《法拉第电磁感应定律》教学设计

法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律 教学设计教学设计 陕西省西安市田家炳中学 简波 一 设计思想一 设计思想 法拉第电磁感应定律是电磁学的核心内容 从知识发展来看 它既与电场 磁场和稳恒电流有紧密联系 又是后面学习交流电 电磁振荡和电磁波的基础 它既是本章的教学重点 也是教学难点 在学习本节内容之前 学生已经掌握了恒定电流 电磁感应现象和磁通量 的相关知识 并且也知道了变化量和变化率的概念 学生已经具备了很强的实 验操作能力 而且本节课的实验也是上节课所演示过的 只不过研究的侧重点 不同 因此 有条件的学校可将本节课的演示实验改为学生分组实验 另外 学生对物理学的研究方法已有较为深刻的认识 在自主学习 合作探究等方面 的能力有了较高的水平 本节课的重点法拉第电磁感应定律的建立过程 设计中采用了让学生自己 设计方案 自己动手做实验 思考讨论 教师引导找出规律的方法 使学生能 够深刻理解法拉第电磁感应定律的建立过程 对于公式 让学生 自己根据法拉第电磁感应定律 动手推导 使学生深刻理解 本节课的难点是对 物理意义的理解 在难点的突破上 采 用了类比的方法 把 E 和 a 类比起来 使学 生更容易理解 和 E 之间的联系 二 教学目标二 教学目标 一 知识和能力目标 一 知识和能力目标 1 知道感应电动势的概念 会区分 的物理意义 2 理解法拉第电磁感应定律的内容和数学表达式 并能应用解答有关问题 3 知道公式的推导过程及适用条件 并能应用解答有关问题 4 通过学生对实验的操作 观察 分析 找出规律 培养学生的动手操作 能力 观察 分析 总结规律的能力 二 过程与方法目标 二 过程与方法目标 1 教师通过类比法引入感应电动势 通过演示实验 指导学生观察分析 总结规律 2 学生积极思考认真比较 理解感应电动势的存在 通过观察实验现象的 分析讨论 总结影响感应电动势大小的因素 三 情感 态度 价值观目标 三 情感 态度 价值观目标 1 通过学生之间的讨论 交流与协作探究 培养学生之间的团队合作精神 2 让学生在探究过程中体验解决问题的成功喜悦 增进学生学习物理的情 感 三 教学重点三 教学重点 法拉第电磁感应定律的建立过程以及对公式 的 理解 四 教学难点四 教学难点 对 物理意义的理解 五 教学准备五 教学准备 准备实验仪器 电流计 蹄形磁铁 螺线管 铁芯 学生电源 变阻器 开关 导线若干 若为分组实验 应准备若干组器材 六 教学过程六 教学过程 一 引入新课 一 引入新课 教师和学生一起回顾第一节中的三个实验 在这三个实验中 闭合电路中 都产生了感应电流 则电路中必须要有电源 电源提供了电动势 从而产生电 流 在电磁感应现象中产生的电动势叫做感应电动势 那么感应电动势的大小 跟哪些因素有关呢 本节课我们就来共同研究这个问题 二 讲授新课 二 讲授新课 感应电动势 电源能够产生电动势 那么在电磁感应现象中 产生感应电动势的那部分 导体就相当于电源 学生思考讨论 如下图所示的三个实验中 分别是哪部分相当于电源 图 1 图 2 图 3 图 1 中电源是导体棒 AB 图 2 中电源是螺线管 B 图 3 中电源也是螺线管 B 学生思考讨论 产生感应电流的闭合电路断开 还有没有感应电动势 引导学生 电路断开就相当于接入一个阻值无穷大的电阻 电流为零 但 是依然有电动势 教师总结 可见 感应电动势才是电磁感应现象的本质 电磁感应现象重 要的是看感应电动势的有无 下面我们就来共同研究感应电动势的大小跟哪些因素有关 学生探究活动 如何通过上图所示的三个实验来研究影响感应电动势的大 小因素呢 引导学生 对于闭合电路电阻是一定的 可以通过电流表指针偏转的角度 大小来确定电路中感应电流的大小 从而确定感应电动势的大小 如何改变电 路中电流的大小 学生设计的可能方案如下 1 如图 1 所示电路 