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1、- 1 - 4.4 法拉第电磁感应定律 感应电动势的大小 昌吉市第四中学常志平 【教学依据】 人教版高中物理选修32 第四章第四节 【教学流程】 1感应电动势：创设问题情景设计问题迁移类比回答问题定义概念 2法拉第电磁感应定律：创设问题情景提出问题设计实验进行实验分析与论证交流 与评估总结规律规律应用 【教材分析】 本节是选修32 模块的一个二级主题“电磁感应”的一节内容（另外两个二级主题分别是交 变电流和传感器） 。本模块的大部分内容都要求通过实验、探究与活动来展现。应让学生尽可能多 的经历一些探究的过程，领悟物理学研究的思想和方法。结合这一要求，虽然本节教材没有安排实 验，然而我认为在本节
2、教学设计中根据教材前后内容的承接关系及学生的认知能力和特点，还是以 实验定性探究来突破重难点和落实三维目标。 由于高中阶段电磁感应定律的定量实验很难完成，因而【新课程标准】没有要求通过定量实验 来研究，但应通过定性的实验让学生观察磁通量的变化快慢是影响感应电动势的主要因素，从而直 接给出法拉第电磁感应定律和公式。要求学生能应用电磁感应定律解释一些生活和技术中的现象， 要会应用电磁感应定律计算有关问题。 就本节内容而言， “法拉第电磁感应定律”是电磁学的核心内容, 从知识的发展来看, 它既能与 电场、磁场和恒定电流有紧密的联系，又是学习交流电、电磁振荡和电磁波的重要基础；从能力的 发展来看， 它
3、既能在与力、 热知识的综合应用中培养综合分析能力，又能全面体现能量守恒的观点。 因此，它既是教学的重点，又是教学的难点。根据课程标准和学生的接受能力，教学中应着重揭示 法拉第电磁感应定律及其公式E=n t 的建立过程、物理意义及应用，（而公式E=BLv 只作为法拉 第电磁感应定律在特定条件下推导出的表达式这样做可以让学生在这节课的学习中分清主次，减 轻学生认知上的负担，又不降低应用上的要求）可选讲。 【学情分析】 此部分知识较抽象，而现在学生的抽象思维能力还比较弱。所以在这节课的教学中，应该注重 体现新课程改革的要求，注意新旧知识的联系，同时紧扣教材，通过实验、类比、等效的手段和方 法，来化难
4、为简、循序渐进，力求通过引导、启发，使同学们能利用已掌握的旧知识，来理解所要 学习的新规律，力求通过明显的实验现象启发同学们主动起来，从而活跃大脑，激发兴趣，变被动 记忆为主动认知。 【三维目标】 1. 知识与技能： 知道感应电动势的含义，能区分磁通量、磁通量的变化量和磁通量的变化率； 理解法拉第电磁感应定律的内容和表达式，会用法拉第电磁感应定律解答有关问题 2. 过程与方法： 通过演示实验，定性分析感应电动势的大小与磁通量变化快慢之间的关系。培养学生对实验 条件的控制能力和对实验的观察能力； - 2 - 通过法拉第电磁感应定律的建立，进一步定量揭示电与磁的关系，培养学生类比推理能力和 通过观
5、察、实验寻找物理规律的能力； 使学生明确电磁感应现象中的电路，通过对公式E=n t 的理解，引导学生推导出E=BLv， 并学会初步的应用，提高推理能力和综合分析能力。 3. 情感态度与价值观： 通过介绍法拉第电磁感应定律的建立过程，培养学生形成正确的科学态度、养成科学的研究方 法。 【教学重点】 法拉第电磁感应定律的建立和理解 【教学难点】 1 磁通量、磁通量的变化量、磁通量的变化率三者的区别。 2 理解E=n t 是普遍意义的公式，计算结果是感应电动势相对于t时间内的平均值 【教学用具】 。 1 演示用的电流计，线圈，条形磁铁，导线与海绵若干。 2 多媒体大屏幕投影仪，自制的课件。 【教学方
