2.2《法拉第電磁感應定律》教學設計一、課前準備（一）課標要求1.課表要求通過實驗，理解法拉第電磁感應定律2.課標解讀注重在實驗的基礎上進行科學推理，理解法拉第電磁感應定律（二）教材分析本節內容為人教版 《普通高中教科書?物理選擇性必修二》第二章“電磁感應”第節。前面一節的內容是從感應電流的角度來認識電磁感應現象。本節是從感應電流進一步深入到感應電動勢來理解，即研究“決定感應電動勢大小的因素”。法拉第電磁感應定律是電磁感應這一章的核心內容。從知識延申拓展來看，它與電磁場和穩恒電流有緊密聯系，又是下一章交變電流的基礎。它既是本章的教學重點，也是教學難點。在以前我們已經學習并掌握了穩恒電流、感應電流的產生條件、電源電動勢和磁通量的相關知識，已經構建起變化量和變化率的概念，為本節的學習奠定了基礎。（三）學情分析在學習本節內容之前，學生已經掌握了穩恒電流、電磁感應現象、磁通量、磁通量的變化量、電磁感應產生條件、楞次定律等相關知識，并且也知道變化量和變化率以及兩者之間的區別。為法拉第電磁感應定律的理解和應用奠定了基礎。學生已經具備了較強的實驗操作能力。一方面，學生能夠在實驗基礎上對感應電動勢的大小和磁通量的變化量以及變化時間有所認識，另一方面，他們對法拉第電磁感應定律提到的“感應電動勢的大小和磁通量變化率成正比”并不能很好地理解。對“磁通量”“磁通量變化量”“磁通量變化率”的差異理解不透徹。因此，在教學中要以對實驗的分析為切入點，充分運用類比法，通過初步引導，讓學生通過實驗對法拉第電磁感應定律中的“磁通量的變化率”有更深刻的認識。為了幫助學生理解、啟發學生思維，提高學生科學探究能力和知識應用能力，教師應當在教學中充分利用實驗、多媒體輔助教學等方法。（四）任務分析課時學習總任務：通過電磁感應實驗理解感應電動勢能夠更好地反映電磁感應的本質，知道感應電動勢的表達式并會應用于解決問題。任務分解：根據總任務“探究法拉第電磁感應定律”，首先要明白感應電動勢的產生較感應電流更能反映電磁感應現象的本質。因此，任務一：“構建感應電動勢的概念”；任務二：“定性探究感應電動勢的大小”;任務三：“實驗定量驗證法拉第電磁感應定律”；任務四：“分別從法拉第電磁感應定律、能量轉化與守恒角度、微觀角度推導動生電動勢”。（五）教學目標與核心素養【物理觀念】①知道感應電動勢的概念，體會物理觀念生成的過程；②知道E=BLvsinθ是法拉第電磁感應定律的一種特殊形式。【科學思維】通過實驗理解法拉第電磁感應定律及數學表達式，體會物理模型建立及物理方法在物理規律形成中的作用。【科學探究】①經歷分析推理得出法拉第電磁感應定律的過程，體會用變化率定義物理量的方法；②經歷推理得出E=BLvsinθ的過程，體會矢量分解的方法，并體會從多個角度研究同一物理過程，感受世界的多樣性與統一性?！究茖W態度與責任】通過觀察、實驗探究、交流與討論等學習活動，培養學生尊重客觀事實、實事求是的科學態度。（六）教學重難點【教學重點】法拉第電磁感應定律、動生電動勢【教學難點】對磁通量變化和磁通量變化率的理解，從微觀角度理解動生電動勢的產生原因。（七）設計思想本節非常重視概念構建過程，通過對一個個問題情景的探究，總結歸納出物理規律，體現對學生核心素養培養的要求。首先，建立感應電動勢的概念，通過創設問題情景，讓學生思考和討論，在問題的探討中逐步形成物理概念；其次，通過定性實驗對問題進行進一步探究，確定影響感應電動勢的物理量；不過由于實驗條件的限制，法拉第電磁感應定律的結論不能在課堂有限的實驗中得到，所以需要強調更精確的實驗表明，以陳述事實的方式告訴學生法拉第電磁感應定律，與直接傳授的方式不同，學生經歷科學探究的過程，培養了學生的科學探究能力，再強調法拉第電磁感應定律需要通過更精確的實驗才能得到，體現了物理科學的嚴謹性；接著解釋為什么命名為法拉第電磁感應定律，體現科學態度和責任；隨后用傳感器在一定程度上驗證法拉第電磁感應定律，最后，從多角度在理論上推導出導體棒切割磁感線的感應電動勢公式，重視對學生科學思維的培養。