-2025学年高二教案物理（人教版2019）选择性必修2第二章22法拉第电磁感应定律教学设计

2.2《法拉第电磁感应定律》教学设计一、课前准备（一）课标要求1.课表要求通过实验，理解法拉第电磁感应定律2.课标解读注重在实验的基础上进行科学推理，理解法拉第电磁感应定律（二）教材分析本节内容为人教版 《普通高中教科书•物理选择性必修二》第二章“电磁感应”第节。前面一节的内容是从感应电流的角度来认识电磁感应现象。本节是从感应电流进一步深入到感应电动势来理解，即研究“决定感应电动势大小的因素”。法拉第电磁感应定律是电磁感应这一章的核心内容。从知识延申拓展来看，它与电磁场和稳恒电流有紧密联系，又是下一章交变电流的基础。它既是本章的教学重点，也是教学难点。在以前我们已经学习并掌握了稳恒电流、感应电流的产生条件、电源电动势和磁通量的相关知识，已经构建起变化量和变化率的概念，为本节的学习奠定了基础。（三）学情分析在学习本节内容之前，学生已经掌握了稳恒电流、电磁感应现象、磁通量、磁通量的变化量、电磁感应产生条件、楞次定律等相关知识，并且也知道变化量和变化率以及两者之间的区别。为法拉第电磁感应定律的理解和应用奠定了基础。学生已经具备了较强的实验操作能力。一方面，学生能够在实验基础上对感应电动势的大小和磁通量的变化量以及变化时间有所认识，另一方面，他们对法拉第电磁感应定律提到的“感应电动势的大小和磁通量变化率成正比”并不能很好地理解。对“磁通量”“磁通量变化量”“磁通量变化率”的差异理解不透彻。因此，在教学中要以对实验的分析为切入点，充分运用类比法，通过初步引导，让学生通过实验对法拉第电磁感应定律中的“磁通量的变化率”有更深刻的认识。为了帮助学生理解、启发学生思维，提高学生科学探究能力和知识应用能力，教师应当在教学中充分利用实验、多媒体辅助教学等方法。（四）任务分析课时学习总任务：通过电磁感应实验理解感应电动势能够更好地反映电磁感应的本质，知道感应电动势的表达式并会应用于解决问题。任务分解：根据总任务“探究法拉第电磁感应定律”，首先要明白感应电动势的产生较感应电流更能反映电磁感应现象的本质。因此，任务一：“构建感应电动势的概念”；任务二：“定性探究感应电动势的大小”;任务三：“实验定量验证法拉第电磁感应定律”；任务四：“分别从法拉第电磁感应定律、能量转化与守恒角度、微观角度推导动生电动势”。（五）教学目标与核心素养【物理观念】①知道感应电动势的概念，体会物理观念生成的过程；②知道E=BLvsinθ是法拉第电磁感应定律的一种特殊形式。【科学思维】通过实验理解法拉第电磁感应定律及数学表达式，体会物理模型建立及物理方法在物理规律形成中的作用。【科学探究】①经历分析推理得出法拉第电磁感应定律的过程，体会用变化率定义物理量的方法；②经历推理得出E=BLvsinθ的过程，体会矢量分解的方法，并体会从多个角度研究同一物理过程，感受世界的多样性与统一性。【科学态度与责任】通过观察、实验探究、交流与讨论等学习活动，培养学生尊重客观事实、实事求是的科学态度。（六）教学重难点【教学重点】法拉第电磁感应定律、动生电动势【教学难点】对磁通量变化和磁通量变化率的理解，从微观角度理解动生电动势的产生原因。（七）设计思想本节非常重视概念构建过程，通过对一个个问题情景的探究，总结归纳出物理规律，体现对学生核心素养培养的要求。首先，建立感应电动势的概念，通过创设问题情景，让学生思考和讨论，在问题的探讨中逐步形成物理概念；其次，通过定性实验对问题进行进一步探究，确定影响感应电动势的物理量；不过由于实验条件的限制，法拉第电磁感应定律的结论不能在课堂有限的实验中得到，所以需要强调更精确的实验表明，以陈述事实的方式告诉学生法拉第电磁感应定律，与直接传授的方式不同，学生经历科学探究的过程，培养了学生的科学探究能力，再强调法拉第电磁感应定律需要通过更精确的实验才能得到，体现了物理科学的严谨性；接着解释为什么命名为法拉第电磁感应定律，体现科学态度和责任；随后用传感器在一定程度上验证法拉第电磁感应定律，最后，从多角度在理论上推导出导体棒切割磁感线的感应电动势公式，重视对学生科学思维的培养。