2024-2025学年高中物理第一章电磁感应3法拉第电磁感应定律教案教科版选修3-2

PAGE13-法拉第电磁感应定律一、教学目标：1、学问与技能：（1）知道什么叫感应电动势。（2）学会区分磁通量，磁通量的变更量，磁通量的变更率。（3）理解感应电动势大小和磁通量变更率以及匝数的关系即课题。2、过程与方法：（1）让学生经验影响感应电动势大小因素的定性探究与探讨过程，感受分析归纳、总结规律的科学探究思想。（2）引导学生主动参加定量试验的设计过程，体会物理试验中蕴含着的物理思想和方法。3、情感、看法和价值观：（1）通过手摇发电手电筒运用与解剖，激发学生的新奇心和求知欲，体验“从生活走向物理，从物理走向社会”的理念。（2）通过师生互动、生生互动等活动培育学生主动探究、主动参加、团队合作的精神。（3）通过经验试验和理论探究等活动，使学生再次相识到物理的简洁之美，体验科学的精神和看法在科学探究过程中的重要作用。二、教学重难点：1、重点：（1）探究思想、探究过程、探究方法的渗透。（2）法拉第电磁感应定律的获得过程。2、难点（1）引导学生对各种可能影响感应电动势大小的因素进行分析归纳。（2）定量试验方案的设计与实施。三、教学设计思路（1）总体设想：通过老师的引导，让学生依据相识的发展规律，去重演学问的发生过程，让学生经验试验方案的设计过程，探寻物理规律的发觉过程，以及体验物理概念的建立过程。尽量使他们在获得物理学问的同时，吸取前人的智能，领悟思想方法，陶冶科学精神，全方位提升他们的核心素养，从而全面落实新课程所要求的三维教学目标。（2）试验设计：试验中以思维为中心，过程为主线，变式为手段，充分发挥试验的教学功能，尽量再现试验的设计过程，让学生多想想：应当怎样做？为什么要这样做？能不能改进方法做？换种方法能不能做？启迪学生思路，渗透物理思想。“手摇发电手电筒”小试验意在创设情景、引趣激疑、温故知新、引出电磁感应电动势概念。学生定性试验意在让学生通过思索利用手边器材就能简洁实现，体会猜想须要建立在理性分析与牢靠试验基础上，重在归纳总结出试验现象的共性。两个定量试验，体现了物理中的一个重要思想——限制变量法。第一个定量试验，发挥了现代技术的优势，获得多组数据，应用对比的思想，更具有劝服力，重在有意识地创设一种探究的氛围，让学生主动参加该试验的设计过程，促使学生更好地领悟试验思想的精髓。其次个试验，也体现了重要的物理思想方法——转化法。将时间的比例转化成速度之比，又运用定轴转动学问通过距离之比来实现。（3）创新设计：自制了法拉第电磁感应定律定量探究装置，奇妙解决了磁通量之比和时间之比问题，与DIS数字试验系统相结合，发挥DIS系统采集数据既快捷又精确的优势，可以获得多组试验数据对比，也可作图进行线性分析，使试验结论更具有劝服力。精度高，试验现象明显，效果好。四、教学资源演示试验器材：手摇发电手电筒、手摇起电机、自制法拉第电磁感应定律定量探究装置、DIS数字化试验系统、电流传感器、seewolink教学助手，Aishool教学系统。学生试验器材：灵敏电流计、线圈、导线、两根同规格的条形磁铁、三根固定在一起的磁铁。其他器材：计算机协助教学系统。引入试验引入试验：引入感应电动势概念，导出课题起先视察思索，温故知新得出定性关系猜想定量关系，提出试验思路得出E∝设计试验方案得出：E∝n得出E=n推导出公式E=Blv结束学生试验：探究影响感应电动势大小的因素定量试验1：Δt肯定，探究E与ΔΦ的关系定量试验2：ΔΦ肯定，探究E与Δt的关系理论分析：肯定，E与n成正比学以致用六、教学过程（一）创设情境，引入新课【从生活走向物理】【演示试验】展示手中的手摇发电手电筒。