高中物理-法拉第電磁感應(yīng)定律教學(xué)設(shè)計(jì)學(xué)情分析教材分析課后反思

-9物理選修3-2第四章電磁感應(yīng)第四節(jié)：《法拉第電磁感應(yīng)定律》教學(xué)設(shè)計(jì)【教學(xué)設(shè)計(jì)】本節(jié)教學(xué)設(shè)計(jì)的總體思路：首先，建立感應(yīng)電動勢概念；其次，通過對實(shí)驗(yàn)的定性分析探索感應(yīng)電動勢的大小跟哪些因素有關(guān)；隨后，得出感應(yīng)電動勢大小的一般表達(dá)式；最后，再利用法拉第電磁感應(yīng)定律對“導(dǎo)線切割磁感線時的感應(yīng)電動勢”和“反電動勢”這兩種特殊情況進(jìn)行分析。引入感應(yīng)電動勢的概念，要注意溫故知新。閉合電路中要維持持續(xù)電流，其中必有電動勢的存在。在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，閉合電路中有感應(yīng)電流，必然存在對應(yīng)的電動勢，即感應(yīng)電動勢。比較慨念之間的內(nèi)在聯(lián)系，使學(xué)生深刻理解概念的本質(zhì)。由感應(yīng)電流過渡到感應(yīng)電動勢，對學(xué)生來說，是從現(xiàn)象到本質(zhì)的認(rèn)識深化過程。為了讓學(xué)生認(rèn)識到感應(yīng)電流與感應(yīng)電動勢的區(qū)別和聯(lián)系，教師可以通過演示實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生觀察接通與斷開閉合電路時的電路電流與路端電壓。即當(dāng)電路斷開時，回路中沒有感應(yīng)電流，但路端電壓(即感應(yīng)電動勢)仍然存在，而電路中出現(xiàn)感應(yīng)電流，是要以電路閉合與電動勢的同時存在為前提條件，所以，感應(yīng)電動勢的有無，完全決定于穿過閉合電路的磁通量是否發(fā)生變化，與電路的通斷，電路的組成情況等無關(guān)。在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，“感應(yīng)電動勢”比“感應(yīng)電流”更具有本質(zhì)意義。結(jié)合實(shí)例進(jìn)行對比分析，對鞏固和深化概念很有效。建立感應(yīng)電動勢概念的教學(xué)思路可以歸納為：電磁感應(yīng)現(xiàn)象→電流→感應(yīng)電流→感應(yīng)電動勢。法拉第電磁感應(yīng)定律教學(xué)設(shè)計(jì)的思路如下：引入概念引入概念提出問題觀察實(shí)驗(yàn)進(jìn)行猜想分析理解應(yīng)用規(guī)律回顧歷史給出規(guī)律按上述線索分析教材時，一是要使學(xué)生對演示實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象觀察清楚；二是要結(jié)合實(shí)驗(yàn)，實(shí)例，運(yùn)用類比等方法，加深學(xué)生對磁通量變化率概念的理解。教學(xué)中，可以列舉速度是由位置的變化率決定，加速度是由速度的變化率決定等，以此來加深對變化率概念的理解?！窘虒W(xué)目標(biāo)】1、知識與技能：(1)知道感應(yīng)電動勢及決定感應(yīng)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，并能區(qū)別Φ、ΔΦ、eq\f(ΔΦ,Δt)。(3)理解法拉第電磁感應(yīng)定律的內(nèi)容、數(shù)學(xué)表達(dá)式。(4)知道E＝BLvsinθ如何推得。(5)會用E＝neq\f(ΔΦ,Δt)解決問題。2．過程與方法(1)讓學(xué)生經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探究的過程，提高動手能力和探究能力。(2)通過推導(dǎo)導(dǎo)線切割磁感線時的感應(yīng)電動勢公式E＝BLv，掌握運(yùn)用理論知識探究問題的方法。3．情感態(tài)度與價值觀(1)從不同物理現(xiàn)象中抽象出個性與共性問題，培養(yǎng)學(xué)生對不同事物進(jìn)行分析，找出共性與個性的辯證關(guān)系。(2)通過比較感應(yīng)電流、感應(yīng)電動勢的特點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生把握主要矛盾?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】法拉第電磁感應(yīng)定律?！