《法拉第电磁感应定律》教学设计

1、法拉第电磁感应定律教学设计一、学习目标1. 创设环境引入电磁感应现象，类比直流电路，认识感应电动势的概念及其产生条件。2. 通过实验现象，分析感应电动势的影响因素，猜测其关系式3. 引导学生通过控制变量法，定性探究感应电动势与磁通量变化率和匝数的关系，了解法拉第电磁感应定律的发现历程和意义。4.通过对所学知识的合理推导，体验成功解决物理问题的喜悦，引导学生自主发展。二、教学重点法拉第电磁感应定律的建立过程；公式 、的理解。三、教学难点对、 物理意义的理解。四、教法学法实验探究法、谈话法，多媒体辅助五、教学过程一激趣引入1.通过风车发电，引出电磁感应现象问题1：感应电流产生的条件是什么呢？（回忆

2、上节课内容） 闭合回路；0（教师板书）2.类比直流电路，提出感应电动势感念，探究其产生条件师：在这里磁通量发生变化的那部分电路，就相当于传统意义的电源。在图示的三个电路中，图1和图2中的线圈B以及图3中的导体棒，就相当于是各自所在回路的电源。有电源就有电动势，我们把电磁感应现象中的电动势称为感应电动势。问题2：请大家思考：感应电动势产生的条件又是什么呢？和感应电流产生的条件一样吗？开关断开，感应电流自然消失，感应电动势是否有立即消失呢？一节电池，不连入电路，没有电流，但它提供电能的本领依然存在。所以，无论电路是否闭合，只要电路磁通量发生变化，就有感应电动势。（教师板书）感应电动势与外电路情况无

3、关，相比感应电流，它更接近电磁感应现象的本质。本节课我们就来认识和研究感应电动势二.猜想假设1.感应电动势大小与什么因素有关？师：关于感应电动势，人们最关心的就是它的大小。在刚才的演示实验中，我们看到小灯泡的亮度不停变化，说明感应电流发生了变化，而感应电流的大小恰好反映了感应电动势的大小，这是利用了什么规律？生：闭合电路欧姆定律师：对，纯电阻电路中，在电路结构一定的情况下，感应电流大小与感应电动势大小成正比。感应电动势不好直接测量，但我们可以用感应电流直观表示。（教师板书：I=E/r+R）。那么感应电动势大小与什么因素有关呢？它们之间又满足什么关系？这就是我们本节课要研究的主要内容。根据感应电

4、动势的产生条件，我们猜测感应电动势大小可能会与磁通量的变化有关；只与有关吗？一个量的变化总是需要经历一段时间，我们猜测还可能与其所用的时间t有关；法拉第同时发现同等条件下，线圈匝数n有明显的放大效应，感应电动势大小还与匝数n有关（教师板书）匝数n的作用非常明确，本节课我们主要研究E与、t的关系2.猜测E与、t是什么关系？提出假设： ？师：E与、t是什么关系呢？怎样获得更大的感应电动势呢？请同学们利用身边的器材，设计实验方案，探究E与、t的关系。探究时注意思考下面两个问题：同等条件下，仅改变，如何使E更大？同等条件下，仅改变t ，如何使E更大？实验时间2分钟，2分钟后，我们请同学们交流实验结论。

5、生：同等条件下，越大，E越大 同等条件下，t 越小，E越大师：我们发现，这两方面其实指向同一问题：就是、t的比值 越大，E越大。我们把 叫做磁通量变化率，它是用、t的比值定义的，表示磁通量变化的快慢，这种定义方法我们称为比值定义法。大家看到这里是不是感觉特别熟悉，有一种似曾相识的感觉？想想看，前面哪一个位置也用了同样的方法？生：速度变化率 师：对，速度变化率 就是用v、t的比值定义的，也称为加速度，表示速度变化的快慢。磁通量变化率 比较抽象，理解起来比较困难。我们可以类比前面大家比较熟悉的 、v、v的关系来理解 、的关系那么：E与 究竟是什么关系呢？生：成正比师：我也希望是，但是一定成正比吗？

6、比如：有没有可能与它的平方成正比，或者3次方，甚至开根号。成正比？生：有可能师：老师也希望它们是简单的正比关系。 因为自然界的规律往往都是简单的，简单的就是最美的。那么，它们究竟是不是正比关系，我们还需要通过定量的实验来进一步给予验证。3. 设计与试验师：要探究E与 的正比关系，就要多次改变 的取值。由于E与、t两个因素均有关，采用控制变量法，实验分两步，探究思路如下： 探究思路：1. t 不变，改变 ，探究 ？ 2. 不变，改变 t ，探究 ？探究：1. t不变，改变，探究 ？师：如何定量改变？生：可以分别用1根或者2根磁铁插入线圈师：老师也是这样想的（ppt动画展示），1根磁铁在周围空间激

