法拉第電磁感應(yīng)定律

1、4.4法拉第電磁感應(yīng)定律1三維目標(biāo)：知識(shí)與能力1、知道決定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小的因素；2、知道磁通量的變化率是表示磁通量變化快慢的物理量，并能對(duì)“磁通量的變化量” “磁通量的變化率”進(jìn)行區(qū)別；3、理解法拉第電磁感應(yīng)定律的內(nèi)容和數(shù)學(xué)表達(dá)式；4、會(huì)用法拉第電磁感應(yīng)定律解答有關(guān)問(wèn)題；5、會(huì)計(jì)算導(dǎo)線切割磁感線時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大?。?過(guò)程與方法通過(guò)學(xué)生實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和探究能力.情感態(tài)度與價(jià)值觀培養(yǎng)學(xué)生對(duì)實(shí)際問(wèn)題的分析與推理能力。培養(yǎng)學(xué)生的辨證唯物注意世界觀，尤其在分析問(wèn)題時(shí)，注意把握主要矛盾.2、重點(diǎn)難點(diǎn)：平均電動(dòng)勢(shì)與瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)區(qū)別。講學(xué)過(guò)程：一、預(yù)習(xí)反饋：二、探究精講：1感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：教師活動(dòng)：將圖1

2、,圖2用投影儀展示，并設(shè)問(wèn)：圖中電鍵 S均閉合，電路中是否都 有電流？為什么？學(xué)生活動(dòng)：實(shí)驗(yàn)一，對(duì)照?qǐng)D1安培表指針偏轉(zhuǎn)；對(duì)照?qǐng)D2電流計(jì)指針不動(dòng)，但當(dāng)條形 磁鐵位置變動(dòng)時(shí)，電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)，表明回路中有電流。啟發(fā)學(xué)生回答：圖1中產(chǎn)生的電流是由電源提供的，圖2中產(chǎn)生的是感應(yīng)電流。教師引導(dǎo)：由恒定電流的知識(shí)可知，閉合電路中有電流，電路中必有電源。對(duì)比圖1, 圖2提問(wèn)，圖2中的電源在哪里？用投影儀展示圖 3,啟發(fā)學(xué)生回答：圖2中的線圈就 相當(dāng)于是電源，在磁鐵插入線圈的過(guò)程中產(chǎn)生了電動(dòng)勢(shì)。化時(shí)，回路中也會(huì)產(chǎn)生電流。我們把此時(shí)的電流叫感應(yīng)電流。雖然回路中沒(méi)有電源，此處的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，意圖為在講“感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)”這一

3、概念時(shí)，通過(guò)“設(shè)計(jì)問(wèn)題推理”模式來(lái)進(jìn)行概念教學(xué)。以提問(wèn)方式來(lái)復(fù)習(xí)閉合電路中電動(dòng)勢(shì)的概念，知道閉合回路中有電流的條件是閉合回路中有電動(dòng)勢(shì)。閉合電路中提供電動(dòng)勢(shì)的裝置是電源。法拉第通過(guò)多年的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)穿過(guò)閉合回路的磁通量發(fā)生變但根據(jù)有電流的條件可知肯定有電動(dòng)勢(shì)，把在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)就定義叫感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。師生互動(dòng)：（用圖1,圖2裝置進(jìn)行演示說(shuō)明）我們把電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì) 叫感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。以上實(shí)驗(yàn)由學(xué)生自己完成，并從中進(jìn)行對(duì)比、歸納和總結(jié)，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。2.影響感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小的因素：?jiǎn)栴}情景設(shè)置一：剛才的實(shí)驗(yàn)中，磁鐵插入過(guò)程中，除了觀察到電流的有無(wú)以外，你還 觀察到了電流大小有