窘虒W(xué)難點(diǎn)】對磁通量的變化及磁通量的變化率的理解?！窘虒W(xué)方法】實(shí)驗(yàn)法、歸納法、類比法?！窘叹邷?zhǔn)備】多媒體課件、投影儀、電流計(jì)、螺線管、磁鐵?！窘虒W(xué)過程】一、復(fù)習(xí)提問1．在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是什么？答：穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化，就會在回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流。2．在恒定電流中學(xué)過，電路中存在持續(xù)電流的條件是什么？答：電路閉合，且這個電路中一定有電源。3．在發(fā)生電磁感應(yīng)的情況下，用什么方法可以判定感應(yīng)電流的方向？答：由楞次定律或右手定則判斷感應(yīng)電流的方向。二、引入新課1．問題1：既然會判定感應(yīng)電流的方向，那么，怎樣確定感應(yīng)電流的強(qiáng)弱呢？答：既然有感應(yīng)電流，那么就一定存在感應(yīng)電動勢．只要能確定感應(yīng)電動勢的大小，根據(jù)歐姆定律就可以確定感應(yīng)電流的強(qiáng)弱。2．問題2：如圖所示，在螺線管中插入一個條形磁鐵，問(1)在條形磁鐵向下插入螺線管的過程中，該電路中是否有電流？為什么？答：有，因磁通量有變化。(2)有感應(yīng)電流，是誰充當(dāng)電源？答：由恒定電流中學(xué)習(xí)對比可知，左圖中的虛線框部分相當(dāng)于電源。(3)上圖中若電路是斷開的，有無感應(yīng)電流？有無感應(yīng)電動勢？答：電路斷開，肯定無電流，但有電動勢。3．產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的條件是什么？答：回路中的磁通量發(fā)生變化。4．比較產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的條件和產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件，你有什么發(fā)現(xiàn)？答：在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，不論電路是否閉合，只要穿過電路的磁通量發(fā)生變化，電路中就有感應(yīng)電動勢，但產(chǎn)生感應(yīng)電流還需要電路閉合，因此研究感應(yīng)電動勢更有意義。(情感目標(biāo))本節(jié)課我們就來一起探究感應(yīng)電動勢。三、進(jìn)行新課(一)探究影響感應(yīng)電動勢大小的因素(1)探究目的：感應(yīng)電動勢大小跟什么因素有關(guān)？(學(xué)生猜測)(2)探究要求：①將條形磁鐵迅速和緩慢地插入、拔出螺線管，記錄表針的最大擺幅。②迅速和緩慢移動導(dǎo)體棒，記錄表針的最大擺幅。③迅速和緩慢移動滑動變阻器滑片，迅速和緩慢地插入、拔出螺線管，分別記錄表針的最大擺幅。(3)探究問題：問題1：在實(shí)驗(yàn)中，電流表指針偏轉(zhuǎn)原因是什么？問題2：電流表指針偏轉(zhuǎn)程度跟感應(yīng)電動勢的大小有什么關(guān)系？問題3：在實(shí)驗(yàn)中，快速和慢速效果有什么相同和不同？(4)探究過程安排學(xué)生實(shí)驗(yàn)。(能力培養(yǎng))教師引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)，(課件展示)回答以上問題學(xué)生甲：穿過電路的Φ變化產(chǎn)生E感產(chǎn)生I感。學(xué)生乙：由全電路歐姆定律知I＝eq\f(E,R＋r)，當(dāng)電路中的總電阻一定時，E感越大，I越大，指針偏轉(zhuǎn)越大。學(xué)生丙：磁通量變化相同，但磁通量變化的快慢不同。可見，感應(yīng)電動勢的大小跟磁通量變化和所用時間都有關(guān)，即與磁通量的變化率有關(guān)。把eq\f(ΔΦ,Δt)定義為磁通量的變化率。上面的實(shí)驗(yàn)，我們可用磁通量的變化率來解釋：學(xué)生甲：實(shí)驗(yàn)中，將條形磁鐵快插入(或拔出)比慢插入或(拔出)時，eq\f(ΔΦ,Δt)大，I感大，E感大。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：電動勢的大小與磁通量的變化快慢有關(guān)，磁通量的變化越快電動勢越大，磁通量的變化越慢電動勢越小。