7、发的磁场为B，2根一样的磁铁在周围空间激发的磁场叠加，可以粗略认为是1根磁铁单独激发磁场的2倍，当它们分别由相同的位置插入线圈时，2根磁铁插入引起线圈中磁通量变化可以粗略认为是1根磁铁插入时的2倍，在时间t相同的情况下， 可以粗略认为是几倍关系？生：2倍师：对，这样我们就把 这个难易测量的物理量用磁铁的条数来替代。那么，如何保证时间t相同？用手控制行不行？生：不行？可以让他们从同一位置静止释放师：英雄所见略同，老师也是这么想的，并在这个方案上做了一点小小的改进。用一根木板把两组磁铁固定起来，由于木板的牵连关系，两组磁铁在任一过程所用的时间t一定相同，把它们同时分别插入两个一样的线圈，感应电动势

8、就是2倍关系。线圈所处电路也相同，感应电流的大小可以直观反映感应电动势的大小，就应该是几倍关系？生：2倍演示实验：师：大家注意观察，电表读数变化比较快，可以只观察最大值，不读刻度，只读格数。同时读两个表忙不过来，我们分下工，左边同学读左表，右边同学读右表还是比较快，没关系，我们可以把过程录下来，进行回放，播放过程中还可以按下暂停，看它们的读数关系：确实是2倍关系。一次实验不能完全说明问题，我们还需要改变实验条件，换成1根磁铁和3根磁铁，2根磁铁和3根磁铁等其它组合看是否有同样的结论，时间关系，我们就不在课堂上一一展示，大家可以在课下做一下有益的尝试。从实验中我们可以得出结论：在误差允许范围内，

9、t不变，改变，E与 成正比 探究：2. 不变，改变t ，探究 ？师：如何定量改变t？生：可以把磁铁从不同高度静止释放，高度越高，进入线圈时速度越快，时间t就越小（学生也可能答不出来）师：非常好，大家可以试验一下。试验时碰到什么困难？磁铁的轨迹不稳定。有没有好的办法？生：可以把磁铁从斜面上滑下来师：非常好，给磁铁一个轨道，约束它的运动轨迹，就可以获得一个稳定的运动过程。老师这里也有一个实验方案，采用了现代传感技术，很好的解决了这一问题。在请出这套装置之前，我们先来看一下背景知识。把线圈从磁铁的一个位置移到另一个相同的位置，第1次的速度较小，第2次的速度较大。两次过程相比较，线圈的磁通量变化是相同

10、的，但速度v不同，时间t就不同。假如第2次的速度是第1次的2倍，那么，时间就是第1次的一半，在相同的情况下， 就是第1次的2倍，E就应该是第1次的2倍。这样，我们就把 这个难以测量的物理量用速度v来替代。下面，我们请出这套神奇的实验装置。这套装置采用了现代传感技术，它有一个线圈和强磁铁组成，并配有一个光电门和一个电压传感器。传感器可以记录相关数据，并把它输入电脑，通过软件处理，方便快速的，直接得到线圈通过光电门时的速度v和产生的感应电动势E的大小，并在表格和图像中呈现出来。下面我们就借助这套实验装置，探究E与 的正比关系。演示实验（线圈匝数n=100）师：大家看表格数据：v越大，E确实越大，是

11、否成正比呢？不太好看出来，我们可以看右侧的图像，这些点的分布有什么规律？生：大致分布在一条倾斜的直线上师：我们拟合出这条图像，它们确实分布在一条直线上，而且是一条过原点的直线。据此我们可以得出结论：在误差允许范围内，不变，改变t，E与 成正比4. 实验结论根据以上两点，可以证明我们之前的猜想是正确的，E确实与 成正比，我们可以把“？”改成？生：“=”号师:不急， 。写成等式 ,单匝线圈且各量取国际单位时：k=1，等式简化为拓展：请大家思考：若电路为n匝线圈，且穿过每匝线圈的磁通量变化率相同，E=？探究：演示实验：匝数n=200，拟合图像，加选择线，分析数据，得出结论E与n成正比。理论分析：1匝

12、线圈，相当于1个电源；若有n匝线圈，则相当于有n个电源；什么关系？串联。总电动势为 这就是非常著名的法拉第电磁感应定律：电磁感应现象发现以后，大量科学家对它产生浓厚兴趣，德国的科学家纽曼和韦伯分别独立的推导出这个公式。法拉第用十余年的时间，做了大量开创性的时间，验证了这一规律，基于法拉利的突出贡献，我们把这一规律用他的名字来命名，这也是当之无愧的。这个规律发现以后，人们就可以有目的的制造发电机，电动机，人类社会开始进入电气化时代。5. 实例应用，拓展延伸下面，我们通过题目来熟悉一下这个规律例1：一个10匝的线圈，处在匀强磁场中，磁感应强度随时间均匀变化，磁通量每秒增加2wb，求线圈中的感应电动势。 例2：如图单匝线圈面积S=1m2 ，磁感应强度B=5T，先把线圈沿一直径拉成一条直线，用时0.5s，求这一过程的平均感应电动势大小拓展延伸：导体切割磁感线感应电动势的计算例：如图所示闭合回路中一部分导体ab处于匀强磁场中，导轨宽度为L，磁感应强度为B，ab以速度v匀速切割磁感线，求产生的感应电动势结论：E=BLv （B、L、v两两垂直） 这个公式是法拉第电磁感应定律在特殊情况下的一个推论，在导体棒切割磁感线时非常好用，以后我们也会经常遇到它思考：1. B、L、v其中两个量不垂直，E=？ 2. 如果导体棒由0到v做匀加速直线运动，那么此过