4、什么特點(diǎn)嗎？是什么因素在起影響作用呢？再做幾次試試看！安排此處的內(nèi)容可激發(fā)學(xué)生探求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小的影響因素的熱情，因?yàn)轱@然每次插入的速度不同時(shí)電流表指針的偏轉(zhuǎn)角度并不相同。 這里教師不要急于去說(shuō)， 對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)這些是 未知的卻可以用簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)定性顯示的。有利于培養(yǎng)學(xué)生的探究熱情和能力。學(xué)生活動(dòng)：實(shí)驗(yàn)二，按圖 所示裝置將相同的磁鐵以不同的速度從同一位置插入線圈 中，觀察并比較電流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)情況。教師順勢(shì)利導(dǎo)：兩次插入過(guò)程穿過(guò)線圈的磁通量變化是否相同？電流計(jì)指針偏角是否相 同？偏角大說(shuō)明什么？原因是什么？問(wèn)題情景設(shè)置二：利用學(xué)生已經(jīng)很熟悉的控制變量思想，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步通過(guò)實(shí)驗(yàn)定性探究，如果控制以相同

5、的速度插入， 是否指針的偏轉(zhuǎn)角度就相同呢？再用不同磁性強(qiáng)弱的磁鐵試試 看！此處的設(shè)計(jì)在于培養(yǎng)學(xué)生的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奶骄烤窈蛯じ笤吹乃季S品質(zhì)。學(xué)生活動(dòng)：實(shí)驗(yàn)三，按圖 所示裝置用兩個(gè)磁性強(qiáng)弱不同的條形磁鐵分別從同一位置 以相同的速度插入線圈中， 觀察并比較電流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)情況（實(shí)驗(yàn)二和實(shí)驗(yàn)三中的磁鐵可由通電螺線管來(lái)代替，以便通過(guò)改變其中的電流來(lái)方便的改變其磁性的強(qiáng)弱）。教師順勢(shì)利導(dǎo)：兩次插入過(guò)程中磁通量變化是否相同？所用時(shí)間是否相同？電流計(jì)指針 偏角是否相同？偏轉(zhuǎn)角大說(shuō)明什么？原因是什么？教師活動(dòng)：引導(dǎo)學(xué)生歸納，電流計(jì)的指針偏角大，說(shuō)明產(chǎn)生的電流大，而電流大的原因是電路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大。實(shí)驗(yàn)（2）由

6、于兩次穿過(guò)磁通量變化相同，穿過(guò)越快，時(shí)間越短，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大， 說(shuō)明感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小與發(fā)生磁通量變化所用的時(shí)間有關(guān)，且在磁通量變化相同的情況下，所需時(shí)間越短，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大；實(shí)驗(yàn)（3）兩種情況所用時(shí)間相同，但穿過(guò)線圈扔磁通量變化不同，電流表的偏轉(zhuǎn)角不同， 而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小不同。說(shuō)明感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小還與磁通量的變化有關(guān)，即在相同的變化時(shí)間情況下，磁 通量變化越大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大。此處應(yīng)用了學(xué)生很熟知的控制變量的探究方法， 不過(guò)學(xué)生的歸納能力還有局限性， 而且 不一定能按照教師的意圖去表述， 這需要教師去傾聽、去適當(dāng)?shù)挠蟹较虻狞c(diǎn)撥。不能一蹴而 就，包辦代替。最后教師歸納指出：

7、 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小似乎與磁通量的變化量及變化所用的反之，則越小。我們?cè)賮?lái)看一個(gè)實(shí)驗(yàn)。時(shí)間有關(guān)，兩者的比值越大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的值越大, 師生互動(dòng)：實(shí)驗(yàn)四，按右圖所示裝置連接電 路，將滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)頭以大小不同的速度從 一側(cè)滑至另一側(cè)，觀察電流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)情況。（教師介紹實(shí)驗(yàn)裝置）教師活動(dòng)：兩次滑動(dòng)過(guò)程中穿過(guò)線圈的磁通量的變化量是否相同？所用時(shí)間是否相同？電流 表的指轉(zhuǎn)角是否相同？偏轉(zhuǎn)角大說(shuō)明什么？其原因是什么?師生互動(dòng)：引導(dǎo)學(xué)生分析與歸納，（1）快滑比慢滑在相同的時(shí)間里流過(guò)線圈Li的電流變化大，引起穿過(guò)線圈 L2的磁通量變化大，即 A大；（2）快滑比慢滑所用的時(shí)間短，即 At 小; （3）快滑與