（八）教學方法教法：設計創新演示實驗，通過設置問題鏈引導法、類比等方法。學法：討論、自主、合作、實驗探究、歸納法等（九）教學流程復習舊知比較分析問題轉化規律總結延伸推導導入新課建立概念定性探究定量驗證多維思考（十）教具準備線圈、示波器、電流計、強磁鐵、玻璃管、匝數可變的線圈、導線、電壓傳感器、電動機等。（十一）課時安排課時復習導入：教師活動：前面學習了電磁感應的條件以及楞次定律闡述了感應電流的方向特點學生活動：思考并回答教師活動：無論感應電流的條件還是方向都與磁通量的方向有關。感應電流不僅有方向還有方向，它又與哪些因素有關呢？請大家根據所提供的實驗器材，嘗試改變感應電流的大小。教師活動：根據實驗現象結合感應電流的條件和方向特點，猜想影響感應電流的因素學生活動：思考并提出猜想，感應電流的大小可能和線圈的匝數、磁體穿過線圈時磁通量的變化、磁體穿過線圈的時間有關學生活動：比較這兩個電路AG 甲乙開關斷開，電路中還有電流嗎?電動勢呢？（沒有感應電流?。┻€有感應電動勢嗎？用什么來檢測線圈兩端的感應電動勢？（示波器）為了讓學生認識到感應電流與感應電動勢的區別和聯系，通過演示實驗，先讓學生觀察接通與斷開電路時的電流和路端電壓。即當電路斷開時，沒有感應電流，但路端電壓仍存在。學生活動：電路中出現感應電流要同時滿足電路閉合與電動勢存在這兩個前提條件。所以，感應電動勢的有無，完全決定于磁通量是否發生變化，與電路的通斷、電路的組成情況等無關。在電磁感應現象中，“感應電動勢”比“感應電流”更具有本質意義。引入感應電動勢的概念，閉合電路中要有持續的電流，必須有電動勢的存在，在電磁感應現象中，閉合電路中有電流，必然對應電動勢，這個電動勢叫感應電動勢。建立感應電動勢的概念教學思路：電磁感應現象→感應電流→電源→感應電動勢。比較概念之間的內在聯系，使學生深刻理解概念的本質。由感應電流過度到感應電動勢，對學生來說，是從現象到本質的認識深化過程。（二）改進實驗，探究規律定性探究影響感應電動勢大小的因素實驗裝置改進如圖所示，線圈的兩端與電壓傳感器相連。教師活動：實驗器材改進及介紹學生活動：討論給出實驗操作方案探究一：相同磁鐵、同樣的線圈匝數，從不同高度由靜止釋放，比較電壓傳感器的峰值；探究二：相同線圈匝數，從相同高度由靜止釋放不同磁性的磁體，比較電壓傳感器的峰值；探究三：相同磁體、從相同高度由靜止釋放，穿過匝數不同的線圈，比較電壓傳感器的峰值。教師活動：邀請學生協助完成實驗，并使用攝像頭把實驗現象投屏到屏幕上學生活動：觀察實驗現象、并填入表格探究一（n）探究二（）探究三（t）線圈接入匝數n越多不變不變磁通量變化不變越大不變變化所用時間t不變不變越短電壓傳感器波值線圈接入匝數n越多不變不變越大磁通量變化率t電壓傳感器波值越大越大教師活動：由表一引導學生建立一個新物理量——變化率。再由表一分析出表二結果。學生活動：綜合表格中的因素，可以初步得到感應電動勢的大小與線圈的匝數正相關，與磁通量的變化率正相關。設計意圖：第一個實驗，磁通量變化率無法準確測量，故此實驗不能用于定量探究，但是它可以為我們定量實驗提供思路，讓我們對影響感應電動勢大小的因素有個初步印象——可能和磁通量變化率、線圈匝數等因素成正比，為我們接下來的定量驗證實驗指明了方向。（三）提煉升華，實驗驗證——法拉第電磁感應定律1.法拉第電磁感應定律內容教師活動：介紹法拉第電磁感應定律內容、表達式及由來并給出說明。更精確的實驗表明：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。這就是著名的法拉第電磁感應定律。