高中物理 教案法拉第電磁感應定律

《法拉第電磁感應定律》教學設計一、設計思想

法拉第電磁感應定律HYPERLINK""是電磁學的核心內(nèi)容。從知識發(fā)展來看，它既與電場、磁場和穩(wěn)恒電流有緊密聯(lián)系，又是后面學習交流電、電磁振蕩和電磁波的基礎。它既是本章的教學重點，也是教學難點。

在學習本節(jié)內(nèi)容HYPERLINK""之前，學生已經(jīng)掌握了恒定電流、電磁感應現(xiàn)象和磁通量的相關知識，并且也知道了變化量和變化率的概念。學生已經(jīng)具備了很強的實驗操作能力，而且本節(jié)課的實驗也是上節(jié)課所演示過的，只不過研究的側重點不同。因此，有條件的學?？蓪⒈竟?jié)課的演示實驗改為學生分組實驗。另外，學生對物理學的研究方法已有較為深刻的認識，在自主學習、合作探究等方面的能力有了較高的水平。

本節(jié)課的重點法拉第電磁感應定律的建立過程，設計中采用了讓學生自己設計方案，自己動手做實驗，思考討論，教師引導找出規(guī)律的方法，使學生能夠深刻理解法拉第電磁感應定律的建立過程。對于公式，讓學生自己根據(jù)法拉第電磁感應定律，動手推導，使學生深刻理解。

本節(jié)課的難點是對、、物理意義的理解，在難點的突破上，采用了類比的方法。把、、、E和υ、Δυ、、a類比起來，使學生更容易理解、、和E之間的聯(lián)系。

二、教學目標

（一）知識和能力目標

1．知道感應電動勢的概念，會區(qū)分Φ、ΔΦ、的物理意義。

2．理解法拉第電磁感應定律的內(nèi)容和數(shù)學表達式，并能應用解答有關問題。

3．知道公式的推導過程及適用條件，并能應用解答有關問題。

4．通過學生對實驗的操作、觀察、分析，找出規(guī)律，培養(yǎng)學生的動手操作能力，觀察、分析、總結規(guī)律的能力。

（二）過程與方法目標

1．教師通過類比法引入感應電動勢，通過演示實驗，指導學生觀察分析，總結規(guī)律。

2．學生積極思考認真比較，理解感應電動勢的存在，通過觀察實驗現(xiàn)象的分析討論，總結影響感應電動勢大小的因素。

（三）情感、態(tài)度、價值觀目標

1．通過學生之間的討論、交流與協(xié)作探究，培養(yǎng)學生之間的團隊合作精神。

2．讓學生在探究過程中體驗解決問題的成功喜悅，增進學生學習物理的情感。

三、教學重點

法拉第電磁感應定律的建立過程以及對公式Ｅ＝、的理解。

四、教學難點

對Φ、ΔΦ、物理意義的理解。

五、教學準備

準備實驗儀器：電流計、蹄形磁鐵、螺線管、鐵芯、學生電源、變阻器、開關、導線若干。（若為分組實驗，應準備若干組器材）

六、教學過程

（一）引入新課

教師和學生HYPERLINK""一起回顧第一節(jié)中的三個實驗。在這三個實驗中，閉合電路中都產(chǎn)生了感應電流，則電路中必須要有電源，電源提供了電動勢，從而產(chǎn)生電流。在電磁感應現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢叫做感應電動勢。那么感應電動勢的大小跟哪些因素有關呢？本節(jié)課我們就來共同研究這個問題。

（二）講授新課

＊感應電動勢

電源能夠產(chǎn)生電動勢，那么在電磁感應現(xiàn)象中，產(chǎn)生感應電動勢的那部分導體就相當于電源。

學生思考討論：如下圖所示的三個實驗中，分別是哪部分相當于電源？

圖1圖2圖3

圖1中電源是導體棒AB，圖2中電源是螺線管B，圖3中電源也是螺線管B。

學生思考討論：產(chǎn)生感應電流的閉合電路斷開，還有沒有感應電動勢？

引導學生：電路斷開就相當于接入一個阻值無窮大的電阻，電流為零，但是依然有電動勢。

教師總結：可見，感應電動勢才是電磁感應現(xiàn)象的本質，電磁感應現(xiàn)象重要的是看感應電動勢的有無。

下面我們就來共同研究感應電動勢的大小跟哪些因素有關。

學生探究活動：如何通過上圖所示的三個實驗來研究影響感應電動勢的大小因素呢？

引導學生：對于閉合電路HYPERLINK""電阻是一定的，可以通過電流表指針偏轉的角度大小來確定電路中感應電流的大小，從而確定感應電動勢的大小。如何改變電路中電流的大?。?/p>