8、慢滑相比，磁通量變化大而所用時(shí)間短，即單位時(shí)間磁通量變化多；（4）快滑與慢滑相比，電流計(jì)指針的偏角不同，即產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不同，即在單位時(shí)間內(nèi)磁通量變化越多，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大。此實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的意圖是對(duì)前面實(shí)驗(yàn)分析的一種論證。以上現(xiàn)象的分析與歸納都應(yīng)在教師 的引導(dǎo)下，由學(xué)生主動(dòng)的觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，歸納出有關(guān)的結(jié)論，切忌由教師講 解。教師概括、歸納、總結(jié)學(xué)生的結(jié)論，使學(xué)生清晰思路。這個(gè)過(guò)程實(shí)際是突破重難點(diǎn)落實(shí) 三維目標(biāo)的過(guò)程。通過(guò)以上三組實(shí)驗(yàn)可知：當(dāng)穿過(guò)線圈的磁通量變化量與時(shí)間之比越大，即單位時(shí)間內(nèi) 磁通量的變化越多，或者說(shuō)磁通量的變化率越大時(shí)，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就越大。教師活動(dòng)：類

9、比速度、速度變化量和速度變化率的不同，強(qiáng)調(diào)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的重要影響 因素之一應(yīng)該是磁通量的變化率。這一點(diǎn)是本節(jié)課內(nèi)容的一個(gè)難點(diǎn)，用類比的方法加以突破，既降低認(rèn)知難度，又體現(xiàn) 了物理研究中類比是一種常用的重要的研究方法，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的方法觀。學(xué)生各種能力的發(fā)展是和他們?cè)趯W(xué)習(xí)中的相關(guān)行為聯(lián)系在一起的。要發(fā)展某種能力， 就必須經(jīng)歷相關(guān)的過(guò)程。因此這里安排的幾組實(shí)驗(yàn)，既是讓學(xué)生認(rèn)知法拉第電磁感應(yīng)規(guī)律的 建立過(guò)程，更是為學(xué)生提供實(shí)驗(yàn)、觀察、思考、交流的機(jī)會(huì)，以落實(shí)三維目標(biāo)中能力目標(biāo)和 情感價(jià)值觀目標(biāo)。1. 法拉第電磁感應(yīng)定律 內(nèi)容：電路中產(chǎn)生的感應(yīng)動(dòng)勢(shì)大小，跟穿過(guò)這一電路的磁通量的變化率成正比。 表達(dá)式：E

10、=kA/ A t啟發(fā)學(xué)生運(yùn)用學(xué)過(guò)的知識(shí)來(lái)處理比例系數(shù)k,使k=1 （1v=1wb/s）這樣上式可寫成：E=A/ At問(wèn)題情景三：如圖5示。線圈L由導(dǎo)線繞制成n匝，當(dāng)穿過(guò)L的磁 通量變化率為 A/At時(shí)，則線圈L中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為多少？啟發(fā)學(xué)生得出計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的普遍意義的公式E=nA/ A t。教師活動(dòng)：E=nA/ A t公式中的n是線圈的匝數(shù)，因?yàn)榇┻^(guò)每匝線圈的磁通量是相同 的，可看成是n個(gè)單匝線圈串聯(lián)而成， 故整個(gè)線圈的電動(dòng)勢(shì)是單匝線圈的n倍。要注意通過(guò)線圈的磁通量的變化率并不改變，乘n是相當(dāng)于串聯(lián)。11IIIIIIb問(wèn)題情景四：如圖6示，把矩形單匝線圈 abed放在磁感應(yīng) 強(qiáng)度為B的勻

