《法拉第電磁感應定律》教學設計【課題】法拉第電磁感應定律【教材】人民教育出版社《物理》選修3-2第1章第四節【課型】新授課【課時】1課時【教材分析】內容分析通過對教材的分析本節內容兩個核心一個任務。兩個核心：首先通過實驗說明感應電動勢的大小與磁通量的變化快慢有關；其次依據法拉第的實驗給出感應電動勢的大小與磁通量變化率的關系,然后推導出切割磁感線的一般表達式。一個任務：建立起感應電動勢這個概念。教材的地位和作用是本章前面三節的理論的數學化，對法拉第電磁感應的準確定量，是本章的核心要點。又與洛倫茲力有關，與安培力相聯系，是功能關系以及電動勢概念的實例。新舊教材的對比1.關于感應電動勢以及電動勢的定義基本延續了舊課本的方式；2.不同在于提出反電動勢的概念，與新教材在恒定電流中提出電動勢定義方式相吻合，是未了理解電磁感應過程中的功能關系。【學生學情分析】1.學生已經學習：產生感應電流的條件，知道了判斷感應電流了方向，以及法拉第的探索歷程，本節學習感應過程的定量問題。2.學生的障礙：對反電動勢的理解以及做功中的能量轉換會產生混淆。【教學目標】知識與能力理解感應電動勢、反電動勢概念。理解感應電動勢與磁通量變化率的關系。能夠由感應電動勢定義方以及推導式求解感應電動勢的大小。過程與方法通過類比和實驗探究，理解磁通量變化率。在“電動勢的大小”的實驗過程中，初步學會“科學猜想、設計實驗、分析驗證、歸納總結”的科學探究方法，提高動手操作能力和觀察分析能力。情感態度與價值觀通過自身的探究和交流接感受應電動勢與磁通量變化率的關系。在“電動勢的大小”的實驗過程中，體會科學探究的過程，體會成功的喜悅。【重點難點】本節重點：對感應電動勢大小進行試驗探究和電動勢大小的定量推導本節難點：對電磁感應過程中功能關系的理解，以及反電動勢的理解【教法學法】教法：以指導學生實驗探究為主，講授法為輔學法：主動探究、互相協作、抽象提煉【教學準備】靈敏電流計、線圈、條形磁鐵、導線若干【教學過程】教師活動學生活動設計意圖一、新課引入多媒體展示：【提問】：a、b兩圖中，若電路是閉合的，有無電流圖b中有電流時，哪一部分相當于電源【講解】：線圈既然是電源，就一定有電動勢，同時線圈的電阻即為電源的內阻。【跟進追問】：圖b中，若電路不閉合，當條形磁鐵插入或拔出時,有無電流有無電動勢【跟進追問】：在電磁感應現象中，不論電路是否閉合，只要穿過電路的磁通量發生變化，電路中就有感應電動勢。有感應電動勢是電磁感應現象的本質。提出問題：感應電動勢的大小跟哪些因素有關呢一、探究影響感應電動勢大小的因素：【引導】：1．請同學們對影響感應電動勢大小的因素進行猜想：2．利用圖b裝置如何進行實驗探究①如何比較感應電動勢的大小②如何控制磁通量變化量的大小和快慢3．請同學們利用手中器材進行實驗4．請同學們交流實驗結果：【總結】：磁通量變化的快慢用磁通量的變化率來描述，即單位時間內磁通量的變化量，用公式表示為。可以發現，越大，E感越大，即感應電動勢的大小完全由磁通量的變化率決定。精確的實驗表明：電路中感應電動勢的大小，跟穿過這一電路磁通量的變化率成正比，即E∝。這就是法拉第電磁感應定律。二、進入新課（導出概念）二、法拉第電磁感應定律【教師敘述】：紐曼、韋伯在對理論和實驗資料進行嚴格分析后，于1845年和1846年先后指出;1．內容：【引導】2．師生共同推導法拉第電磁感應定律表達式：設t1時刻穿過回路的磁通量為Φ1，t2時刻穿過回路的磁通量為Φ2，在時間Δt=t2－t1內磁通量的變化量為多少磁通量的變化率為多少感應電動勢的表達式如何表示在國際單位制中，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k=1，（同學們可以課下自己證明），則上式可寫成設閉合電路是一個n匝線圈，且穿過每匝線圈的磁通量變化率都相同，這時相當于n個單匝線圈串聯而成，因此感應電動勢變為說明：（1）（2）兩式計算時取絕對值。【跟進追問】：磁通量Φ、磁通量的變化量△Φ、磁通量的變化率有何不同二、進入新課（加固理解）【問題呈現】練習：有一個1000匝的線圈，在內通過它的磁通量從增加到，求①線圈的感應電動勢②如果線圈的電阻是10Ω，把一個阻值為990Ω的電熱器連接在它兩端，通過電熱器的電流是多大提出問題：導體切割磁感線時，感應電動勢如何計算呢二、進入新課（深入探索）三、導線切割磁感線時的感應電動勢例題：如圖所示電路，閉合電路一部分導體ab處于勻強磁場中，磁感應強度為B，ab的長度為L，以速度v勻速切割磁感線，求產生的感應電動勢問題：當導體的運動方向跟磁感線方向有一個夾角θ，感應電動勢可用上面的公式計算嗎如圖所示電路，閉合電路的一部分導體處于勻強磁場中，導體棒以v斜向切割磁感線，求產生的感應電動勢。［強調］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。