這是由德國的物理學家紐曼和韋伯在對理論和實驗資料進行嚴格分析后，于1845年和1846年先后指出的，人們為了紀念法拉第對電磁感應現象研究的巨大貢獻，就用他的名字命名了這一定律。2.表達式：E n t當電動勢的單位為V,磁通量的單位為Wb,時間的單位為s時，K的值為1.1Wb1Tm21N m21J1V（類比牛頓第二定律中k的取值）s s Am s C多匝線圈，E n tE∝EkEEntttt3.說明：①計算時 取絕對值，感應電動勢的正負根據楞次定律由電流方向判斷；②該式計算的是電動勢的平均值，當t 0時，計算的就是瞬時值。③磁通量變化主要有三種情況：僅由面積變化引起、僅由磁場變化引起、面積和磁場同時變化引起v學生活動：區別、、三者之間的關系（類比v、v、三者之間的關系）tt設計意圖：利用相同的方法處理和分析問題便于學生接受，同時也讓學生體會到方法和知識的遷移應用,做到學以致用。用傳感器定量驗證法拉第電磁感應定律教師活動：介紹實驗裝置及原理實驗原理：電動機勻速轉動通過細繩牽引磁體自下而上勻速運動。三個線圈僅匝數不同，所以同一磁體穿過不同線圈時磁通量變化量是相同的，改變電動機的檔位就可以改變磁體運動的速度，即改變通過線圈的時間，從而改變磁通量變化率。每個線圈連接一個電壓傳感器，在磁體穿過線圈過程中產生的感應電動勢通過電壓傳感器和數據采集器顯示在電腦對應軟件上。驗證一：感應電動勢與匝數成正比教師活動：邀請兩位學生和老師一起完成實驗學生活動：觀察實驗現象并記錄到表格演示實驗：①三個微電壓傳感器分別接在三個線圈上；②通過電動機牽引磁體勻速運動；③讓同一個磁體以同一速度一次性通過僅匝數不同的線圈，線圈匝數分別為150匝、300匝、450匝、600匝；④分別記錄幾個傳感器的峰值并填入表中感應電動勢E與匝數n的關系匝數n150300450600感應電動勢E驗證二：感應電動勢與磁通量變化率成正比①因為磁通量的變化率無法測量，所以橫坐標改成磁通量變化率的倍數。若感應電動勢與磁通量變化率的倍數成正比，則就與磁通量變化率成正比。②只要幾次操作中電動機的轉速成倍數關系，物體上升的速度就成倍數關系，通過線圈時間的倒數就成倍數關系，這樣磁通量的變化率就成倍數關系，可讓三次電動機的檔位分別處在10檔、20檔、30檔、40檔③讓同一磁體分別以不同速度通過同一個線圈④記錄三次傳感器的峰值并填入表中感應電動勢E與磁通量變化率的關系t磁通量變化1倍2倍3倍4倍ttttt感應電動勢E作圖，分別得到En和E t圖像，在實驗誤差允許范圍內是過原點的直線。結論：在誤差允許范圍內，感應電動勢與線圈匝數成正比，和磁通量變化率成正比。設計意圖：讓學生自己進行組內分工與相互合作，自己設計實驗、動手實驗、處理數據、描點作圖得出結論，由實驗表象向普適原理逐步過渡，主動構建知識，達到核心素養中的社會參與（責任承擔，實驗創新）的部分目標。（四）延伸推導，多維思考——導線切割磁感線時的感應電動勢思考與討論1：如圖所示，把矩形線框CDMN放在磁感應強度為B的勻強磁場中，線框平面跟磁感線垂直。設線框可動部分導體棒MN的長度為l,在外力F作用下使它以速度v向右運動，在t時間內，由原來的位置MN移到M1N1，請嘗試應用法拉第電磁感應定律推導回路中的感應電動勢E.教師活動：引導問題鏈：要研究的是哪個回路？匝數是多少？此時法拉第電磁感應定律的表達式為？引起磁通量變化的原因是什么？它變化了多少？磁通量的變化量是多少？學生活動：根據問題鏈完成推導EtB(S2S1)BSBlvtEtBlv思考與討論2：請嘗試從能量轉化與守恒角度，推導回路中產生的感應電動勢E教師活動：引導問題鏈：除了外力F還受到什么力？兩者有何關系？外力F為多大？外力F的功率多大？能量是如何轉化的？數量上有何關系？學生活動：根據問題鏈完成推導。