法拉第电磁感应定律教学设计

PAGEPAGE5《法拉第电磁感应定律》教学【课题】法拉第电磁感应定律【教材】人民教育出版社《物理》选修3-2第1章第四节【课型】新授课【课时】1课时【教材】内容分析通过对教材的分析本节内容两个核心一个任务。两个核心：首先通过实验说明感应电动势的大小与磁通量的变化快慢有关；其次依据法拉第的实验给出感应电动势的大小与磁通量变化率的关系,然后推导出切割磁感线的一般表达式。一个任务：建立起感应电动势这个概念。教材的地位和作用是本章前面三节的理论的数学化，对法拉第电磁感应的准确定量，是本章的核心要点。又与洛伦兹力有关，与安培力相联系，是功能关系以及电动势概念的实例。新旧教材的对比1.关于感应电动势以及电动势的定义基本延续了旧课本的方式；2.不同在于提出反电动势的概念，与新教材在恒定电流中提出电动势定义方式相吻合，是未了理解电磁感应过程中的功能关系。【学生学情分析】1.学生已经学习：产生感应电流的条件，知道了判断感应电流了方向，以及法拉第的探索历程，本节学习感应过程的定量问题。2.学生的障碍：对反电动势的理解以及做功中的能量转换会产生混淆。【教学目标】知识与能力理解感应电动势、反电动势概念。理解感应电动势与磁通量变化率的关系。能够由感应电动势定义方以及推导式求解感应电动势的大小。过程与通过类比和实验探究，理解磁通量变化率。在“电动势的大小”的实验过程中，初步学会“科学猜想、设计实验、分析验证、归纳”的科学探究方法，提高动手操作能力和观察分析能力。情感态度与价值观通过自身的探究和交流接感受应电动势与磁通量变化率的关系。在“电动势的大小”的实验过程中，体会科学探究的过程，体会成功的喜悦。【重点难点】本节重点：对感应电动势大小进行试验探究和电动势大小的定量推导本节难点：对电磁感应过程中功能关系的理解，以及反电动势的理解【教法学法】教法：以指导学生实验探究为主，讲授法为辅学法：主动探究、互相协作、抽象提炼【教学准备】灵敏电流计、线圈、条形磁铁、导线若干【教学过程】教师活动学生活动设计意图一、新课引入多媒体展示：【提问】：a、b两图中，若电路是闭合的，有无电流？图b中有电流时，哪一部分相当于电源？【讲解】：线圈既然是电源，就一定有电动势，同时线圈的电阻即为电源的内阻。【跟进追问】：图b中，若电路不闭合，当条形磁铁插入或拔出时,有无电流？有无电动势？【跟进追问】：在电磁感应现象中，不论电路是否闭合，只要穿过电路的磁通量发生变化，电路中就有感应电动势。有感应电动势是电磁感应现象的本质。提出问题：感应电动势的大小跟哪些因素有关呢？一、探究影响感应电动势大小的因素：【引导】：1．请同学们对影响感应电动势大小的因素进行猜想：2．利用图b装置如何进行实验探究①如何比较感应电动势的大小？②如何控制磁通量变化量的大小和快慢？3．请同学们利用手中器材进行实验4．请同学们交流实验结果：【总结】：磁通量变化的快慢用磁通量的变化率来描述，即单位时间内磁通量的变化量，用公式表示为。可以发现，越大，E感越大，即感应电动势的大小完全由磁通量的变化率决定。精确的实验表明：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路磁通量的变化率成正比，即E∝。这就是法拉第电磁感应定律。二、进入新课（导出概念）二、法拉第电磁感应定律【教师叙述】：纽曼、韦伯在对理论和实验资料进行严格分析后，于1845年和1846年先后指出;1．内容：【引导】2．师生共同推导法拉第电磁感应定律表达式：设t1时刻穿过回路的磁通量为Φ1，t2时刻穿过回路的磁通量为Φ2，在时间Δt=t2－t1内磁通量的变化量为多少？