學生設計的可能方案如下：

1．如圖1所示電路，通過改變導體棒做切割磁感線運動的速度大小，來研究影響感應電動勢大小的因素。

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，來研究影響感應電動勢大小的因素。

3．如圖3所示電路，通過改變滑動變阻器滑片移動的速度大小，來研究影響感應電動勢大小的因素。

安排學生分組HYPERLINK""實驗（為了節(jié)省時間，可將學生分為三大組，每一大組只做上述方案中的一個實驗，每一大組適當?shù)姆譃閹讉€小組。做完實驗后由各組長上報實驗結果，然后由教師在提煉總結）。

結論：1．感應電動勢的大小，與導體棒切割磁感線的速度大小有關。速度越大，產(chǎn)生的感應電動勢越大。

2．感應電動勢的大小，與條形磁鐵插入或拔出螺線管的速度大小有關，速度越大，產(chǎn)生的感應電動勢越大。

3．感應電動勢的大小，與滑動變阻器滑片移動的速度大小有關。速度越大，產(chǎn)生的感應電動勢越大。

學生思考討論：認真分析三個實驗及其結論，找出共同的規(guī)律。

引導學生：產(chǎn)生感應電HYPERLINK""流的條件是：穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化。對于圖1所示實驗，磁場的磁感應強度不變，通過導體棒做切割磁感線的運動，改變了閉合電路的面積，從而改變穿過該電路的磁通量，從而產(chǎn)生了感應電動勢。導體棒運動越快，則回路面積變化也越快，使得磁通量的變化越快，而電流表指針偏轉角度越大，說明感應電動勢的大小與磁通量的變化快慢有關。磁通量變化越快，感應電動勢越大。

讓學生自己分析另外兩個實驗，總結結論

共同規(guī)律：感應電動勢的大小與磁通量的變化快慢有關。

磁通量的變化快慢如何表示呢？（從數(shù)學角度定量的表示）

設時刻t1時穿過閉合電路的磁通量為Φ1，時刻t2時穿過閉合電路的磁通量為Φ2，則在時間Δt＝t2－t1內(nèi)磁通量的變化量為ΔΦ＝Φ2－Φ1，磁通量的變化快慢可以用單位時間內(nèi)磁通量的變化量來表示，也叫磁通量的變化率。（對于Φ、ΔΦ、和E，學生很難理解它們之間的關系的，教師可將Φ、ΔΦ、、E和υ、Δυ、、a類比起來，學生較容易接受。）

＊法拉第電磁感應定律

1．內(nèi)容：電路中感應電動勢的大小，跟穿過這一電路的磁通量的變化率成正比。

2．表達式：Ｅ∝

寫成等式形式，乘上比例系數(shù)k

即Ｅ＝k

3．單位：E（V），Φ（Wb），t（s）

上式中的常數(shù)kHYPERLINK""等于多少呢？請同學們證明1V＝1Wb／s，則k＝1（提示學生注意證明1V＝1Wb／s，實際上是證明V＝Wb／s，在證明的過程中注意導出單位是如何定義的，要把對應的公式聯(lián)系起來，這個證明對學生來說，難度較大，教師可根據(jù)情況適當提示）。

k=1，則可把上表達式寫成E=。

學生思考討論：上面討HYPERLINK""論的是閉合電路由單匝線圈構成的，設閉合電路是一個n匝線圈，且穿過每匝線圈的磁通量的變化率都相同，那么整個線圈中的感應電動勢又如何表示？

n匝線圈可以看成是由n個單匝線圈串聯(lián)而成，因此整個線圈中的感應電動勢是單匝線圈的n倍，即E=n。

＊導體棒切割磁感線的感應電動勢

學生思考討論：如圖所示HYPERLINK""把矩形線框abcd放在磁感應強度為B的勻強磁場里，線框平面跟磁感線垂直。設線框可動部分ab的長度是Ｌ，以速度υ向右運動，產(chǎn)生的感應電動勢怎么表示？

圖4

圖5

在Δt時間內(nèi)可動部分由原來的位置ab移到a1b1，這時線框的面積變化量，穿過閉合電路的磁通量的變化量，代入公式中，得到。

對于上式的成立有什么條件限制嗎？（引導學生分析所設的物理過程的特殊性）

上述物理HYPERLINK""過程所設磁場為勻強磁場，另外不難看出，磁感應強度方向、導體棒放置的方向和導體棒的運動方向是相互垂直的。所以其成立的條件是：⑴勻強磁場；⑵B、L、υ相互垂直。

學生思考討論：HYPERLINK""通常我們還會遇到如上圖5所示，導體棒垂直紙面放置，磁場豎直向下，導體棒運動方向與導體棒本身垂直，但與磁場方向有夾角θ。此時產(chǎn)生的感應電動勢又如何表示呢？

我們知道HYPERLINK""，只有在導體棒做切割磁感線運動時，才產(chǎn)生感應電動勢，若導體棒平行磁感線運動，則不能產(chǎn)生感應電動勢。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)生感應電動勢。前者切割磁感線，產(chǎn)生的感應電動勢為Ｅ