：探究感应电流产生的条件

【设计意图】

学生在初中已学习了“闭合电路的部分导体做切割磁感线运 动，则产生感应电流”，并且对“切割”印象深刻。本案例的主要 目标是让学生体会“切割”并不是产生感应电流的充要条件。通过 实验探究、分析归纳，从磁感应强度和磁通面积两个因素入手，自 然引导出磁通量的物理概念，并得出磁通量的变化是产生感应电流

的条件。

【实验准备】

1. 实验1、实验 2和实验 3的器材如图 4所示。其中，实验 3中是 两块异性磁极相对的磁铁，其相对平行的空间内可看成匀强磁场；一 个闭合的矩形线框（线框面积小于匀强磁场区域的面积）与一个灵敏 电流计形成一个探测回路。

2. 用磁感线模拟（空间旋转）的方法制作圆柱形磁铁的磁感线 空间分布的模型，并准备好实验 4 如图 5 所示的器材。

3. 将学生分成每组 4~6 人，组内确定每个任务的主持人（轮流 做组长）。

【探究活动设计】

任务 1 ：根据初中学习的内容，准确陈述产生感应电流的条件。

要求：学生陈述后，让学生指明切割磁感线的是哪部分导体。

任务 2 ：按照图 4 中 3 个实验图进行分组实验，每组承担 1 个 实验。

要求：①设计实验方案；②按方案实验并记录实验现象；③对实 验现象分析讨论后，归纳实验结论（填入表中）；④每组由两位同学 合作进行实验演示并讲解。

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G1 G0

...实验 1. . . ...实验 2. ... . . ...实验 3 图 4

任务 3 ：根据自己组的实验与其他组的实验汇报，完成表中的 1~3 项。

表 实验现象的记录与解释

班级 组别 学号 姓名

实验序列 产生感应电流的操作 本实验可得出的结论 1

2 3 4

与其他组交流后获得的启发是 结论：产生感应电流的条件是

实验 1 显示：穿过闭合回路的磁场强弱变化时，回路中产生感应 电流。实验 2 显示：开关打开或闭合，闭合回路的磁场强弱改变，回 路中产生感应电流。实验 3 中，当水平线框在匀强磁场区域上下移动 时，线框“切割”磁感线，但线框中没有感应电流；当线框在匀强磁 场中旋转或改变磁感线穿过的有效面积时，回路中产生感应电流。

任务 4 ：观察并分析解释实验 4。由上述实验已知：切割磁感线 不一定产生感应电流；在磁感应强度 B 不变、闭合回路有效面积 S 改 变，或 S 不变、B 改变的情况下，闭合回路皆可产生感应电流。若 B 与 S 都改变，闭合回路是否一定产生感应电流呢？

实验 4 ：演示实验——“动态”磁通量不变演示仪，如图 5 所 示。用铁粉模拟出圆柱形磁铁中轴面的磁感线，根据其中的一组对称 的磁感线做出立体的“喇叭口”模型，如图 6 所示。

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...甲...乙 图6

演示操作：把线圈套入圆柱形磁铁，控制活扣，使线圈紧贴着模 型往下运动。

实验现象：在运动过程中，穿过线圈的磁感应强度在减小，线圈 面积在增大，灵敏电流计指针没有发生偏转！但在线圈套入和拿出时 段，灵敏电流计指针有明显变化。

任务：请各组学生针对以上实验现象讨论原因，并解释这个实验 现象。完成表中的第 4 项。

任务 5 ：完成以上探究后的总体结论（陈述在表中）。

【案例评析】

感应电流的产生条件在初中已学过，但对条件的理解主要是

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实验 4 图 5

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“部分电路的切割”。实际上，电磁感应现象中一些不“切割”的现 象也会产生感应电流，因此高中物理中要更全面地研究产生感应电 流的条件，例如闭合回路的磁感应强度 B 变化，闭合回路的面积 S 变 化等。但若用 B 变化或 S 变化两种情况概括成 B·S 变化，即磁通量变 化，这种总结方法是不严谨的。这个案例中的实验 4 是对磁通量问题 的深入探索，对学生思维有较强冲击力。通过实验 4 我们得知，只有 穿过闭合回路磁感线的条数发生变化，闭合回路中才有感应电流。

本案例中，教师设计了实验记录表，引导学生将小组实验的现象 与思考记录在表格中，同时在小组交流后，又引导学生对自己和同伴 的学习进行反思。这些学习过程的记录就可成为学生学习过程中的档 案，积累起来的档案能很好地反映学生日常学习过程中所表现出来的 核心素养水平。