磁通量的变化率为多少？感应电动势的表达式如何表示？在国际单位制中，电动势单位是伏（V），磁通量单位是韦伯（Wb），时间单位是秒（s），可以证明式中比例系数k=1，（同学们可以课下自己证明），则上式可写成设闭合电路是一个n匝线圈，且穿过每匝线圈的磁通量变化率都相同，这时相当于n个单匝线圈串联而成，因此感应电动势变为说明：（1）（2）两式计算时取绝对值。【跟进追问】：磁通量Φ、磁通量的变化量△Φ、磁通量的变化率有何不同？二、进入新课（加固理解）【问题呈现】练习：有一个1000匝的线圈，在0.4s内通过它的磁通量从0.02Wb增加到0.09Wb，求①线圈的感应电动势②如果线圈的电阻是10Ω，把一个阻值为990Ω的电热器连接在它两端，通过电热器的电流是多大？提出问题：导体切割磁感线时，感应电动势如何计算呢？二、进入新课（深入探索）三、导线切割磁感线时的感应电动势例题：如图所示电路，闭合电路一部分导体ab处于匀强磁场中，磁感应强度为B，ab的长度为L，以速度v匀速切割磁感线，求产生的感应电动势？问题：当导体的运动方向跟磁感线方向有一个夹角θ，感应电动势可用上面的公式计算吗？如图所示电路，闭合电路的一部分导体处于匀强磁场中，导体棒以v斜向切割磁感线，求产生的感应电动势。［强调］在国际单位制中，上式中B、L、v的单位分别是特斯拉（T）、米（m）、米每秒（m/s），θ指v与B的夹角。请同学们比较：公式E=n与E=BLvsinθ的区别与联系二、进入新课（加固理解）【问题呈现】练习2：当航天飞机在环绕地球的轨道上飞行时，从中释放一颗卫星，卫星与航天飞机保持相对静止，两者用导电缆绳相连，这种卫星称为绳系卫星，利用它可以进行多种科学实验。现有一颗绳系卫星在地球赤道上空沿东西方向运行。卫星位于航天飞机正上方，它与航天飞机间的距离是20.5Km，卫星所在位置的地磁场为，沿水平方向由南向北。如果航天飞机和卫星的运行速度是，求缆绳中的感应电动势。二、进入新课（探索原理）四、反电动势【教师叙述】引导学生讨论教材图4.3-3中，电动机线圈的转动会产生感应电动势。这个电动势是加强了电源产生的电流，还是削弱了电源的电流？是有利于线圈转动还是阻碍线圈的转动？教师总结点评。电动机转动时产生的感应电动势削弱了电源的电流，这个电动势称为反电动势。反电动势的作用是阻碍线圈的转动。这样，线圈要维持原来的转动就必须向电动机提供电能，电能转化为其它形式的能。讨论：如果电动机因机械阻力过大而停止转动，会发生什么情况？这时应采取什么措施？五、总结归纳课堂小结： 【引导归纳】请同学们对本节课的学习进行总结【思考观察】：a图中有电流，b图中条形磁铁插入或拔出时，有电流。【回答】：线圈相当于电源.【思考】类比a、b两图回答：无电流，有电动势。【猜想】①与磁通量变化的大小有关②与磁通量变化的快慢有关【回答】：用电流表代替电阻，在闭合电路电阻一定时，由闭合电路欧姆定律可知，感应电动势越大，感应电流就越大，可用电流表示数表示感应电动势的大小。【回答】：当同一条形磁铁从线圈上某位置开始插入到另一位置，只要初、末位置相同，磁通量的变化量就相同。插入越快，磁通量变化就越快。【合作探讨】：交流实验结果：磁通量的变化量就相同，插入越快，电流表示数越大，感应电动势越大。说明：感应电动势的大小与磁通量的变化量的大小无关，与磁通量变化的快慢有关。结论：磁通量变化越快，感应电动势越大。【阅读思考】：闭合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。