(二)法拉第電磁感應(yīng)定律從上面的實(shí)驗(yàn)我們可以發(fā)現(xiàn)，eq\f(ΔΦ,Δt)越大，E感越大，即感應(yīng)電動勢的大小由磁通量的變化率決定。精確的實(shí)驗(yàn)表明：電路中感應(yīng)電動勢的大小，跟穿過這一電路磁通量的變化率成正比，即E∝eq\f(ΔΦ,Δt)。這就是法拉第電磁感應(yīng)定律。(師生共同活動，推導(dǎo)法拉第電磁感應(yīng)定律的表達(dá)式)(課件展示)E＝keq\f(ΔΦ,Δt)在國際單位制中，電動勢單位是伏(V)，磁通量單位是韋伯(Wb)，時間單位是秒(s)，可以證明式中比例系數(shù)k＝1，(同學(xué)們可以課下自己證明)，則上式可寫成E＝eq\f(ΔΦ,Δt)設(shè)閉合電路是一個N匝線圈，且穿過每匝線圈的磁通量變化率都相同，這時相當(dāng)于N個單匝線圈串聯(lián)而成，因此感應(yīng)電動勢變?yōu)镋＝Neq\f(ΔΦ,Δt)1．內(nèi)容：電動勢的大小與磁通量的變化率成正比2．公式：E＝Neq\f(ΔΦ,Δt)3．定律的理解(1)磁通量、磁通量的變化量、磁通量的變化率的區(qū)別Φ、ΔΦ、ΔΦ/Δt(2)感應(yīng)電動勢的大小與磁通量的變化率成正比(3)感應(yīng)電動勢的方向由楞次定律來判斷4．特例——導(dǎo)線切割磁感線時的感應(yīng)電動勢用課件展示如圖所示電路，閉合電路一部分導(dǎo)體ab處于勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，ab的長度為L，以速度v勻速切割磁感線，求產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢。(課件展示)解析：設(shè)在Δt時間內(nèi)導(dǎo)體棒由原來的位置運(yùn)動到a1b1，這時線框面積的變化量為ΔS＝LvΔt穿過閉合電路磁通量的變化量為ΔΦ＝BΔS＝BLvΔt據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，得E＝eq\f(ΔΦ,Δt)＝BLv這是在導(dǎo)線切割磁感線時，計(jì)算感應(yīng)電動勢更簡捷公式，需要理解(1)B，L，v兩兩垂直(2)導(dǎo)線的長度L應(yīng)為有效長度(3)導(dǎo)線運(yùn)動方向和磁感線平行時，E＝0(4)速度v為平均值(瞬時值)，E就為平均值(瞬時值)問題：當(dāng)導(dǎo)體的運(yùn)動方向跟磁感線方向有一個夾角θ，感應(yīng)電動勢可用上面的公式計(jì)算嗎？用課件展示如圖所示電路，閉合電路的一部分導(dǎo)體處于勻強(qiáng)磁場中，導(dǎo)體棒以v斜向切割磁感線，求產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢。解析：可以把速度v分解為兩個分量：垂直于磁感線的分量v1＝vsinθ和平行于磁感線的分量v2＝vcosθ。后者不切割磁感線，不產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。前者切割磁感線，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為E＝BLv1＝BLvsinθ強(qiáng)調(diào)：在國際單位制中，上式中B、L、v的單位分別是特斯拉(T)、米(m)、米每秒(m/s)，θ指v與B的夾角。5．公式比較與功率的兩個公式比較得出E＝ΔΦ/Δt：求平均電動勢E＝BLv：v為瞬時值時求瞬時電動勢，v為平均值時求平均電動勢隨堂訓(xùn)練【課堂小結(jié)】1．法拉第電磁感應(yīng)定律內(nèi)容：電路中感應(yīng)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．和的區(qū)別和聯(lián)系3．理解磁通量、磁通量的變化量、磁通量的變化率的區(qū)別Φ、ΔΦ、ΔΦ/Δt【板書設(shè)計(jì)】第四節(jié)法拉第電磁感應(yīng)定律一、感應(yīng)電動勢二、電磁感應(yīng)定律1．內(nèi)容：2．表達(dá)式：E＝nΔΦ/Δt求平均電動勢E＝BLv：v為瞬時值時求瞬時電動勢，v為平均值時求平均電動勢3．定律的理解：(1)磁通量、磁通量的變化量、磁通量的變化率的區(qū)別Φ、ΔΦ、ΔΦ/Δt(2)感應(yīng)電動勢的大小與磁通量的變化率成正比(3)感應(yīng)電動勢的方向由楞次定律來判斷【布置作業(yè)】課后練習(xí)：“思考與討論”課后作業(yè)：第20-21頁1、2、3、4題物理選修3-2第四章電磁感應(yīng)第四節(jié)：《法拉第電磁感應(yīng)定律》學(xué)情分析學(xué)生通過前面幾節(jié)課的學(xué)習(xí)，從感應(yīng)電流的角度來認(rèn)識理解了電磁感應(yīng)現(xiàn)象。