通过改变导体棒做切割磁感线运动的速度大小 来研 究影响感应电动势大小的因素 2 如图 2 所示电路 通过改变条形磁铁插入和拔出螺线管的速度大小 来 研究影响感应电动势大小的因素 3 如图 3 所示电路 通过改变滑动变阻器滑片移动的速度大小 来研究影 响感应电动势大小的因素 安排学生分组实验 为了节省时间 可将学生分为三大组 每一大组只做 上述方案中的一个实验 每一大组适当的分为几个小组 做完实验后由各组长 上报实验结果 然后由教师在提炼总结 结论 1 感应电动势的大小 与导体棒切割磁感线的速度大小有关 速度 越大 产生的感应电动势越大 2 感应电动势的大小 与条形磁铁插入或拔出螺线管的速度大小有关 速 度越大 产生的感应电动势越大 3 感应电动势的大小 与滑动变阻器滑片移动的速度大小有关 速度越大 产生的感应电动势越大 学生思考讨论 认真分析三个实验及其结论 找出共同的规律 引导学生 产生感应电流的条件是 穿过闭合电路的磁通量发生变化 对 于图 1 所示实验 磁场的磁感应强度不变 通过导体棒做切割磁感线的运动 改变了闭合电路的面积 从而改变穿过该电路的磁通量 从而产生了感应电动 势 导体棒运动越快 则回路面积变化也越快 使得磁通量的变化越快 而电 流表指针偏转角度越大 说明感应电动势的大小与磁通量的变化快慢有关 磁 通量变化越快 感应电动势越大 让学生自己分析另外两个实验 总结结论 共同规律 感应电动势的大小与磁通量的变化快慢有关 磁通量的变化快慢如何表示呢 从数学角度定量的表示 设时刻 t1时穿过闭合电路的磁通量为 1 时刻 t2时穿过闭合电路的磁通 量为 2 则在时间 t t2 t1内磁通量的变化量为 2 1 磁通量 的变化快慢可以用单位时间内磁通量的变化量来表示 也叫磁通量的变化 率 对于 和 E 学生很难理解它们之间的关系的 教师可将 E 和 a 类比起来 学生较容易接受 法拉第电磁感应定律 1 内容 电路中感应电动势的大小 跟穿过这一电路的磁通量的变化率成 正比 2 表达式 写成等式形式 乘上比例系数 k 即 k 3 单位 E V Wb t s 上式中的常数 k 等于多少呢 请同学们证明 1V 1Wb s 则 k 1 提示学 生注意证明 1V 1Wb s 实际上是证明 V Wb s 在证明的过程中注意导出单 位是如何定义的 要把对应的公式联系起来 这个证明对学生来说 难度较大 教师可根据情况适当提示 k 1 则可把上表达式写成 E 学生思考讨论 上面讨论的是闭合电路由单匝线圈构成的 设闭合电路是 一个 n 匝线圈 且穿过每匝线圈的磁通量的变化率都相同 那么整个线圈中的 感应电动势又如何表示 n 匝线圈可以看成是由 n 个单匝线圈串联而成 因此整个线圈中的感应电 动势是单匝线圈的 n 倍 即 E n 导体棒切割磁感线的感应电动势 学生思考讨论 如图所示把矩形线框 abcd 放在磁感应强度为 B 的匀强磁场 里 线框平面跟磁感线垂直 设线框可动部分 ab 的长度是 以速度 向右 运动 产生的感应电动势怎么表示 图 4 图 5 在 t 时间内可动部分由原来的位置 ab 移到 a1b1 这时线框的面积变化量 穿过闭合电路的磁通量的变化量 代入公式 中 得到 对于上式的成立有什么条件限制吗 引导学生分析所设的物理过程的特 殊性 上述物理过程所设磁场为匀强磁场 另外不难看出 磁感应强度方向 导 体棒放置的方向和导体棒的运动方向是相互垂直的 所以其成立的条件是 匀强磁场 B L 相互垂直 学生思考讨论 通常我们还会遇到如上图 5 所示 导体棒垂直纸面放置 磁场竖直向下 导体棒运动方向与导体棒本身垂直 但与磁场方向有夹角 此时产生的感应电动势又如何表示呢 我们知道 只有在导体棒做切割磁感线运动时 才产生感应电动势 若导 体棒平行磁感线运动 则不能产生感应电动势 所以可将其速度分解为垂直磁 感线的分量 1 sin 和平行磁感线的分量 2 cos 后者不切割磁感 线 不产生感应电动势 前者切割磁感线 产生的感应电动势为