法拉第電磁感應定律

1、4.4法拉第電磁感應定律1三維目標：知識與能力1、知道決定感應電動勢大小的因素；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“磁通量的變化量” “磁通量的變化率”進行區(qū)別；3、理解法拉第電磁感應定律的內容和數(shù)學表達式；4、會用法拉第電磁感應定律解答有關問題；5、會計算導線切割磁感線時感應電動勢的大?。?過程與方法通過學生實驗，培養(yǎng)學生的動手能力和探究能力.情感態(tài)度與價值觀培養(yǎng)學生對實際問題的分析與推理能力。培養(yǎng)學生的辨證唯物注意世界觀，尤其在分析問題時，注意把握主要矛盾.2、重點難點：平均電動勢與瞬時電動勢區(qū)別。講學過程：一、預習反饋：二、探究精講：1感應電動勢：教師活動：將圖1

2、,圖2用投影儀展示，并設問：圖中電鍵 S均閉合，電路中是否都 有電流？為什么？學生活動：實驗一，對照圖1安培表指針偏轉；對照圖2電流計指針不動，但當條形 磁鐵位置變動時，電流計指針偏轉，表明回路中有電流。啟發(fā)學生回答：圖1中產(chǎn)生的電流是由電源提供的，圖2中產(chǎn)生的是感應電流。教師引導：由恒定電流的知識可知，閉合電路中有電流，電路中必有電源。對比圖1, 圖2提問，圖2中的電源在哪里？用投影儀展示圖 3,啟發(fā)學生回答：圖2中的線圈就 相當于是電源，在磁鐵插入線圈的過程中產(chǎn)生了電動勢?；瘯r，回路中也會產(chǎn)生電流。我們把此時的電流叫感應電流。雖然回路中沒有電源，此處的實驗設計，意圖為在講“感應電動勢”這一

3、概念時，通過“設計問題推理”模式來進行概念教學。以提問方式來復習閉合電路中電動勢的概念，知道閉合回路中有電流的條件是閉合回路中有電動勢。閉合電路中提供電動勢的裝置是電源。法拉第通過多年的實驗發(fā)現(xiàn)當穿過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勢，把在電磁感應現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢就定義叫感應電動勢。師生互動：（用圖1,圖2裝置進行演示說明）我們把電磁感應現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢 叫感應電動勢。以上實驗由學生自己完成，并從中進行對比、歸納和總結，培養(yǎng)學生自主學習的能力。2.影響感應電動勢大小的因素：問題情景設置一：剛才的實驗中，磁鐵插入過程中，除了觀察到電流的有無以外，你還 觀察到了電流大小有

4、什么特點嗎？是什么因素在起影響作用呢？再做幾次試試看！安排此處的內容可激發(fā)學生探求感應電動勢大小的影響因素的熱情，因為顯然每次插入的速度不同時電流表指針的偏轉角度并不相同。 這里教師不要急于去說， 對學生來說這些是 未知的卻可以用簡單實驗定性顯示的。有利于培養(yǎng)學生的探究熱情和能力。學生活動：實驗二，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，觀察并比較電流計指針的偏轉情況。教師順勢利導：兩次插入過程穿過線圈的磁通量變化是否相同？電流計指針偏角是否相 同？偏角大說明什么？原因是什么？問題情景設置二：利用學生已經(jīng)很熟悉的控制變量思想，引導學生進一步通過實驗定性探究，如果控制以相同

5、的速度插入， 是否指針的偏轉角度就相同呢？再用不同磁性強弱的磁鐵試試 看！此處的設計在于培養(yǎng)學生的嚴謹?shù)奶骄烤窈蛯じ笤吹乃季S品質。學生活動：實驗三，按圖 所示裝置用兩個磁性強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， 觀察并比較電流計指針的偏轉情況（實驗二和實驗三中的磁鐵可由通電螺線管來代替，以便通過改變其中的電流來方便的改變其磁性的強弱）。教師順勢利導：兩次插入過程中磁通量變化是否相同？所用時間是否相同？電流計指針 偏角是否相同？偏轉角大說明什么？原因是什么？教師活動：引導學生歸納，電流計的指針偏角大，說明產(chǎn)生的電流大，而電流大的原因是電路中產(chǎn)生的感應電動勢大。實驗（2）由

6、于兩次穿過磁通量變化相同，穿過越快，時間越短，產(chǎn)生的感應電動勢越大， 說明感應電動勢大小與發(fā)生磁通量變化所用的時間有關，且在磁通量變化相同的情況下，所需時間越短，產(chǎn)生的感應電動勢越大；實驗（3）兩種情況所用時間相同，但穿過線圈扔磁通量變化不同，電流表的偏轉角不同， 而產(chǎn)生的感應電動勢大小不同。說明感應電動勢的大小還與磁通量的變化有關，即在相同的變化時間情況下，磁 通量變化越大，產(chǎn)生的感應電動勢越大。此處應用了學生很熟知的控制變量的探究方法， 不過學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?shù)挠蟹较虻狞c撥。不能一蹴而 就，包辦代替。最后教師歸納指出：

7、 感應電動勢的大小似乎與磁通量的變化量及變化所用的反之，則越小。我們再來看一個實驗。時間有關，兩者的比值越大，感應電動勢的值越大, 師生互動：實驗四，按右圖所示裝置連接電 路，將滑動變阻器的滑動頭以大小不同的速度從 一側滑至另一側，觀察電流計指針的偏轉情況。（教師介紹實驗裝置）教師活動：兩次滑動過程中穿過線圈的磁通量的變化量是否相同？所用時間是否相同？電流 表的指轉角是否相同？偏轉角大說明什么？其原因是什么?師生互動：引導學生分析與歸納，（1）快滑比慢滑在相同的時間里流過線圈Li的電流變化大，引起穿過線圈 L2的磁通量變化大，即 A大；（2）快滑比慢滑所用的時間短，即 At 小; （3）快滑與