师：为什么手电筒起先不发光，手摇后就发光。让学生思索它的结构。图1线圈图1线圈师：展示手摇起电机。大家不难发觉手摇发电手电筒是利用电磁感应产生感应电流，那么大家一起说说看产生感应电流的条件是什么呢？生：闭合电路中磁通量发生变更。说明：运用手摇发电手电筒，激发学生新奇心，在学生惊异之际，揭开谜底，学生豁然开朗，原理就是上堂课学习的电磁感应现象，从而复习了感应电流产生条件，也引出了感应电动势概念和本节课的课题。另外，手摇电机筒中的线圈太小，且被包袱着，只露出一点点，可应用Seewolink软件拍照上传，如图1。此方法体现了信息化条件下教学手段的多样性。再展示手摇发电机，它与手摇发电手电筒原理一样，结构看得比较清晰。（二）得出感应电动势定义、产生条件师：正常手电筒有电池，电池的重要参量是电动势（设问），磁通量发生变更的电路在这里就是这个线圈，相当于传统意义上的电源。有电源就要有电动势，我们把电磁感应现象中产生的电动势叫做感应电动势。应用Aishool教学系统研讨功能，让学生刚好投票、发帖等。【小组探讨一，网络投票】产生感应电流的条件是什么呢？假如在此时断开电路，自然没有感应电流，那么感应电动势也随之消逝了吗？生：思索并提出自己的看法，进行网络投票。师：产生感应电动势的条件是什么？生：磁通量变更师：释疑，好比一个电池，尽管断开电路，但是它能供应电能的这个本事还是存在，也就是电动势依旧存在，提出产生感应电动势的条件：与外电路是否闭合无关，只要电路中磁通量发生变更，比产生感应电流的条件更能反映电磁感应现象的本质。师：电磁感应现象的本质是产生电动势。（三）明确本节课探讨的主题师：那么手摇发电机的电动势又是多少呢？如何求解呢？这就是我们今日要和大家一起探究的内容。说明：提出问题，让学生主动思索，试图变被动接收为主动探究。师：在刚才的试验当中细心的同学不难发觉，小灯的亮度忽明忽暗，说明产生感应电流的大小不一样，而依据闭合电路的欧姆定律，感应电流的大小恰恰反映了感应电动势的大小，今日我们就来重点探讨感应电动势的大小。说明：学生还处在“手摇发电”的情景当中，自然地提出本节课探讨的主题，并提示学生在接下来的试验当中可以用电流计测得的感应电流大小反映感应电动势的大小。（四）定性试验：探究影响感应电动势大小的因素师：那么感应电动势的大小可能跟哪些因素有关呢？请同学们利用手边器材设计不同试验方案，尝试着去探寻影响感应电动势大小的物理量。【学生试验】5人一组，每组器材包括灵敏电流计、线圈、导线、两根同规格的条形磁铁。试验过程中，学生主动动手试验，绽开探讨，将自已的见解与同学沟通，主动与同学合作。同时记录试验设计方案，试验现象以及得出的结论。说明：不是干脆让学生猜想，而是让学生用熟识的装置试验探究，体现了猜想须要建立在理性分析与牢靠试验基础上的这一思想。【小组探讨二，网络发帖】由探究性试验，你认为影响感应电动势大小的因素有哪些？理由是什么？将学生的结论进行优化。图2图2师：展示与学生类似的一套试验装置，将线圈内的条形磁铁拔出来（有意慢一些），线圈与灵敏电流表相连（如图2）。接下来我要请同学上台来，利用刚才试验的阅历，产生比老师更大的感应电动势。师：同学们通过刚才的探究，得到了什么结论？如何得来的？生：磁通量变更大，电动势大。因为同样条件下，两个磁铁比一个磁铁磁通量大。时间短，电动势大。因为快插比慢插时电动势大。【学生演示】学生可能用一根磁铁，很快拔，也可能用两块磁铁很快拔。