6、法】 实验法、类比法、等效法、分析法、归纳总结 【教学过程】 本节课的教学过程在于要求学生掌握法拉第电磁感应定律中的各个物理量的内涵，要求学生理 解并能运用 t nE。由于学生的分析能力与抽象思维能力较弱，因此要运用实验教学的方法来进 行教学。 通过比较实验装置的差异，引导学生得出相同的原因，帮助学生理解感应电动势的概念（如 实验一）； 通过比较实验中个别因素的差异而引起的变化，引导学生定性得出E与、 t 、 n、 t 的关系，从而为进一步学习法拉第电磁感应定律打下基础（如实验二、三、四）。在教学过程运用 设计、观察与比较的手段，充分调动学生这个主体，使他们有强烈的兴趣去思考、去推理、去学习
7、课程内容。 1感应电动势： 老师活动：实验一，如图（ 1）所示，在线圈中插入一个条形磁铁，将图图 ，图 用投影 仪展示： 图 图 教师引导：由恒定电流的知识可知，闭合电路中有电流，电路中必有电源。对比图，图 提问，图 中的电源在哪里？用投影仪展示图，启发学生回答：图中的线圈就相当于是电 源。有电源那么就会产生电动势。 本节课我们就来一起探究感应电动势。 此处的实验设计，意图为在讲“感应电动势”这一概念时，通过“设计问题推理”模式来 a b G E r - 3 - 进行概念教学。以引导方式来复习闭合电路中电动势的概念，知道闭合回路中有电流的条件是闭合 回路中有电动势。闭合电路中提供电动势的装置是
8、电源。法拉第通过多年的实验发现当穿过闭合回 路的磁通量发生变化时，回路中也会产生电流。我们把此时的电流叫感应电流。虽然回路中没有电 源，但根据有电流的条件可知肯定有电动势，把在电磁感应现象中产生的电动势就定义叫感应电动 势。 2探究影响感应电动势大小的因素： 问题情景设置一：刚才的实验中，磁铁插入过程中，除了观察到电流的有无以外，你还观察到 了电流大小有什么特点吗？电流大小能说明感应电动势大小吗？是什么因素在起影响作用呢？做 几次试试看！ 安排此处的内容可激发学生探究感应电动势大小的影响因素的热情，因为显然每次插入的速度 不同时电流表指针的偏转角度并不相同。这里教师不要急于去说，对学生来说这些
9、是未知的却可以 用简单实验定性显示的。有利于培养学生的探究热情和能力。 学生活动：实验二，按图所示装置将相同的磁铁以不同的速度从同一位置插入同一个线圈 中，观察并比较电流计指针的偏转情况。 教师追问：看到了什么现象？说明了什么？ 问题情景设置二：利用学生已经很熟悉的控制变量思想，引导学生进一步 通过实验定性探究，如果控制以相同的速度插入，再用不同磁性的磁铁试试看！ 此处的设计在于培养学生严谨的探究精神和寻根求源的思维品质。 学生活动： 实验三， 按图 所示装置用磁性不同的条形磁铁分别从同一位 置以相同的速度插入同一个线圈中，观察并比较电流计指针的偏转情况。 教师追问：两次插入过程中磁通量变化是
10、否相同？所用时间是否相同？看 到了什么现象？说明了什么？ 教师活动：引导学生归纳，电流计的指针偏角大，说明产生的电流大，而电流大的原因是电 路中产生的感应电动势大。实验（2）由于两次穿过磁通量变化相同，穿过越快，时间越短，产生 的感应电动势越大，即在相同的情况下，所需t小，产生的E越大；实验（ 3）两种情况所用 时间相同，但穿过线圈的磁通量变化不同，电流表的偏转角不同，而产生的感应电动势大小不同。 说明感应电动势的大小还与磁通量的变化有关，即在t相同的情况下，越大， 产生的E越大。 此处应用了学生很熟知的控制变量的探究方法，不过学生的归纳能力还有局限性，而且不一定 能按照教师的意图去表述，这需
11、要教师去倾听、去适当的有方向的点拨。不能一蹴而就， 包办代替。 最后教师归纳指出：感应电动势的大小似乎与磁通量的变化量及变化所用的时间有关，两者的比值 越大，感应电动势的值越大，反之，则越小。我们再来看一个实验。 学生活动：实验四，按图所示装置用一个条形磁铁从同一位置以相同的速度插入匝数不同 的线圈中，观察并比较电流计指针的偏转情况。 教师追问： 两次穿过线圈的磁通量的变化是否相同？所用时间是否相同？看到了什么现象？说 明了什么？ 师生互动：磁通量变化相同，时间相同，匝数越多，指针的偏转角越大，产生的感应电动势越 大。 此实验设计的意图是对前面实验分析的一种论证。以上现象的分析与归纳都应在教师