（八）教学方法教法：设计创新演示实验，通过设置问题链引导法、类比等方法。学法：讨论、自主、合作、实验探究、归纳法等（九）教学流程复习旧知比较分析问题转化规律总结延伸推导导入新课建立概念定性探究定量验证多维思考（十）教具准备线圈、示波器、电流计、强磁铁、玻璃管、匝数可变的线圈、导线、电压传感器、电动机等。（十一）课时安排课时复习导入：教师活动：前面学习了电磁感应的条件以及楞次定律阐述了感应电流的方向特点学生活动：思考并回答教师活动：无论感应电流的条件还是方向都与磁通量的方向有关。感应电流不仅有方向还有方向，它又与哪些因素有关呢？请大家根据所提供的实验器材，尝试改变感应电流的大小。教师活动：根据实验现象结合感应电流的条件和方向特点，猜想影响感应电流的因素学生活动：思考并提出猜想，感应电流的大小可能和线圈的匝数、磁体穿过线圈时磁通量的变化、磁体穿过线圈的时间有关学生活动：比较这两个电路AG 甲乙开关断开，电路中还有电流吗?电动势呢？（没有感应电流！）还有感应电动势吗？用什么来检测线圈两端的感应电动势？（示波器）为了让学生认识到感应电流与感应电动势的区别和联系，通过演示实验，先让学生观察接通与断开电路时的电流和路端电压。即当电路断开时，没有感应电流，但路端电压仍存在。学生活动：电路中出现感应电流要同时满足电路闭合与电动势存在这两个前提条件。所以，感应电动势的有无，完全决定于磁通量是否发生变化，与电路的通断、电路的组成情况等无关。在电磁感应现象中，“感应电动势”比“感应电流”更具有本质意义。引入感应电动势的概念，闭合电路中要有持续的电流，必须有电动势的存在，在电磁感应现象中，闭合电路中有电流，必然对应电动势，这个电动势叫感应电动势。建立感应电动势的概念教学思路：电磁感应现象→感应电流→电源→感应电动势。比较概念之间的内在联系，使学生深刻理解概念的本质。由感应电流过度到感应电动势，对学生来说，是从现象到本质的认识深化过程。（二）改进实验，探究规律定性探究影响感应电动势大小的因素实验装置改进如图所示，线圈的两端与电压传感器相连。教师活动：实验器材改进及介绍学生活动：讨论给出实验操作方案探究一：相同磁铁、同样的线圈匝数，从不同高度由静止释放，比较电压传感器的峰值；探究二：相同线圈匝数，从相同高度由静止释放不同磁性的磁体，比较电压传感器的峰值；探究三：相同磁体、从相同高度由静止释放，穿过匝数不同的线圈，比较电压传感器的峰值。教师活动：邀请学生协助完成实验，并使用摄像头把实验现象投屏到屏幕上学生活动：观察实验现象、并填入表格探究一（n）探究二（）探究三（t）线圈接入匝数n越多不变不变磁通量变化不变越大不变变化所用时间t不变不变越短电压传感器波值线圈接入匝数n越多不变不变越大磁通量变化率t电压传感器波值越大越大教师活动：由表一引导学生建立一个新物理量——变化率。再由表一分析出表二结果。学生活动：综合表格中的因素，可以初步得到感应电动势的大小与线圈的匝数正相关，与磁通量的变化率正相关。设计意图：第一个实验，磁通量变化率无法准确测量，故此实验不能用于定量探究，但是它可以为我们定量实验提供思路，让我们对影响感应电动势大小的因素有个初步印象——可能和磁通量变化率、线圈匝数等因素成正比，为我们接下来的定量验证实验指明了方向。（三）提炼升华，实验验证——法拉第电磁感应定律1.法拉第电磁感应定律内容教师活动：介绍法拉第电磁感应定律内容、表达式及由来并给出说明。更精确的实验表明：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。这就是著名的法拉第电磁感应定律。