应电
动势。如副线圈是闭合的，在副线圈中就产生交变电流，它也在铁芯中产生交变
的磁通量，在原、副
线圈中同样引起感应电动势。副线圈两端的电压就是这样产生的。所
以，两个线圈并没有直接接触，
通过互感现象，副线圈也能够输出电流。
变压器线圈两端的电压与匝数有何关系呢？下面我们通过实验来探究。
目的：探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系
器材：可拆变压器，学生电源，多用电表，导线若干
实验步骤：
（
1
）按图示电路连接电路
（
2
）原线圈接低压交流电源
6V
，保持原线圈匝数
n
1<
/p>
不变，分别取副线圈匝数
n
2
=
用多用电表交流电压档分别测出副线圈两端的电压，记入表格。
（
3
）原线圈接低压
交流电源
6V
，保持副线圈匝数
n
2
不变，分别取原线圈匝数
n
1
=
用多用电表交流电压档分别测出副线圈两端的电
压，记入表格。
U
1
＝
6V
实验次数
原线圈匝
< br>数
n
1
副线圈匝
数
n
2
副线圈输
出电压
U
2
结论
（
4
）总结实验现象，得出结论。
1
n
1
2
n
1
n
1
3
n
1
2
n
1
4
n
2
5
n
2
n
2
1
n
1
，
n
1
，
2
n
1
，
2
1
n
2
，
n
2
，
2
n
2
，
2
6
n
2
2
n
2
1
n
1
2
1
n
2
2
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