8、慢滑相比，磁通量變化大而所用時間短，即單位時間磁通量變化多；（4）快滑與慢滑相比，電流計指針的偏角不同，即產(chǎn)生的感應電動勢不同，即在單位時間內磁通量變化越多，產(chǎn)生的感應電動勢越大。此實驗設計的意圖是對前面實驗分析的一種論證。以上現(xiàn)象的分析與歸納都應在教師 的引導下，由學生主動的觀察實驗結果，分析實驗現(xiàn)象，歸納出有關的結論，切忌由教師講 解。教師概括、歸納、總結學生的結論，使學生清晰思路。這個過程實際是突破重難點落實 三維目標的過程。通過以上三組實驗可知：當穿過線圈的磁通量變化量與時間之比越大，即單位時間內 磁通量的變化越多，或者說磁通量的變化率越大時，線圈中產(chǎn)生的感應電動勢就越大。教師活動：類

9、比速度、速度變化量和速度變化率的不同，強調感應電動勢的重要影響 因素之一應該是磁通量的變化率。這一點是本節(jié)課內容的一個難點，用類比的方法加以突破，既降低認知難度，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)學生科學的方法觀。學生各種能力的發(fā)展是和他們在學習中的相關行為聯(lián)系在一起的。要發(fā)展某種能力， 就必須經(jīng)歷相關的過程。因此這里安排的幾組實驗，既是讓學生認知法拉第電磁感應規(guī)律的 建立過程，更是為學生提供實驗、觀察、思考、交流的機會，以落實三維目標中能力目標和 情感價值觀目標。1. 法拉第電磁感應定律 內容：電路中產(chǎn)生的感應動勢大小，跟穿過這一電路的磁通量的變化率成正比。 表達式：E

10、=kA/ A t啟發(fā)學生運用學過的知識來處理比例系數(shù)k,使k=1 （1v=1wb/s）這樣上式可寫成：E=A/ At問題情景三：如圖5示。線圈L由導線繞制成n匝，當穿過L的磁 通量變化率為 A/At時，則線圈L中產(chǎn)生的感應電動勢為多少？啟發(fā)學生得出計算感應電動勢的普遍意義的公式E=nA/ A t。教師活動：E=nA/ A t公式中的n是線圈的匝數(shù)，因為穿過每匝線圈的磁通量是相同 的，可看成是n個單匝線圈串聯(lián)而成， 故整個線圈的電動勢是單匝線圈的n倍。要注意通過線圈的磁通量的變化率并不改變，乘n是相當于串聯(lián)。11IIIIIIb問題情景四：如圖6示，把矩形單匝線圈 abed放在磁感應 強度為B的勻

11、強磁場中，線框平面和磁感線垂直。設線圈可動部 ab的長度為L,以速度v向右勻速平動，則線框中產(chǎn)生的感應電 動勢為多少？問題研究：（啟發(fā)學生推導）導體 ab向右運動時，ab棒切割 磁感線，同時穿過 abed面的磁通量增加，線框中必然要產(chǎn)生感應 電動勢。設經(jīng)過極短的時間A t,導體ab運動的距離為v At，穿過線框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生認識E=BLv, ab棒向右運動，等效于 abed面積增大，而磁場的磁感應強度不變，因此磁通量發(fā)生變化。ab導體的運動v與磁感線方問題討論：（a）圖6的電路

12、中，哪部分導體相當于電源？向B有何關系？ （b）若導體運動方向與導體本身垂直，但與磁感方向不垂直，設v與b夾角為e，又如何計算感應電動勢的大小呢？. j - 丿引導分析：（啟發(fā)同學們得出計算結論）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)生感應電動勢，、而平行于磁感線方向的分量V2=vcose -不切割磁感線，不產(chǎn)生感應電動勢。此時，導體產(chǎn)生的感應電動勢E=BLv=BLvsin eE=BLvi=BLvsin e這個結論可視為是法拉第電磁感應定律在特定條件下的推導式，讓學 生分清主次以減輕學生認知上的困難且又不影響其在該類型問題解決中的應用，可以是教師啟發(fā)學生

13、進行推導與演算，可請基礎好的、思維能力強的學生在黑板上演示推導過程與結論，教師不要包辦。通過此處的師生互動，落實本節(jié)課在這個知識點上的課程目標！2. 反電動勢教師引導學生自主學習，并通過小組交流認識電動機在工作時線圈中會產(chǎn)生反電動勢， 并認知能量守恒定律在電動機工作過程中的具體表現(xiàn)。此處內容旨在讓學生會根據(jù)自己所學習的知識，聯(lián)系實際生產(chǎn)生活中的問題來進行思考和解答，激發(fā)學習物理知識的熱情。既能學以致用，又培養(yǎng)了學生善于從熟悉的事物中發(fā)現(xiàn) 問題、思考問題的思維品質。因為“對以往知識的熟知和對新鮮事物及其發(fā)展前景的敏感， 是一個人創(chuàng)造力的源泉?！?.課堂練習課堂練習選擇E=nA/ At和E=BLvi=BLvsin e簡單理解和應用類型的題目。探究一：如圖4-3-2所示，一個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 勻強磁場中，線圈的橫截面積是20 cm2，電阻為1 Q,磁感應強度以100 T/s的變化率均勻減小在這一過程中，通過電阻R的電流為多大？Il I圖 4-3