結(jié)合初中及以前的知識基礎(chǔ)，自然會想到有電流就該有電動勢；本節(jié)課就是從感應(yīng)電流進(jìn)一步深入到感應(yīng)電動勢來理解的，即研究“決定感應(yīng)電動勢大小的因素”。本節(jié)課通過實(shí)驗(yàn)探究來建立規(guī)律，一步步引導(dǎo)學(xué)生得出法拉第電磁感應(yīng)定律。這樣安排課程有利于引發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)新知識的濃厚興趣。教材通過探究電磁感應(yīng)定律，也恰恰達(dá)到了這個效果。物理選修3-2第四章電磁感應(yīng)第四節(jié)：《法拉第電磁感應(yīng)定律》效果分析本節(jié)課是從感應(yīng)電流進(jìn)一步深入到感應(yīng)電動勢來理解的，即研究“決定感應(yīng)電動勢大小的因素”。教材在這個問題的處理上并沒有通過實(shí)驗(yàn)探究，而是以陳述事實(shí)的方式，引入法拉第電磁感應(yīng)定律，這點(diǎn)學(xué)生不是很好理解，所以本節(jié)課任然采用實(shí)驗(yàn)探究的方式來引出法拉第電磁感應(yīng)定律，便于學(xué)生理解接受。事實(shí)證明這樣教學(xué)是成功的。結(jié)合演示實(shí)驗(yàn)給學(xué)生做了具體的分析、說明，效果較好，對學(xué)生理解接受法拉第電磁感應(yīng)定律起到促進(jìn)作用。物理選修3-2第四章電磁感應(yīng)第四節(jié)：《法拉第電磁感應(yīng)定律》教材分析前面幾節(jié)的內(nèi)容是從感應(yīng)電流的角度來認(rèn)識電磁感應(yīng)現(xiàn)象的。本節(jié)是從感應(yīng)電流進(jìn)一步深入到感應(yīng)電動勢來理解的，即研究“決定感應(yīng)電動勢大小的因素”。教科書在這個問題的處理上并沒有通過實(shí)驗(yàn)探究，而是以陳述事實(shí)的方式，引入法拉第電磁感應(yīng)定律，即教科書用“在法拉第、紐曼、韋伯等人工作的基礎(chǔ)上，人們認(rèn)識到:……感應(yīng)電動勢……成正比”的表述給出了電磁感應(yīng)定律。教科書之所以這樣處理，是力圖通過這一物理規(guī)律的教學(xué)，充分體現(xiàn)人類認(rèn)識事物的一種真實(shí)圖景。也就是說，物理學(xué)中多數(shù)定律的得出，并不一定是直接歸納的結(jié)果，而是在分析了很多間接的實(shí)驗(yàn)事實(shí)后被“悟”出來的，并且定律的正確往往也是由它的推論的正確性來證實(shí)的。因此，本節(jié)教學(xué)不要求通過實(shí)驗(yàn)探究來建立規(guī)律。本節(jié)教學(xué)的重點(diǎn)是法拉第電磁感應(yīng)定律，難點(diǎn)是對磁通量的變化及磁通量的變化率的理解。物理選修3-2第四章電磁感應(yīng)第四節(jié)：《法拉第電磁感應(yīng)定律》評測練習(xí)1：下列說法正確的是（）A、線圈中磁通量變化越大，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢一定越大B、線圈中的磁通量越大，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢一定越大C、線圈處在磁場越強(qiáng)的位置，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢一定越大D、線圈中磁通量變化得越快，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大2、單匝矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)軸垂直于磁場。若線圈所圍面積里磁通量隨時間變化的規(guī)律如圖所示，則：()A、線圈中0時刻感應(yīng)電動勢最大B、線圈中D時刻感應(yīng)電動勢為零C、線圈中D時刻感應(yīng)電動勢最大D、線圈中0到D時間內(nèi)平均感應(yīng)電動勢為0.4V3．如圖所示，一導(dǎo)線彎成半徑為a的半圓形閉合回路．虛線MN右側(cè)有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場，方向垂直于回路所在的平面．