如果維持導體棒勻速運動外力F F安，F安 BIl根據能量守恒，通過外力做的功把其它形式的能全部轉化為電能外力做功功率PF Fv BIlv電功率P電 EIBIlv EIEBlv思考與討論3：長度為l的導體棒CD在勻強磁場中以速度v勻速運動時，請嘗試從微觀角度推導導體棒CD產生的感應電動勢E自由電荷隨棒定向移動并因此受到洛倫茲力的作用，為了方便，可以認為導體棒中的自由電荷是正電荷。教師活動：引導問題鏈：導體棒中的自由電荷所受的洛倫茲力方向如何？自由電荷在洛倫茲力的作用下，會產生什么方向的速度？導體兩端帶電如何？導體棒兩端之間存在又會產生什么？自由電荷除了洛倫茲力還受什么力？方向怎樣？若導體棒一直運動下去，自由電荷會一直沿導體棒運動嗎？學生活動：根據問題鏈，先思考討論師生共同分析：穩定時：qE qvBqUl qvB即U Blv導體棒兩端的電勢差U就是電源電動勢E，所以E Blv設計意圖：通過多個角度對同一問題進行分析，讓學生了解自然界的多樣性與統一性。也可以讓學生意識到，法拉第電磁感應定律也是能量守恒的一種表現。從微觀角度分析，可以使學生理解導體棒斷開與外電路連接，導體棒中雖沒有感應電流，但仍有感應電動勢的本質原因。教師活動：總結：導體做切割磁感線運動時產生的感應電動勢——動生感應電動勢這就是感應電動勢的另一種算法。其中B是磁感應強度，l是切割磁感線的導線長度，是導體相對于磁場的運動速度。教師活動：引導學生注意，在剛才的推導中，磁場是勻強磁場，并且磁場的方向，導體棒放置的方向和導體棒的運動方向，三者是相互垂直的。所以這個公式要成立，有兩個條件必須滿足。第一，B是勻強磁場；第二，B、l、v相互垂直。教師活動：提問：若B、v不垂直怎么計算呢？導體斜割磁感線比如磁場是這樣的豎直向下，導體棒為l垂直于紙面這樣放置，斜向下運動。它與磁場的夾角是，此時產生的感應電動勢又是多少呢？學生活動：思考后回答：EBlvsin。當0°時，v與B平行，不切割磁感線，所以E0；當90時，v與B垂直，切割磁感線，所以EBlv。思考與討論3中繼續引導學生思考：5：在導體棒切割磁感線產生感應電動勢問題中，什么力充當了非靜電力？6：這個力做功了嗎？與前面所學知識是否產生矛盾？設計意圖：這里設置一系列的問題串，這些問題的回答，盡量在教師的引導下，學生交流、討論后由學生完成。通過對所學知識的合理推導，體驗成功解決問題的喜悅，增進學習物理的自信心。推導后，注重教師評價和同伴評價的有機結合，引導學生自主發展，達成核心素養中的自主發展（學會學習，健康生活）的部分目標（五）本課學生小結：本節課學習了電磁感應定律：閉合電路中感應電動勢的大小也跟穿過這一電路的磁通量的變化率成正比，即E n t。2.從三個角度推導動生電動勢：①由于導體運動而產生的電動勢叫動生電動勢，且EBlvsin。②非靜電力與洛倫茲力有關；③導體棒就相當于與電源三、板書設計2.2法拉第電磁感應定律一、法拉第電磁感應定律nt二、動生感應電動勢EBlvsin當0°時，v與B平行，不切割磁感線，所以E0；當90時，v與B垂直，切割磁感線，所以EBlv。四、教學反思師需充分了解學生的認知障礙，在教學過程中為學生設計出邏輯關系嚴謹、難度梯度適當的問題或實驗系列，把知識問題化，問題情境化，將學生置于問題的情境中，讓他們經歷智力的探險，收獲思維和智慧，改變只會“模仿”不會“遷移”的頑癥。通過課堂演示實驗和定量驗證實驗，讓學生身臨其境，獲得具體的直接經驗，得到清晰認識。并在教師的啟發引導下，經過學生討論、分析、推理和歸納，上升到理性認識，形成物理概念或物理規律。一個物理概念或物理規律可以用語言、圖表、代數或幾何等方式表達出來，而不同的學生對信息的不同表征形式有著不同的反應。教學中需幫助他們找到最適合自己的表征形式。反過來，如果一個學生能夠以多種形式來表達同一問題，就表示他們已經對此問題有了非常透徹的理解。運用物理概念或物理規律時，依據“發現學習”的教學