高中物理 教案法拉第電磁感應(yīng)定律

《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HYPERLINK""是電磁學(xué)的核心內(nèi)容。從知識(shí)發(fā)展來(lái)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基礎(chǔ)。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HYPERLINK""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(guò)的，只不過(guò)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)課的重點(diǎn)法拉第電磁感應(yīng)定律的建立過(guò)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(guò)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(lái)，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．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(wèn)題。

3．知道公式的推導(dǎo)過(guò)程及適用條件，并能應(yīng)用解答有關(guān)問(wèn)題。

4．通過(guò)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(guò)程與方法目標(biāo)

1．教師通過(guò)類比法引入感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，通過(guò)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)真比較，理解感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的存在，通過(guò)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(guò)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(guò)程中體驗(yàn)解決問(wèn)題的成功喜悅，增進(jìn)學(xué)生學(xué)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(guò)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(kāi)關(guān)、導(dǎo)線若干。（若為分組實(shí)驗(yàn)，應(yīng)準(zhǔn)備若干組器材）

六、教學(xué)過(guò)程

（一）引入新課

教師和學(xué)生HYPERLINK""一起回顧第一節(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，則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(lái)共同研究這個(gè)問(wèn)題。

（二）講授新課

＊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)的那部分導(dǎo)體就相當(dāng)于電源。

學(xué)生思考討論：如下圖所示的三個(gè)實(shí)驗(yàn)中，分別是哪部分相當(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(kāi)，還有沒(méi)有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)？

引導(dǎo)學(xué)生：電路斷開(kāi)就相當(dāng)于接入一個(gè)阻值無(wú)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(jiàn)，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(wú)。

下面我們就來(lái)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(guò)上圖所示的三個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)研究影響感應(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HYPERLINK""電阻是一定的，可以通過(guò)電流表指針偏轉(zhuǎn)的角度大小來(lái)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??？

學(xué)生設(shè)計(jì)的可能方案如下：

1．如圖1所示電路，通過(guò)改變導(dǎo)體棒做切割磁感線運(yùn)動(dòng)的速度大小，來(lái)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(guò)改變條形磁鐵插入和拔出螺線管的速度大小，來(lái)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(guò)改變滑動(dòng)變阻器滑片移動(dòng)的速度大小，來(lái)研究影響感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小的因素。

安排學(xué)生分組HYPERLINK""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)姆譃閹讉€(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HYPERLINK""流的條件是：穿過(guò)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(guò)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(guò)該電路的磁通量，從而產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)越快，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(zhuǎn)角度越大，說(shuō)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(guò)閉合電路的磁通量為Φ1，時(shí)刻t2時(shí)穿過(guò)閉合電路的磁通量為Φ2，則在時(shí)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(shí)間內(nèi)磁通量的變化量來(lái)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(lái)，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(guò)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＝k

3．單位：E（V），Φ（Wb），t（s）

上式中的常數(shù)kHYPERLINK""等于多少呢？請(qǐng)同學(xué)們證明1V＝1Wb／s，則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(guò)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(lái)，這個(gè)證明對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)，難度較大，教師可根據(jù)情況適當(dāng)提示）。

k=1，則可把上表達(dá)式寫成E=。

學(xué)生思考討論：上面討HYPERLINK""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(guò)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)勢(shì)

學(xué)生思考討論：如圖所示HYPERLINK""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)部分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)部分由原來(lái)的位置ab移到a1b1，這時(shí)線框的面積變化量，穿過(guò)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(guò)程的特殊性）

上述物理HYPERLINK""過(guò)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：⑴勻強(qiáng)磁場(chǎng)；⑵B、L、υ相互垂直。

學(xué)生思考討論：HYPERLINK""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HYPERLINK""，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)，若導(dǎo)體棒平行磁感線運(yùn)動(dòng)，則不能產(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