这是由德国的物理学家纽曼和韦伯在对理论和实验资料进行严格分析后，于1845年和1846年先后指出的，人们为了纪念法拉第对电磁感应现象研究的巨大贡献，就用他的名字命名了这一定律。2.表达式：E n t当电动势的单位为V,磁通量的单位为Wb,时间的单位为s时，K的值为1.1Wb1Tm21N m21J1V（类比牛顿第二定律中k的取值）s s Am s C多匝线圈，E n tE∝EkEEntttt3.说明：①计算时 取绝对值，感应电动势的正负根据楞次定律由电流方向判断；②该式计算的是电动势的平均值，当t 0时，计算的就是瞬时值。③磁通量变化主要有三种情况：仅由面积变化引起、仅由磁场变化引起、面积和磁场同时变化引起v学生活动：区别、、三者之间的关系（类比v、v、三者之间的关系）tt设计意图：利用相同的方法处理和分析问题便于学生接受，同时也让学生体会到方法和知识的迁移应用,做到学以致用。用传感器定量验证法拉第电磁感应定律教师活动：介绍实验装置及原理实验原理：电动机匀速转动通过细绳牵引磁体自下而上匀速运动。三个线圈仅匝数不同，所以同一磁体穿过不同线圈时磁通量变化量是相同的，改变电动机的档位就可以改变磁体运动的速度，即改变通过线圈的时间，从而改变磁通量变化率。每个线圈连接一个电压传感器，在磁体穿过线圈过程中产生的感应电动势通过电压传感器和数据采集器显示在电脑对应软件上。验证一：感应电动势与匝数成正比教师活动：邀请两位学生和老师一起完成实验学生活动：观察实验现象并记录到表格演示实验：①三个微电压传感器分别接在三个线圈上；②通过电动机牵引磁体匀速运动；③让同一个磁体以同一速度一次性通过仅匝数不同的线圈，线圈匝数分别为150匝、300匝、450匝、600匝；④分别记录几个传感器的峰值并填入表中感应电动势E与匝数n的关系匝数n150300450600感应电动势E验证二：感应电动势与磁通量变化率成正比①因为磁通量的变化率无法测量，所以横坐标改成磁通量变化率的倍数。若感应电动势与磁通量变化率的倍数成正比，则就与磁通量变化率成正比。②只要几次操作中电动机的转速成倍数关系，物体上升的速度就成倍数关系，通过线圈时间的倒数就成倍数关系，这样磁通量的变化率就成倍数关系，可让三次电动机的档位分别处在10档、20档、30档、40档③让同一磁体分别以不同速度通过同一个线圈④记录三次传感器的峰值并填入表中感应电动势E与磁通量变化率的关系t磁通量变化1倍2倍3倍4倍ttttt感应电动势E作图，分别得到En和E t图像，在实验误差允许范围内是过原点的直线。结论：在误差允许范围内，感应电动势与线圈匝数成正比，和磁通量变化率成正比。设计意图：让学生自己进行组内分工与相互合作，自己设计实验、动手实验、处理数据、描点作图得出结论，由实验表象向普适原理逐步过渡，主动构建知识，达到核心素养中的社会参与（责任承担，实验创新）的部分目标。（四）延伸推导，多维思考——导线切割磁感线时的感应电动势思考与讨论1：如图所示，把矩形线框CDMN放在磁感应强度为B的匀强磁场中，线框平面跟磁感线垂直。设线框可动部分导体棒MN的长度为l,在外力F作用下使它以速度v向右运动，在t时间内，由原来的位置MN移到M1N1，请尝试应用法拉第电磁感应定律推导回路中的感应电动势E.教师活动：引导问题链：要研究的是哪个回路？匝数是多少？此时法拉第电磁感应定律的表达式为？引起磁通量变化的原因是什么？它变化了多少？磁通量的变化量是多少？学生活动：根据问题链完成推导EtB(S2S1)BSBlvtEtBlv思考与讨论2：请尝试从能量转化与守恒角度，推导回路中产生的感应电动势E教师活动：引导问题链：除了外力F还受到什么力？两者有何关系？外力F为多大？外力F的功率多大？能量是如何转化的？数量上有何关系？学生活动：根据问题链完成推导。