《法拉第電磁感應(yīng)定律》教學(xué)設(shè)計(jì)

1、?法拉第電磁感應(yīng)定律?教學(xué)設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)思想法拉第電磁感應(yīng)定律是電磁學(xué)的核心內(nèi)容。從知識(shí)開展來看 ,它既與電場(chǎng)、磁場(chǎng)和穩(wěn)恒電流有緊密聯(lián)系 ,又是后面學(xué)習(xí)交流電、電磁振蕩和電磁波的根底。它既是本章的教學(xué)重點(diǎn) ,也是教學(xué)難點(diǎn)。在學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容之前 ,學(xué)生已經(jīng)掌握了恒定電流、電磁感應(yīng)現(xiàn)象和磁通量的相關(guān)知識(shí) ,并且也知道了變化量和變化率的概念。學(xué)生已經(jīng)具備了很強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)操作能力 ,而且本節(jié)課的實(shí)驗(yàn)也是上節(jié)課所演示過的 ,只不過研究的側(cè)重點(diǎn)不同。因此 ,有條件的學(xué)?？蓪⒈竟?jié)課的演示實(shí)驗(yàn)改為學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)。另外 ,學(xué)生對(duì)物理學(xué)的研究方法已有較為深刻的認(rèn)識(shí) ,在自主學(xué)習(xí)、合作探究等方面的能力有了較高的水平。本節(jié)課的

2、重點(diǎn)法拉第電磁感應(yīng)定律的建立過程 ,設(shè)計(jì)中采用了讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)方案 ,自己動(dòng)手做實(shí)驗(yàn) ,思考討論 ,教師引導(dǎo)找出規(guī)律的方法 ,使學(xué)生能夠深刻理解法拉第電磁感應(yīng)定律的建立過程。對(duì)于公式 ,讓學(xué)生自己根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律 ,動(dòng)手推導(dǎo) ,使學(xué)生深刻理解。本節(jié)課的難點(diǎn)是對(duì)、物理意義的理解 ,在難點(diǎn)的突破上 ,采用了類比的方法。把、E和υ、Δυ、a類比起來 ,使學(xué)生更容易理解、和E之間的聯(lián)系。二、教學(xué)目標(biāo)(一)知識(shí)和能力目標(biāo)1.知道感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的概念 ,會(huì)區(qū)分Φ、ΔΦ、的物理意義。2.

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 ,并能應(yīng)用解答有關(guān)問題。3.知道公式的推導(dǎo)過程及適用條件 ,并能應(yīng)用解答有關(guān)問題。4.通過學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的操作、觀察、分析 ,找出規(guī)律 ,培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手操作能力 ,觀察、分析、總結(jié)規(guī)律的能力。(二)過程與方法目標(biāo)1.教師通過類比法引入感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) ,通過演示實(shí)驗(yàn) ,指導(dǎo)學(xué)生觀察分析 ,總結(jié)規(guī)律。2.學(xué)生積極思考認(rèn)真比擬 ,理解感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的存在 ,通過觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析討論 ,總結(jié)影響感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小的因素。(三)情感、態(tài)度、價(jià)值觀目標(biāo)1.通過學(xué)生之間的討論、交流與協(xié)作探究 ,培養(yǎng)學(xué)生之間的團(tuán)隊(duì)合作精神。2.讓學(xué)生在探究過程中體驗(yàn)解決問題的成功喜悅 ,增進(jìn)學(xué)生學(xué)

4、習(xí)物理的情感。三、教學(xué)重點(diǎn)法拉第電磁感應(yīng)定律的建立過程以及對(duì)公式E=、的理解。四、教學(xué)難點(diǎn)對(duì)Φ、ΔΦ、物理意義的理解。五、教學(xué)準(zhǔn)備準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)儀器：電流計(jì)、蹄形磁鐵、螺線管、鐵芯、學(xué)生電源、變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線假設(shè)干。(假設(shè)為分組實(shí)驗(yàn) ,應(yīng)準(zhǔn)備假設(shè)干組器材)六、教學(xué)過程(一)引入新課教師和學(xué)生一起回憶第一節(jié)中的三個(gè)實(shí)驗(yàn)。在這三個(gè)實(shí)驗(yàn)中 ,閉合電路中都產(chǎn)生了感應(yīng)電流 ,那么電路中必須要有電源 ,電源提供了電動(dòng)勢(shì) ,從而產(chǎn)生電流。在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)叫做感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。那么感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小跟哪些因素有關(guān)呢?本節(jié)課我們就來共同研究這個(gè)問題。(二)講授