回路以速度v向右勻速進(jìn)入磁場，直徑CD始終與MN垂直．從D點(diǎn)到達(dá)邊界開始到C點(diǎn)進(jìn)入磁場為止，下列結(jié)論正確的是()A．感應(yīng)電流方向不變B．CD段直導(dǎo)線始終不受安培力C．感應(yīng)電動勢最大值Em＝BavD．感應(yīng)電動勢平均值eq\x\to(E)＝eq\f(1,4)πBav4．如圖所示，圓環(huán)a和圓環(huán)b半徑之比為2∶1，兩環(huán)用同樣粗細(xì)的、同種材料的導(dǎo)線連成閉合回路，連接兩圓環(huán)電阻不計(jì)，勻強(qiáng)磁場的磁感強(qiáng)度變化率恒定，則在a環(huán)單獨(dú)置于磁場中和b環(huán)單獨(dú)置于磁場中兩種情況下，M、N兩點(diǎn)的電勢差之比為（）A．4∶1B．1∶4C．2∶1D．1∶25．如圖所示的幾種情況中，金屬導(dǎo)體中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為Blv的是（）6、如圖所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為1T的勻強(qiáng)磁場中，一根跟磁場垂直長20cm的導(dǎo)線以2m/s的速度運(yùn)動，運(yùn)動方向垂直導(dǎo)線與磁感線成30°角，則導(dǎo)線中的感應(yīng)電動勢為________．7．如圖所示，A、B兩個閉合線圈用同樣的導(dǎo)線制成，匝數(shù)都為10匝，半徑rA＝2rB，圖示區(qū)域內(nèi)有磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻減小的勻強(qiáng)磁場，則A、B線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢之比為EA∶EB＝________，線圈中的感應(yīng)電流之比為IA∶IB＝________.8、如圖,一個水平放置的導(dǎo)體框架,寬度L=1.50m,接有電阻R=0.20Ω,設(shè)勻強(qiáng)磁場和框架平面垂直，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.40T,方向如圖.今有一導(dǎo)體棒ab跨放在框架上,并能無摩擦地沿框滑動,框架及導(dǎo)體ab電阻均不計(jì),當(dāng)ab以v=4.0m/s的速度向右勻速滑動時，(1)導(dǎo)體ab上的感應(yīng)電動勢的大小(2)回路上感應(yīng)電流的大小9、如圖,水平面上有兩根相距0.5m的足夠長的平行金屬導(dǎo)軌MN和PQ,它們的電阻不計(jì),在M和P之間接有R=3.0Ω的定值電阻,導(dǎo)體棒長ab=0.5m,其電阻為r=1.0Ω,與導(dǎo)軌接觸良好.整個裝置處于方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場中,B=0.4T.現(xiàn)使ab以v=10m／s的速度向右做勻速運(yùn)動.(1)ab中的電流多大?ab兩點(diǎn)間的電壓多大?(2)維持ab做勻速運(yùn)動的外力多大?(3)ab向右運(yùn)動1m的過程中，外力做的功是多少?電路中產(chǎn)生的熱量是多少?10、如圖，將一條形磁鐵插入某一閉合線圈，第一次用0.05s，第二次用0.1s。試求：(1)兩次線圈中的平均感應(yīng)電動勢之比?(2)兩次線圈中電流之比?(3)兩次通過線圈電荷量之比?11.如圖所示的線框，面積為Ｓ，處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為Ｂ的勻強(qiáng)磁場中，Ｂ的方向與線框平面成θ角，線框經(jīng)過時間t順時針轉(zhuǎn)過90°到如圖所示的虛線位置。試求：⑴初、末位置穿過線框的磁通量的大小Φ１和Φ２；⑵時間t內(nèi)線框產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動勢是多大？⑶在時間t內(nèi)通過線圈某一截面的電荷量q.12、如圖所示，勻強(qiáng)磁場B=0.1T，金屬棒AB長0.4m，與框架寬度相同，電阻為

R=1/3Ω，當(dāng)金屬棒以5m／s的速度勻速向左運(yùn)動時，

求：(1)流過金屬棒的感應(yīng)電流多大？

(2)若圖中電容器C為0.3μF，則充電量多少？13、如圖所示，在磁感強(qiáng)度為0.1T的勻強(qiáng)磁場中有一個與之垂直的金屬框ABCD，框電阻