《法拉第电磁感应定律》教案

第三届全国教学中的互联网搜索《法拉第电磁感应定律》教案江西省南昌市第三中学物理组王文英一、教案背景本教案是人教版普通高中课程标准实验教科书《物理选修3-2》第四章电磁感应第四节《法拉第电磁感应定律》。《法拉第电磁感应定律》是电磁学的核心内容，其重要性可以与“牛顿运动定律”对于动力学的重要性相媲美。二、教材分析本章前三节内容是从感应电流的角度来认识电磁感应现象，本节是延续感应电流进一步深入理解电磁感应现象本质，首先建立感应电动势概念；其次通过对实验的定性分析，研究“决定感应电动势大小的因素”，这样处理教材是力图通过这一物理规律的教学，充分体现人类认识事物的一种真实图景，因此分析了很多间接的实验事实后“悟出”和“直接归纳”得出法拉第电磁感应定律；再次本教案利用新课程改革的理念，尝试利用传感器进行定量实验探究和验证法拉第电磁感应定律；最后再利用法拉第电磁感应定律对“导体切割磁感线的感应电动势”和“反电动势”这两个特殊情况进行分析。本节的重点是法拉第电磁感应定律的建立和应用，难点是对磁通量的变化与变化率的理解。三、教学目标1、知识与技能①知道什么是感应电动势,知道感应电流与感应电动势的产生条件的区别；②知道磁通量变化率是表示磁通量变化快慢的物理量，并能区别、、；③理解法拉第电磁感应定律的内容和数学表达式；④知道E=BLvsinθ的推导过程；⑤会用和解决问题。2、过程与方法①通过分析推理，利用法拉第电磁感应定律推导导体棒切割磁感线时产生的感应电动势表达式，认识科学探究方法的多样性。②经历感应电动势公式的表述，体验数学方法在物理研究中的重要作用。3、情感态度与价值观感悟从不同物理现象中抽象出个性与共性问题的方法和找出共性与个性的辩证唯物主义思想。四、教学方法及教具教学方法：演示实验和定量实验探究法、归纳法、类比法教具：多媒体、课件、灵敏电流计若干、螺线管和匝数可变的线圈若干、条形磁铁若干、导线若干、方形线圈两个、数字化实验仪器(电压传感器、数据采集器)、干电池式手电筒、手压式自发电环保手电筒、六节干电池、小型电动机。五、教学过程[导入新课]师：拿出日常生活中干电池式手电筒和手压式自发电环保手电筒（如右图），演示手压式自发电环保手电筒发电过程，同时和干电池式手电筒进行对比。师：复习提问：1、在电磁感应现象中，产生感应电流的条件是什么？答：穿过闭合回路的磁通量发生变化，就会在回路中产生感应电流。2、恒定电流中学过，电路中存在持续电流的条件是什么？答：电路闭合，且这个电路中就一定有电源。（通过类比让学生从现象到本质，抽象总结得出感应电动势概念）生：在电磁感应现象中，既然闭合电路中有感应电流，这个电路中就一定有电动势。在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势。师：（进一步总结得出：回路不闭合时无电流产生但有电动势产生的本质）自然过渡到新课教学[新课教学](课件)1感应电动势：电磁感应现象中产生的电动势。①不管电路是否闭合，只要穿过电路的磁通量发生变化，电路中必产生感应电动势，有感应电动势是电磁感应现象的本质。②产生感应电动势的导体相当于电源③感应电流的大小遵循闭合电欧姆定律（通过右图让学生清晰认识和巩固深化感应电动势这个新概念）师：那么感应电动势的大小由什么决定呢？请同学们回顾一下上一节课探究感应电流产生的几个实验，从实验中我们来探讨感应电动势的大小决定因素。师做演示实验（右图），学生观察实验并进行猜想感应电动势大小跟什么因素有关，然后根据猜想设计如何用控制变量法进行学生分组实验，然后由学生设计如下实验记录表格：磁铁初末位置相同且线圈匝数相同磁通量变化电流表指针偏转程度表感应电动势大小磁通量变化率一根磁铁快速插入一根磁铁慢速插入磁铁初末位置相同且线圈匝数相同磁通量变化电流表指针偏转程度表感应电动势大小磁通量变化率一根磁铁同速插入两根磁铁同速插入一根磁铁快速插入磁铁初末位置相同且线圈匝数不同磁通量变化电流表指针偏转程度表感应电动势大小磁通量变化率一根磁铁同速插入线圈匝数为一根磁铁快速插入线圈匝数为最后通过实验结果分析找出感应电动势大小和哪些因素有关：感应电动势的大小与磁通量的变化快慢有关。然后教师通过右图实验对法拉第电磁感应定律进行量化研究：(课件)由学生结合自己的定性分组实验和教师的定量实验总结得出结论。2.法拉第电磁感应定律: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,这就是法拉第电磁感应定律。（师生共同活动，推导法拉第电磁感应定律的表达式）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，（课下学生证明），则上式可写成设闭合电路是有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3.磁通量、磁通量的变化量、磁通量的变化量率的区别:----是线圈在某一位置的磁通量--是说线圈从某一位置到另一位置的过程中磁通量的变化----磁通量的变化率是描写磁通量变化快慢的物理量4、特例——导线切割磁感线时的感应电动势(课件)如图所示，闭合电路一部分导体ab处于匀强磁场中，磁感应强度为B，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？解析：设在Δt时间内导体棒由位置ab运动到a1b1，穿过闭合电路磁通量的变化量为根据法拉第电磁感应定律得问题：当导体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？解析：分解速度：垂直于磁感线的分量产生的感应电动势为和平行于磁感线的分量，不产生感应电动势。强调：（1）B,L,V两两垂直，如果运动方向跟磁感线方向有一个夹角θ需进行分解（2）导线的长度L应为有效长度（3）导线运动方向和磁感线平行时，E=0（4）速度V为平均值（瞬时值），E就为平均值（瞬时值）5.反电动势（课件展示电动机示意图）师提出问题：换一个角度审视直流电动机，线圈在磁场中转动切割了磁感线，产生了感应电动势，这个感应电动势与电源电动势是什么关系?是加强了电流还是削弱了电流？按如图所示的电路，用导线把小电机、小电珠串联（代替书上的电流表，增强可视性）与电源（6V）、开关连接起来，观察小电珠亮度变化。实验内容设计：（1）电机正常转动时，观察小电珠亮度（2）当电机转动过程中受到阻力作用停止转动时，观察小电珠亮度明显变亮实验现象归纳：（1）电动机转动时产生感应电动势削弱了电源的电流，这个电动势称为反电动势，其作用是阻碍线圈的转动。（2）当电机受到阻力而停止转动时，没有反电动势，线圈电阻一般都很小电流明显增大,小电珠亮度明显变亮。（3）如果电动机因机械阻力过大而停止转动线圈中电流会很大，电动机可能会烧毁，应立即切断电源进行检查。6.课堂小结：（课件）7.课后作业：（自主设计配套作业）六、教学反思本节课贯彻新课程教学理念，使物理课堂教学成为充满情趣的活动，使知识与技能、过程与方法以及情感、态度、价值观三个维度有机结合。本节课的设计特点是从生活实际出发引出感应电动势概念，再到提出方案和措施探究感应电动势大小，实验设计以学生自主活动、自主探究为主要教学方式，同时善