老师同时与学生沟通：①你为什么拔得这么迅猛？②你为什么用两根磁铁？在沟通中学生可能认为感应电动势的大小可能与时间Δt和磁通量的变更量ΔΦ有关，Δt越小，E越大；ΔΦ越大，E也越大。说明：学生操作有不确定性，老师应当见机行事，敏捷应用学生试验过程中动态生成的教学资源，比如发觉有的学生也用两根磁铁，但是产生的感应电动势很小，进而分析缘由：原来这位同学把两根磁铁异名磁极放在一起，磁性相互抵消，拔出来过程中磁通量变更量ΔΦ比一根磁铁还要小，佐证了ΔΦ越大，E也越大的结论。【老师演示】将三根磁铁同名磁极并在一起从线圈内拔出，明显ΔΦ比一根和两根状况下都大，一边讲解一边演示，结果大大出乎学生预料：发觉感应电动势很小。请学生分析缘由。生：学生意识到不能将ΔΦ和Δt割裂开来探讨感应电动势大小，并将刚才的结论订正为：当Δt肯定，ΔΦ越大，E越大；当ΔΦ肯定，Δt越小，E越大。师：大家刚才的试验有什么不足？预设：读数不稳定、只能定性，不能定量。（五）定量试验：探究E与之间的定量关系师：我们物理学不能仅仅满意这样的定性描述，你觉得感应电动势和磁通量的变更率究竟有怎样的定量关系呢？【学生猜想】感应电动势可能跟磁通量的变更率成正比，也可能跟它的平方成正比，三次方，开根号成正比等等，最简洁就是干脆成正比。师：通过比较引导学生归纳出上述两种状况的共同特点就是与磁通量变更的快慢有关。物理学上将叫做速度的变更率，用来表示速度变更的快慢，类似地将叫做磁通量的变更率，来反应磁通量变更的快慢，且越大，E就越大，即得到了E与之间定性的关系。说明：本环节意在培育学生在试验视察基础上，分析归纳总结出规律的实力。师：伽利略说过自然界的发展遵循的是最简洁的规律，这两个物理量干脆成正比很简洁，但现在仅仅是一个猜想，还须要试验来验证。试验中须要多次变更磁通量变更率这个值，请问同学们可以通过什么方法来定量探讨呢？生：限制变量法。师：详细怎么来探讨呢？生：可以使每次操作的ΔΦ肯定，变更Δt，也可以使每次操作的Δt肯定，变更ΔΦ。师：同学们的试验思路特别清晰，接下来从简洁的入手，用同学们想到的前两个思路来设计试验方案，探究E与之间的定量关系。说明：此环节应放给学生，让学生充分发表他们的观点。（1）Δt肯定，变更ΔΦ,探究E与ΔΦ是否成正比?师：如何变更ΔΦ？生：一次用一根磁铁，另一次用两根。图3师：很好，由于我们用的是规格相同的磁铁，两次下落过程中穿过线圈的磁通量变更ΔΦ图3生：两倍。师：又由于Δt相同，那么磁通量变更率也可以近似认为是几倍关系？生：两倍。师：这样就把磁通量变更率这个试验难以测量的物理量用磁铁的条数来代替。假如同学们猜想正确的话，与此对应的感应电动势应当是几倍关系？生：两倍。师：用你手边的器材，如何做到每次操作的Δt相同？生：把磁铁在线圈上方相同高度，静止释放做自由落体，高度相同，磁铁通过线圈的时间也相同。说明：学生利用手边器材，很简洁自己想到这个试验方案，所以课前进行了预设，老师只做适当点拨。师：这个自由落体的方案很好，但在详细操作时不易限制，老师在这个方案的基础上稍加改进，给磁铁装了一个水平支架（如图3），用支架把磁铁从相同的线圈中抽出，留意保持水平，那么在随意一段位移内，两边线圈中的磁通量变更率可以粗略的认为是两倍的关系。说明：试验方案的设计与改进过程中体现了对比分析，等效思想，逆向思维等处理问题的方法。【演示试验】老师做演示试验，请同学们细致视察两边电流计的示数，由于变更很快，可以读电流的最大值，发觉一个人读两个表的示数有困难，同学们可以相互协作，左边两组同学读左边这个表，右边两组同学读右边这个表，学生发觉两电流计示数大致上是两倍的关系，但是还有一部分同学没有完全看清晰，再让学生自己动手做。