5、新課* 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)電源能夠產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì) ,那么在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中 ,產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的那局部導(dǎo)體就相當(dāng)于電源。學(xué)生思考討論：如下列圖所示的三個(gè)實(shí)驗(yàn)中 ,分別是哪局部相當(dāng)于電源?圖1圖2圖3圖1中電源是導(dǎo)體棒AB ,圖2中電源是螺線管B ,圖3中電源也是螺線管B。學(xué)生思考討論：產(chǎn)生感應(yīng)電流的閉合電路斷開 ,還有沒有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)?引導(dǎo)學(xué)生：電路斷開就相當(dāng)于接入一個(gè)阻值無窮大的電阻 ,電流為零 ,但是依然有電動(dòng)勢(shì)。教師總結(jié)：可見 ,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)才是電磁感應(yīng)現(xiàn)象的本質(zhì) ,電磁感應(yīng)現(xiàn)象重要的是看感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有無。下面我們就來共同研究感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小跟哪些因素有關(guān)。學(xué)生探究活動(dòng)：如何通過上圖所示的三個(gè)實(shí)驗(yàn)來研究影響

6、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小因素呢?引導(dǎo)學(xué)生：對(duì)于閉合電路電阻是一定的 ,可以通過電流表指針偏轉(zhuǎn)的角度大小來確定電路中感應(yīng)電流的大小 ,從而確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小。如何改變電路中電流的大小?學(xué)生設(shè)計(jì)的可能方案如下：1.如圖1所示電路 ,通過改變導(dǎo)體棒做切割磁感線運(yùn)動(dòng)的速度大小 ,來研究影響感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小的因素。2.如圖2所示電路 ,通過改變條形磁鐵插入和拔出螺線管的速度大小 ,來研究影響感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小的因素。3.如圖3所示電路 ,通過改變滑動(dòng)變阻器滑片移動(dòng)的速度大小 ,來研究影響感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小的因素。安排學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)(為了節(jié)省時(shí)間 ,可將學(xué)生分為三大組 ,每一大組只做上述方案中的一個(gè)實(shí)驗(yàn) ,每一大組適當(dāng)?shù)姆?/p>

7、為幾個(gè)小組。做完實(shí)驗(yàn)后由各組長(zhǎng)上報(bào)實(shí)驗(yàn)結(jié)果 ,然后由教師在提煉總結(jié))。結(jié)論：1.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小 ,與導(dǎo)體棒切割磁感線的速度大小有關(guān)。速度越大 ,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大。2.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小 ,與條形磁鐵插入或拔出螺線管的速度大小有關(guān) ,速度越大 ,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大。3.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小 ,與滑動(dòng)變阻器滑片移動(dòng)的速度大小有關(guān)。速度越大 ,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大。學(xué)生思考討論：認(rèn)真分析三個(gè)實(shí)驗(yàn)及其結(jié)論 ,找出共同的規(guī)律。引導(dǎo)學(xué)生：產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是：穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化。對(duì)于圖1所示實(shí)驗(yàn) ,磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度不變 ,通過導(dǎo)體棒做切割磁感線的運(yùn)動(dòng) ,改變了閉合電路的面積 ,從而改變穿過該電

8、路的磁通量 ,從而產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)越快 ,那么回路面積變化也越快 ,使得磁通量的變化越快 ,而電流表指針偏轉(zhuǎn)角度越大 ,說明感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與磁通量的變化快慢有關(guān)。磁通量變化越快 ,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大。讓學(xué)生自己分析另外兩個(gè)實(shí)驗(yàn) ,總結(jié)結(jié)論共同規(guī)律：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與磁通量的變化快慢有關(guān)。磁通量的變化快慢如何表示呢?(從數(shù)學(xué)角度定量的表示)設(shè)時(shí)刻t1時(shí)穿過閉合電路的磁通量為Φ1 ,時(shí)刻t2時(shí)穿過閉合電路的磁通量為Φ2 ,那么在時(shí)間Δt=t2-t1內(nèi)磁通量的變化量為ΔΦ=Φ2-&