【试探】：：在时间Δt=t2－t1内磁通量的变化量为ΔΦ=Φ2－Φ1，磁通量的变化率为感应电动势为E，则E=kE=（1）E=n（2）（1）磁通量Φ是穿过某一面积的磁感线的条数；磁通量的变化量△Φ=Φ1-Φ2表示磁通量变化的多少，并不涉及这种变化所经历的时间；磁通量的变化率表示磁通量变化的快慢。（2）当磁通量很大时，磁通量的变化量△Φ可能很小。同理，当磁通量的变化量△Φ很大时，若经历的时间很长，则磁通量的变化率也可能较小。（3）磁通量Φ和磁通量的变化量△Φ的单位是Wb，磁通量变化率的单位是Wb／s。（4）磁通量的变化量△Φ与电路中感应电动势大小没有必然关系，穿过电路的△Φ≠0是电路中存在感应电动势的前提；而磁通量的变化率与感应电动势的大小相联系，越大，电路中的感应电动势越大，反之亦然。（5）磁通量的变化率，是Φ-t图象上某点切线的斜率。分析解答（略）【探索体验】：解析：设在Δt时间内导体棒由原来的位置运动到a1b1，这时线框面积的变化量为ΔS=LvΔt穿过闭合电路磁通量的变化量为ΔΦ=BΔS=BLvΔt据法拉第电磁感应定律，得E==BLv(3)解析：可以把速度v分解为两个分量：垂直于磁感线的分量v1=vsinθ和平行于磁感线的分量v2=vcosθ。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=BLv1=BLvsinθ（1）研究对象不同：E=n的研究对象是一个回路，而E=BLvsinθ研究对象是磁场中运动的一段导体。（2）物理意义不同：E=n求得是Δt时间内的平均感应电动势，当Δt→0时，则E为瞬时感应电动势；而E=BLvsinθ，如果v是某时刻的瞬时速度，则E也是该时刻的瞬时感应电动势；若v为平均速度，则E为平均感应电动势。（3）E=n求得的电动势是整个回路的感应电动势，而不是回路中某部分导体的电动势。整个回路的电动势为零，其回路中某段导体的感应电动势不一定为零。（4）E=BLvsinθ和E=n本质上是统一的。前者是后者的一种特殊情况。但是，当导体做切割磁感线运动时，用E＝BLvsinθ求E比较方便；当穿过电路的磁通量发生变化，用E=求E比较方便。【冲突】：学生讨论后发表见解。电动机转动时产生的感应电动势削弱了电源的电流，阻碍线圈的转动。【讨论发表意见】：。电动机停止转动，这时就没有了反电动势，线圈电阻一般都很小，线圈中电流会很大，电动机可能会烧毁。这时，应立即切断电源，进行检查。归纳总结：通过本节课的学习，我们知道了：1．什么叫感应电动势2．计算感应电动势大小的方法①利用法拉第电磁感应定律②导线切割磁感线时：通过实验观察让学生通过类比得出物理规律。认识电磁感应现象中产生感应电动势的本质培养学生设计实验的能力培养学生的合作的能力进一步让学生理解感应电动势的推导过程及其含义。学生通过实践体验，挖掘出潜意识中的等效思想进一步理解等效思想【板设计】板书设计第四节：法拉第电磁感应定律　　一、探究影响感应电动势大小的因素：方法：控制变量法结论：磁通量变化越快，感应电动势越大二、法拉第电磁感应定律内容：闭合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。公式：E=（1）对n匝线圈E=n（2）三、导线切割磁感线时的感应电动势E=BLvsinθ四、反电动势【教学反思】在本节课程当中，整体思路设计比较合理，也注重了学生探究以及对学生的任务驱动，但仍存在很多不足之处，列举如下：在探究感应电动势大小因素是没有让学生自己发现探究方法。对反电动势的呈现还不够完美。对学生提问的技巧不是非常娴熟。