法拉第电磁感应定律 教学设计2

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υ、Δυ、、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

（一）知识和能力目标

1．知道感应电动势的概念，会区分φ、Δφ、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

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

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

法拉第电磁感应定律的建立过程以及对公式Ｅ＝、的理解。

四、教学难点

对φ、Δφ、物理意义的理解。

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

（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

＊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φ₁，时刻t₂时穿过闭合电路的磁通量为φ₂，则在时间Δt＝t₂－t₁内磁通量的变化量为Δφ＝φ₂－φ₁，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φ、Δφ、和E，学生很难理解它们之间的关系的，教师可将φ、Δφ、、E和υ、Δυ、、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：Ｅ∝

写成等式形式，乘上比例系数k

即Ｅ＝k

3．单位：E（V），φ（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Ｌ，以速度υ向右运动，产生的感应电动势怎么表示？

图4 图5

在Δt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：⑴匀强磁场；⑵B、L、υ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θ。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υ₁＝υsinθ和平行磁感线的分量υ₂＝υcosθ，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Ｅ＝BLυ₁＝BLυsinθ。

可见，导体棒切割磁感线时产生的感应电动势的大小，跟磁感应强度B、导线长度L、运动速度υ以及运动方向和磁感线方向的夹角θ的正弦sinθ成正比。

（三）课堂小结

通过本节课的学习，同学们要掌握计算感应电动势大小的方法，理解公式和的意义。但是电流也是有方向的，电流的方向又如何确定呢？这将是下节课要学习的内容。