12、的引导 下，由学生主动的观察实验结果，分析实验现象， 归纳出有关的结论，切忌由教师讲解。教师概括、 归纳、总结学生的结论，使学生清晰思路。这个过程实际是突破重难点落实三维目标的过程。 - 4 - 通过以上三组实验可知：当穿过线圈的磁通量变化量与时间之比越大，即磁通量的变化率越快 时，线圈中产生的感应电动势就越大。 教师活动：类比速度、速度变化量和速度变化率的不同，强调感应电动势的重要影响因素之一 应该是磁通量的变化率。 这一点是本节课内容的一个难点，用类比的方法加以突破，既降低认知难度，又体现了物理研 究中类比是一种常用的重要的研究方法，培养学生科学的方法观。 学生各种能力的发展是和他们在学习
13、中的相关行为联系在一起的。要发展某种能力，就必须经 历相关的过程。因此这里安排的几组实验，既是让学生认知法拉第电磁感应规律的建立过程，更是 为学生提供实验、观察、思考、交流的机会，以落实三维目标中能力目标和情感价值观目标。 3. 法拉第电磁感应定律 内容：电路中感应动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。 表达式： En t ，E=Kn t ， （取适当的单位得K=1） ，则 E=n t 教师活动： E=n t 公式中的n 是线圈的匝数，是磁通量的变化量，t 是穿过闭合线圈 的时间。 4. 课堂练习 1. 一个 100 匝的线圈，在0.5s 内穿过它的磁通量从0.01Wb 增加到 0
14、.09Wb。则线圈中的感应 电动势是 V （16 V ） 2. 有一个 50 匝的线圈，如果穿过它的磁通量的变化率为0.5Wb/s ， 则感应电动势是 V （25V） 3.下列说法正确的是（D ） A、线圈中磁通量变化越大，线圈中产生的感应电动势一定越大 B、线圈中的磁通量越大，线圈中产生的感应电动势一定越大 C、线圈处在磁场越强的位置，线圈中产生的感应电动势一定越大 D、线圈中磁通量变化得越快，线圈中产生的感应电动势越大 4. 如图所示， 把矩形单匝线圈abcd放在磁感应强度为B的匀强磁场中，线 框平面和磁感线垂直。设线圈可动部ab的长度为L，以速度v向右匀速平动， 当 ab 运动到图示虚线
15、位置时，（1）ab 运动 t 秒内，回路中的磁通量的变化量 如何表示？（ 2）在这段时间内线框中产生的感应电动势为多少？ 问题研究：（启发学生推导）导体ab向右运动时，ab棒切割磁感线，同时 穿过abcd面的磁通量增加，线框中必然要产生感应电动势。设经过极短的时间 t，导体ab运动的距离为vt，穿过线框abcd的磁通量的变化量为BLvt，线圈匝数n=1，代 入公式：E=n/ t中，得到E=BLv。 这里可用等效的思想帮助学生认识E=BLv，ab 棒向右运动，等效于abcd 面积增大，而磁场的 磁感应强度不变，因此磁通量发生变化。 5.一个匝数为100、 面积为 10cm 2 的线圈垂直磁场放置
16、，在 1s 内穿过它的磁场从1T 增加到 9T。 求线圈中的感应电动势。 解：由电磁感应定律可得E=n/t 由联立可得E=n /t 代如数值可得8 6. 有一面积为S100cm 2 的金属环，电阻为R0.1 ，环中磁场变 - 5 - 化规律如图所示，磁场方向垂直环面向里，则在t1t2时间内金属环中产生的感应电动势 0.01V 、通过金属环的电流 0.1A 5. 【课堂小结】 1. 感应电动势的概念。 2. 感应电动势的大小与n、 、 t 有关。 3. 法拉第电磁感应定律内容及表达式。 师生互动：让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架。 【板书设计 】 4.4 ：法拉第电磁感应定律 一、感应电动势： 二、影响感应电动势大小的因素：n、B、 S、 、t 三、电磁感应定律： 1内容 2表达式E=n/t 3. 定律的理解 : 别、 、 t