说明：培育学生相互协作的精神。师：这样读数比较困难，我们可以运用更先进的仪器-DIS传感器。图4图4生：发觉在随意时刻，示数基本上是1∶2关系，那么整个过程的平均值也是两倍的关系。师：通过这个试验我们得到了什么结论？生：粗略的证明白感应电动势和磁通量变更成正比。师：当然我们仅仅使磁通量的变更变成原来的两倍就得到这个结论，科学的讲是不够严密的。我们可以再次变更磁通量变更，比方我们可以把磁铁的条数变成3根、4根、5根这样成倍增加，看看与此对应的感应电动势是否也在成倍增加，试验结果真的会如大家所愿吗？同学们课后可以做一下有益尝试，或许会发觉新的问题。说明：试验中运用了DIS传感器来提高演示效果，得到初步结论后，老师没有接着试验而是为学生开窗口、留接口，激励学生利用简洁熟识的仪器独立钻研，发觉新问题。（2）ΔΦ肯定，变更Δt,探究E与是否成正比?师：用你手边的器材，如何做到每次操作的ΔΦ相同，Δt不同，同学之间相互探讨一下，想到的方案越多越好。生：分组探讨，设计试验方案，沟通发言。学生可能想到让同一根磁铁在线圈上方不同高度做自由落体，每次磁铁通过线圈的速度不一样，磁铁通过线圈的时间就不一样，但磁通量的变更量相同，等等。说明：此环节意在让学生经验试验的设计过程，学生在探讨中有主动与他人合作的精神，有将自己的见解与他人沟通的愿望。要求老师对学生随堂生成的教学资源机灵敏捷地处理，对于学生可能提出的各种方案分别做出恰当的评价，从而爱护学生的主动性。图5接电流传感器接电流传感器O线圈长木条师：图5接电流传感器接电流传感器O线圈长木条如何才能定量来探讨呢？师：介绍试验装置，如图5所示，将长木条杆一端打一个小孔，让它可以绕肯定轴旋转，再将相同的磁铁放在杆上不同的位置，到转轴的距离是1∶2关系。在磁铁下面放相同的线圈，快速让杆移出或移进线圈。分析：旋转半径是1∶2，则两磁铁速度比是1∶2，通过线圈的时间比为2∶1，观测电流的大小之比与时间比的关系。师：将磁铁从同一位置移动到另一相同位置时，每次磁铁扫过线圈的磁通量变更量ΔΦ有什么关系？生：相同。说明：此处试验设计又一次体现了等效转化、对比的思想方法。体现了高科技试验仪器相比传统试验的优势：可以更加精确刚好的记录瞬间变更的物理量，并便利我们对数据进行分析处理。只比较磁铁进出线圈时的电动势（也就是电动势比较大的时刻），因为在其它位置时线圈与磁铁的相对位置不同。师：能归纳出电动势与磁通量变更和时间变更的关系吗？生：、，归纳出，或师：请大家回忆一下，牛顿其次定律是如何得出的？生：、，归纳出师：牛顿其次定律最终是如何能写成的？生：各物理量取国际单位。师：是的，同样的思想，比较简洁，而k的数值取决于其他物理量的单位，当电路为单匝线圈，这两个物理量取国际单位时，k=1。假如电路为n匝线圈，而且穿过每匝线圈的磁通量相同，那么所产生的感应电动势又是多少呢？生：乘以n。师：为什么会有这样的正比关系？请同学们试着从理论上分析一下。生：假如单匝线圈相当于一个电源的话，n匝线圈相当于n个电源串联，所以感应电动势为单匝线圈的n倍。说明：教学中要有效地启发学生进行逻辑思维，并让学生明确，逻辑推理和试验探究一样，也是科学探讨的方法之一，两者是相辅相成的。（六）得出结论师：这个公式就是闻名的法拉第电磁感应定律。是由德国物理学家纽曼和韦伯各自通过理论分析得到的，法拉第虽然没有亲自得出这一公式，但是由于他对电磁感应现象丰富的开创性探讨，把这一发觉的荣誉归之于他也是当之无愧的。