如果维持导体棒匀速运动外力F F安，F安 BIl根据能量守恒，通过外力做的功把其它形式的能全部转化为电能外力做功功率PF Fv BIlv电功率P电 EIBIlv EIEBlv思考与讨论3：长度为l的导体棒CD在匀强磁场中以速度v匀速运动时，请尝试从微观角度推导导体棒CD产生的感应电动势E自由电荷随棒定向移动并因此受到洛伦兹力的作用，为了方便，可以认为导体棒中的自由电荷是正电荷。教师活动：引导问题链：导体棒中的自由电荷所受的洛伦兹力方向如何？自由电荷在洛伦兹力的作用下，会产生什么方向的速度？导体两端带电如何？导体棒两端之间存在又会产生什么？自由电荷除了洛伦兹力还受什么力？方向怎样？若导体棒一直运动下去，自由电荷会一直沿导体棒运动吗？学生活动：根据问题链，先思考讨论师生共同分析：稳定时：qE qvBqUl qvB即U Blv导体棒两端的电势差U就是电源电动势E，所以E Blv设计意图：通过多个角度对同一问题进行分析，让学生了解自然界的多样性与统一性。也可以让学生意识到，法拉第电磁感应定律也是能量守恒的一种表现。从微观角度分析，可以使学生理解导体棒断开与外电路连接，导体棒中虽没有感应电流，但仍有感应电动势的本质原因。教师活动：总结：导体做切割磁感线运动时产生的感应电动势——动生感应电动势这就是感应电动势的另一种算法。其中B是磁感应强度，l是切割磁感线的导线长度，是导体相对于磁场的运动速度。教师活动：引导学生注意，在刚才的推导中，磁场是匀强磁场，并且磁场的方向，导体棒放置的方向和导体棒的运动方向，三者是相互垂直的。所以这个公式要成立，有两个条件必须满足。第一，B是匀强磁场；第二，B、l、v相互垂直。教师活动：提问：若B、v不垂直怎么计算呢？导体斜割磁感线比如磁场是这样的竖直向下，导体棒为l垂直于纸面这样放置，斜向下运动。它与磁场的夹角是，此时产生的感应电动势又是多少呢？学生活动：思考后回答：EBlvsin。当0°时，v与B平行，不切割磁感线，所以E0；当90时，v与B垂直，切割磁感线，所以EBlv。思考与讨论3中继续引导学生思考：5：在导体棒切割磁感线产生感应电动势问题中，什么力充当了非静电力？6：这个力做功了吗？与前面所学知识是否产生矛盾？设计意图：这里设置一系列的问题串，这些问题的回答，尽量在教师的引导下，学生交流、讨论后由学生完成。通过对所学知识的合理推导，体验成功解决问题的喜悦，增进学习物理的自信心。推导后，注重教师评价和同伴评价的有机结合，引导学生自主发展，达成核心素养中的自主发展（学会学习，健康生活）的部分目标（五）本课学生小结：本节课学习了电磁感应定律：闭合电路中感应电动势的大小也跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比，即E n t。2.从三个角度推导动生电动势：①由于导体运动而产生的电动势叫动生电动势，且EBlvsin。②非静电力与洛伦兹力有关；③导体棒就相当于与电源三、板书设计2.2法拉第电磁感应定律一、法拉第电磁感应定律nt二、动生感应电动势EBlvsin当0°时，v与B平行，不切割磁感线，所以E0；当90时，v与B垂直，切割磁感线，所以EBlv。四、教学反思师需充分了解学生的认知障碍，在教学过程中为学生设计出逻辑关系严谨、难度梯度适当的问题或实验系列，把知识问题化，问题情境化，将学生置于问题的情境中，让他们经历智力的探险，收获思维和智慧，改变只会“模仿”不会“迁移”的顽症。通过课堂演示实验和定量验证实验，让学生身临其境，获得具体的直接经验，得到清晰认识。并在教师的启发引导下，经过学生讨论、分析、推理和归纳，上升到理性认识，形成物理概念或物理规律。一个物理概念或物理规律可以用语言、图表、代数或几何等方式表达出来，而不同的学生对信息的不同表征形式有着不同的反应。教学中需帮助他们找到最适合自己的表征形式。反过来，如果一个学生能够以多种形式来表达同一问题，就表示他们已经对此问题有了非常透彻的理解。运用物理概念或物理规律时，依据“发现学习”的教学