請同學們比較：公式E=n與E=BLvsinθ的區別與聯系二、進入新課（加固理解）【問題呈現】練習2：當航天飛機在環繞地球的軌道上飛行時，從中釋放一顆衛星，衛星與航天飛機保持相對靜止，兩者用導電纜繩相連，這種衛星稱為繩系衛星，利用它可以進行多種科學實驗。現有一顆繩系衛星在地球赤道上空沿東西方向運行。衛星位于航天飛機正上方，它與航天飛機間的距離是，衛星所在位置的地磁場為，沿水平方向由南向北。如果航天飛機和衛星的運行速度是，求纜繩中的感應電動勢。二、進入新課（探索原理）四、反電動勢【教師敘述】引導學生討論教材圖中，電動機線圈的轉動會產生感應電動勢。這個電動勢是加強了電源產生的電流，還是削弱了電源的電流是有利于線圈轉動還是阻礙線圈的轉動教師總結點評。電動機轉動時產生的感應電動勢削弱了電源的電流，這個電動勢稱為反電動勢。反電動勢的作用是阻礙線圈的轉動。這樣，線圈要維持原來的轉動就必須向電動機提供電能，電能轉化為其它形式的能。討論：如果電動機因機械阻力過大而停止轉動，會發生什么情況這時應采取什么措施五、總結歸納課堂小結：【引導歸納】請同學們對本節課的學習進行總結【思考觀察】：a圖中有電流，b圖中條形磁鐵插入或拔出時，有電流。【回答】：線圈相當于電源.【思考】類比a、b兩圖回答：無電流，有電動勢。【猜想】①與磁通量變化的大小有關②與磁通量變化的快慢有關【回答】：用電流表代替電阻，在閉合電路電阻一定時，由閉合電路歐姆定律可知，感應電動勢越大，感應電流就越大，可用電流表示數表示感應電動勢的大小。【回答】：當同一條形磁鐵從線圈上某位置開始插入到另一位置，只要初、末位置相同，磁通量的變化量就相同。插入越快，磁通量變化就越快。【合作探討】：交流實驗結果：磁通量的變化量就相同，插入越快，電流表示數越大，感應電動勢越大。說明：感應電動勢的大小與磁通量的變化量的大小無關，與磁通量變化的快慢有關。結論：磁通量變化越快，感應電動勢越大。【閱讀思考】：閉合電路中感應電動勢的大小，跟穿過這一電路的磁通量的變化率成正比。【試探】：：在時間Δt=t2－t1內磁通量的變化量為ΔΦ=Φ2－Φ1，磁通量的變化率為感應電動勢為E，則E=kE=（1）E=n（2）（1）磁通量Φ是穿過某一面積的磁感線的條數；磁通量的變化量△Φ=Φ1-Φ2表示磁通量變化的多少，并不涉及這種變化所經歷的時間；磁通量的變化率表示磁通量變化的快慢。（2）當磁通量很大時，磁通量的變化量△Φ可能很小。同理，當磁通量的變化量△Φ很大時，若經歷的時間很長，則磁通量的變化率也可能較小。（3）磁通量Φ和磁通量的變化量△Φ的單位是Wb，磁通量變化率的單位是Wb／s。（4）磁通量的變化量△Φ與電路中感應電動勢大小沒有必然關系，穿過電路的△Φ≠0是電路中存在感應電動勢的前提；而磁通量的變化率與感應電動勢的大小相聯系，越大，電路中的感應電動勢越大，反之亦然。（5）磁通量的變化率，是Φ-t圖象上某點切線的斜率。分析解答（略）【探索體驗】：解析：設在Δt時間內導體棒由原來的位置運動到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據法拉第電磁感應定律，得E==BLv(3)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，不產生感應電動勢。前者切割磁感線，產生的感應電動勢為E=BLv1=BLvsinθ（1）研究對象不同：E=n的研究對象是一個回路，而E=BLvsinθ研究對象是磁場中運動的一段導體。（2）物理意義不同：E=n求得是Δt時間內的平均感應電動勢，當Δt→0時，則E為瞬時感應電動勢；而E=BLvsinθ，如果v是某時刻的瞬時速度，則E也是該時刻的瞬時感應電動勢；若v為平均速度，則E為平均感應電動勢。（3）E=n求得的電動勢是整個回路的感應電動勢，而不是回路中某部分導體的電動勢。整個回路的電動勢為零，其回路中某段導體的感應電動勢不一定為零。（4）E=BLvsinθ和E=n本質上是統一的。前者是后者的一種特殊情況。但是，當導體做切割磁感線運動時，用E＝BLvsinθ求E比較方便；當穿過電路的磁通量發生變化，用E=求E比較方便。【沖突】：學生討論后發表見解。電動機轉動時產生的感應電動勢削弱了電源的電流，阻礙線圈的轉動。【討論發表意見】：。電動機停止轉動，這時就沒有了反電動勢，線圈電阻一般都很小，線圈中電流會很大，電動機可能會燒毀。這時，應立即切斷電源，進行檢查。歸納總結：通過本節課的學習，我們知道了：1．什么叫感應電動勢2．計算感應電動勢大小的方法①利用法拉第電磁感應定律②導線切割磁感線時：通過實驗觀察讓學生通過類比得出物理規律。認識電磁感應現象中產生感應電動勢的本質培養學生設計實驗的能力培養學生的合作的能力進一步讓學生理解感應電動勢的推導過程及其含義。學生通過實踐體驗，挖掘出潛意識中的等效思想進一步理解等效思想【板書設計】板書設計第四節：法拉第電磁感應定律一、探究影響感應電動勢大小的因素：方法：控制變量法結論：磁通量變化越快，感