今日我们通过短短一节课的时间粗略的证明白这一公式，但其实在物理学史上，在发觉电磁感应现象之后，科学家又经验了长达十几年的探讨才得出这个定律，我们今日只是沿着前人的踪迹，体会了科学探究的过程与喜悦。说明：回顾法拉第电磁感应定律发觉的物理学史，使学生体会物理学的发展并不是一帆风顺的，一个定律的得出须要通过试验反复验证，须要许多科学家的接力前行。（上网了解法拉第生平s://baike.so/doc/1019766-1078539.html）（七）对感应电动势的理解1．磁通量的变更常由磁感应强度B的变更或面积S的变更引起（1）当ΔΦ仅由磁感应强度B的变更引起时，E＝nSeq\f(ΔB,Δt)（2）当ΔΦ仅由面积S的变更引起时，E＝nBeq\f(ΔS,Δt)2．E＝neq\f(ΔΦ,Δt)计算的是Δt时间内平均感应电动势，当Δt→0时，E＝neq\f(ΔΦ,Δt)的值才等于瞬时感应电动势。师：我们在运用这个公式时须要特殊留意：用这个公式求得的是感应电动势的平均值，比方刚才试验中Δt内感应电动势的大小是在变更的，只有当Δt取得足够小，所求得的感应电动势的平均值才可以用来表示此时感应电动势的瞬时值。说明：提出感应电动势平均值和瞬时值的区分和联系，并非增加学生的认知负担，而是使学生再一次体会了数学的极限思想在物理学上的运用。深度思索（小组探讨三）（1）感应电动势的大小与Φ或ΔΦ的大小有没有关系？（2）Φ、ΔΦ、eq\f(ΔΦ,Δt)与线圈匝数有关吗？感应电动势E与线圈匝数有关吗？答案（1）E的大小与Φ或ΔΦ的大小没有关系.（2）Φ、ΔΦ、eq\f(ΔΦ,Δt)均与某一面积相联系，与线圈匝数无关；n匝线圈时相当于n个单匝线圈的串联，所以感应电动势E与线圈匝数有关。（八）学以致用通过Aishool教学系统推送题目，即时了解学生答题状况，也让学生通过系统查看答案，个人感悟或小组探讨解决问题。【例1】下列几种说法中正确的是（）A．线圈中磁通量变更越大，线圈中产生的感应电动势肯定越大B．线圈中磁通量越大，线圈中产生的感应电动势肯定越大C．线圈放在磁场越强的位置，线圈中产生的感应电动势肯定越大D．线圈中磁通量变更越快，线圈中产生的感应电动势肯定越大解析感应电动势的大小和磁通量的大小、磁通量变更量的大小以及磁场的强弱均无关，它由磁通量的变更率确定，故选D。答案D【例2】穿过一个电阻为lΩ的单匝闭合线圈的磁通量始终是每秒钟匀称地削减2Wb，则（）A．线圈中的感应电动势肯定是每秒削减2VB．线圈中的感应电动势肯定是2VC．线圈中的感应电流肯定是每秒削减2AD．线圈中的感应电流肯定是2A解析：电动势与磁通量的变更率成正比，磁通量的变更率是2Wb/s，又是单匝线圈，则电动势的值是2V，电流值是2A。答案B、D【例3】如图甲所示的螺线管，匝数n＝1500匝，横截面积S＝20cm2，方向向右穿过螺线管的匀强磁场的磁感应强度按图乙所示规律变更，（1）2s内穿过螺线管的磁通量的变更量是多少？（2）磁通量的变更率多大？（3）螺线管中感应电动势的大小为多少？解析（1）磁通量的变更量是由磁感应强度的变更引起的，则Φ1＝B1SΦ2＝B2SΔΦ＝Φ2－Φ1，所以ΔΦ＝ΔBS＝（6－2）×20×10－4Wb＝8×10－3Wb.（2）磁通量的变更率为＝eq\f(8×10－3,2)Wb/s＝4×10－3Wb/s.（3）依据法拉第电磁感应定律得感应电动势的大小E＝n＝1500×4×10－3V＝6V.答案（1）8×10－3Wb（2）4×10－3Wb/s（3）6V应用E＝n时应留意的三个问