11、強(qiáng)磁場(chǎng)中，線框平面和磁感線垂直。設(shè)線圈可動(dòng)部 ab的長(zhǎng)度為L(zhǎng),以速度v向右勻速平動(dòng)，則線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電 動(dòng)勢(shì)為多少？問(wèn)題研究：（啟發(fā)學(xué)生推導(dǎo)）導(dǎo)體 ab向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，ab棒切割 磁感線，同時(shí)穿過(guò) abed面的磁通量增加，線框中必然要產(chǎn)生感應(yīng) 電動(dòng)勢(shì)。設(shè)經(jīng)過(guò)極短的時(shí)間A t,導(dǎo)體ab運(yùn)動(dòng)的距離為v At，穿過(guò)線框abed的磁通量的變化量為BLvA t，線圈匝數(shù) n=1,代入公式：E=nA/ A t中，得到 E=BLv這里可用等效的思想幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)E=BLv, ab棒向右運(yùn)動(dòng)，等效于 abed面積增大，而磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度不變，因此磁通量發(fā)生變化。ab導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)v與磁感線方問(wèn)題討論：（a）圖6的電路

12、中，哪部分導(dǎo)體相當(dāng)于電源？向B有何關(guān)系？ （b）若導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向與導(dǎo)體本身垂直，但與磁感方向不垂直，設(shè)v與b夾角為e，又如何計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小呢？. j - 丿引導(dǎo)分析：（啟發(fā)同學(xué)們得出計(jì)算結(jié)論）將速度v沿垂直于磁感:線方向的速度分量 vi=vsin e -在切割磁感線，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，、而平行于磁感線方向的分量V2=vcose -不切割磁感線，不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。此時(shí)，導(dǎo)體產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=BLv=BLvsin eE=BLvi=BLvsin e這個(gè)結(jié)論可視為是法拉第電磁感應(yīng)定律在特定條件下的推導(dǎo)式，讓學(xué) 生分清主次以減輕學(xué)生認(rèn)知上的困難且又不影響其在該類型問(wèn)題解決中的應(yīng)用，可以是教師啟發(fā)學(xué)生

13、進(jìn)行推導(dǎo)與演算，可請(qǐng)基礎(chǔ)好的、思維能力強(qiáng)的學(xué)生在黑板上演示推導(dǎo)過(guò)程與結(jié)論，教師不要包辦。通過(guò)此處的師生互動(dòng)，落實(shí)本節(jié)課在這個(gè)知識(shí)點(diǎn)上的課程目標(biāo)！2. 反電動(dòng)勢(shì)教師引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，并通過(guò)小組交流認(rèn)識(shí)電動(dòng)機(jī)在工作時(shí)線圈中會(huì)產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)， 并認(rèn)知能量守恒定律在電動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中的具體表現(xiàn)。此處內(nèi)容旨在讓學(xué)生會(huì)根據(jù)自己所學(xué)習(xí)的知識(shí)，聯(lián)系實(shí)際生產(chǎn)生活中的問(wèn)題來(lái)進(jìn)行思考和解答，激發(fā)學(xué)習(xí)物理知識(shí)的熱情。既能學(xué)以致用，又培養(yǎng)了學(xué)生善于從熟悉的事物中發(fā)現(xiàn) 問(wèn)題、思考問(wèn)題的思維品質(zhì)。因?yàn)椤皩?duì)以往知識(shí)的熟知和對(duì)新鮮事物及其發(fā)展前景的敏感， 是一個(gè)人創(chuàng)造力的源泉?！?.課堂練習(xí)課堂練習(xí)選擇E=nA/ At和E=BLvi=BLvsin e簡(jiǎn)單理解和應(yīng)用類型的題目。探究一：如圖4-3-2所示，一個(gè)50匝的線圈的兩端跟 R=99 Q的電阻相連接，置于豎直向下的 勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，線圈的橫截面積是20 cm2，電阻為1 Q,磁感應(yīng)強(qiáng)度以100 T/s的變化率均勻減小在這一過(guò)程中，通過(guò)電阻R的電流為多大？Il I圖 4-3