9、;Phi;1 ,磁通量的變化快慢可以用單位時(shí)間內(nèi)磁通量的變化量來表示 ,也叫磁通量的變化率。(對(duì)于Φ、ΔΦ、和E ,學(xué)生很難理解它們之間的關(guān)系的 ,教師可將Φ、ΔΦ、E和υ、Δυ、a類比起來 ,學(xué)生較容易接受。)* 法拉第電磁感應(yīng)定律1.內(nèi)容：電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小 ,跟穿過這一電路的磁通量的變化率成正比。2.表達(dá)式：E∝寫成等式形式 ,乘上比例系數(shù)k即E=k3.單位：E(V) ,Φ(Wb)

10、 ,t(s)上式中的常數(shù)k等于多少呢?請(qǐng)同學(xué)們證明1V=1Wb/s ,那么k=1(提示學(xué)生注意證明1V=1Wb/s ,實(shí)際上是證明V=Wb/s ,在證明的過程中注意導(dǎo)出單位是如何定義的 ,要把對(duì)應(yīng)的公式聯(lián)系起來 ,這個(gè)證明對(duì)學(xué)生來說 ,難度較大 ,教師可根據(jù)情況適當(dāng)提示)。k=1 ,那么可把上表達(dá)式寫成E=。學(xué)生思考討論：上面討論的是閉合電路由單匝線圈構(gòu)成的 ,設(shè)閉合電路是一個(gè)n匝線圈 ,且穿過每匝線圈的磁通量的變化率都相同 ,那么整個(gè)線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)又如何表示?n匝線圈可以看成是由n個(gè)單匝線圈串聯(lián)而成 ,因此整個(gè)線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是單匝線圈的n倍 ,即E=n。* 導(dǎo)體棒切割磁感線的感應(yīng)電動(dòng)

11、勢(shì)學(xué)生思考討論：如下圖把矩形線框abcd放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)里 ,線框平面跟磁感線垂直。設(shè)線框可動(dòng)局部ab的長(zhǎng)度是L ,以速度υ向右運(yùn)動(dòng) ,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)怎么表示?圖4 圖5在Δt時(shí)間內(nèi)可動(dòng)局部由原來的位置ab移到a1b1 ,這時(shí)線框的面積變化量 ,穿過閉合電路的磁通量的變化量 ,代入公式中 ,得到。對(duì)于上式的成立有什么條件限制嗎?(引導(dǎo)學(xué)生分析所設(shè)的物理過程的特殊性)上述物理過程所設(shè)磁場(chǎng)為勻強(qiáng)磁場(chǎng) ,另外不難看出 ,磁感應(yīng)強(qiáng)度方向、導(dǎo)體棒放置的方向和導(dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng)方向是相互垂直的。所以其成立的條件是：勻強(qiáng)磁場(chǎng);B、L、&upsilo

12、n;相互垂直。學(xué)生思考討論：通常我們還會(huì)遇到如上圖5所示 ,導(dǎo)體棒垂直紙面放置 ,磁場(chǎng)豎直向下 ,導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)方向與導(dǎo)體棒本身垂直 ,但與磁場(chǎng)方向有夾角θ。此時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)又如何表示呢?我們知道 ,只有在導(dǎo)體棒做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí) ,才產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) ,假設(shè)導(dǎo)體棒平行磁感線運(yùn)動(dòng) ,那么不能產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。所以可將其速度分解為垂直磁感線的分量υ1=υsinθ和平行磁感線的分量υ2=υcosθ ,后者不切割磁感線 ,不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。前者切割磁感線 ,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E=BLυ1=BLυsinθ?？梢?,導(dǎo)體棒切割磁感線時(shí)產(chǎn)