《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)陜西省西安市田家炳中學(xué) 簡(jiǎn)波一、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)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)校可將本節(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

2、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 E二員小血3 ,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。絲本節(jié)課的難點(diǎn)是對(duì)中、*、五物理意義的理解，在難點(diǎn)的突破上，采用般小了類(lèi)比的方法。把小、金、9、E和u、Au、血、a類(lèi)比起來(lái)，使學(xué)生更絲容易理解中、上和E之間的聯(lián)系。二、教學(xué)目標(biāo)（一）知識(shí)和能力目標(biāo)絲1 .知道感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的概念，會(huì)區(qū)分、A、 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)

3、題。3 .知道公式百二8他S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(lèi)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)3 拉第電磁感應(yīng)定律的建立過(guò)程以

4、及對(duì)公式E =山、5二刈卬sm日的理解。教、教學(xué)難點(diǎn)絲4 、A、木物理意義的理解。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

5、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Bo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

6、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?。繉W(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

7、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。4 .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。5 .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(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

8、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)亥tl時(shí)穿過(guò)閉合電路的磁通量為1,時(shí)刻t 2時(shí)穿過(guò)閉合電路的磁通量 為2,則在時(shí)間A t =t2tl內(nèi)磁通量的變化量為八二21,磁通量的變化 絲快慢可以用單位時(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) 絲于、A、 衣 和E,學(xué)生很難理解它們之間的關(guān)系的，教師可將、A、4、E和u、Au、0、a類(lèi)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

9、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。絲2 .表達(dá)式：E8寫(xiě)成等式形式，乘上比例系數(shù)k絲即 E = k3 .單位：E (V),(Wb , t (s)上式中的常數(shù)k等于多少呢？請(qǐng)同學(xué)們證明1V= 1W»s,則k=1 (提示學(xué) 生注意證明1V= iwyS,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)。絲k=1,則可把上表達(dá)式寫(xiě)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(guò)每匝線圈的磁通量的變化率都相同，

10、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)絲勢(shì)是單匝線圈的n倍，即E=n速。* 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u向右運(yùn) 動(dòng)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)怎么表示？在At時(shí)間內(nèi)可動(dòng)部分由原來(lái)的位置 ab移到ab,這時(shí)線框的面積變化量 上的,穿過(guò)閉合電路的磁通量的變化量 占中=2七=血,代入公式S =-血中，得到百=F4。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）上述物理過(guò)程所設(shè)磁場(chǎng)

11、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)；R L、u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0 0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)，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u 1= u sin 0和平行磁感線的分量u 2= u cos 0 ,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= BLu i = BL