《法拉第電磁感應(yīng)定律》教學(xué)設(shè)計(jì)

1、法拉第電磁感應(yīng)定律教學(xué)設(shè)計(jì)一、學(xué)習(xí)目標(biāo)1. 創(chuàng)設(shè)環(huán)境引入電磁感應(yīng)現(xiàn)象，類比直流電路，認(rèn)識(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的概念及其產(chǎn)生條件。2. 通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的影響因素，猜測(cè)其關(guān)系式3. 引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)控制變量法，定性探究感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與磁通量變化率和匝數(shù)的關(guān)系，了解法拉第電磁感應(yīng)定律的發(fā)現(xiàn)歷程和意義。4.通過(guò)對(duì)所學(xué)知識(shí)的合理推導(dǎo)，體驗(yàn)成功解決物理問(wèn)題的喜悅，引導(dǎo)學(xué)生自主發(fā)展。二、教學(xué)重點(diǎn)法拉第電磁感應(yīng)定律的建立過(guò)程；公式 、的理解。三、教學(xué)難點(diǎn)對(duì)、 物理意義的理解。四、教法學(xué)法實(shí)驗(yàn)探究法、談話法，多媒體輔助五、教學(xué)過(guò)程一激趣引入1.通過(guò)風(fēng)車發(fā)電，引出電磁感應(yīng)現(xiàn)象問(wèn)題1：感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件是什么呢？（回憶

2、上節(jié)課內(nèi)容） 閉合回路；0（教師板書）2.類比直流電路，提出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)感念，探究其產(chǎn)生條件師：在這里磁通量發(fā)生變化的那部分電路，就相當(dāng)于傳統(tǒng)意義的電源。在圖示的三個(gè)電路中，圖1和圖2中的線圈B以及圖3中的導(dǎo)體棒，就相當(dāng)于是各自所在回路的電源。有電源就有電動(dòng)勢(shì)，我們把電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的電動(dòng)勢(shì)稱為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。問(wèn)題2：請(qǐng)大家思考：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的條件又是什么呢？和感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件一樣嗎？開關(guān)斷開，感應(yīng)電流自然消失，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是否有立即消失呢？一節(jié)電池，不連入電路，沒(méi)有電流，但它提供電能的本領(lǐng)依然存在。所以，無(wú)論電路是否閉合，只要電路磁通量發(fā)生變化，就有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。（教師板書）感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與外電路情況無(wú)

3、關(guān)，相比感應(yīng)電流，它更接近電磁感應(yīng)現(xiàn)象的本質(zhì)。本節(jié)課我們就來(lái)認(rèn)識(shí)和研究感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)二.猜想假設(shè)1.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小與什么因素有關(guān)？師：關(guān)于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，人們最關(guān)心的就是它的大小。在剛才的演示實(shí)驗(yàn)中，我們看到小燈泡的亮度不停變化，說(shuō)明感應(yīng)電流發(fā)生了變化，而感應(yīng)電流的大小恰好反映了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，這是利用了什么規(guī)律？生：閉合電路歐姆定律師：對(duì)，純電阻電路中，在電路結(jié)構(gòu)一定的情況下，感應(yīng)電流大小與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小成正比。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不好直接測(cè)量，但我們可以用感應(yīng)電流直觀表示。（教師板書：I=E/r+R）。那么感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小與什么因素有關(guān)呢？它們之間又滿足什么關(guān)系？這就是我們本節(jié)課要研究的主要內(nèi)容。根據(jù)感應(yīng)電

4、動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生條件，我們猜測(cè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小可能會(huì)與磁通量的變化有關(guān)；只與有關(guān)嗎？一個(gè)量的變化總是需要經(jīng)歷一段時(shí)間，我們猜測(cè)還可能與其所用的時(shí)間t有關(guān)；法拉第同時(shí)發(fā)現(xiàn)同等條件下，線圈匝數(shù)n有明顯的放大效應(yīng)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小還與匝數(shù)n有關(guān)（教師板書）匝數(shù)n的作用非常明確，本節(jié)課我們主要研究E與、t的關(guān)系2.猜測(cè)E與、t是什么關(guān)系？提出假設(shè)： ？師：E與、t是什么關(guān)系呢？怎樣獲得更大的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)呢？請(qǐng)同學(xué)們利用身邊的器材，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，探究E與、t的關(guān)系。探究時(shí)注意思考下面兩個(gè)問(wèn)題：同等條件下，僅改變，如何使E更大？同等條件下，僅改變t ，如何使E更大？實(shí)驗(yàn)時(shí)間2分鐘，2分鐘后，我們請(qǐng)同學(xué)們交流實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

5、生：同等條件下，越大，E越大 同等條件下，t 越小，E越大師：我們發(fā)現(xiàn)，這兩方面其實(shí)指向同一問(wèn)題：就是、t的比值 越大，E越大。我們把 叫做磁通量變化率，它是用、t的比值定義的，表示磁通量變化的快慢，這種定義方法我們稱為比值定義法。大家看到這里是不是感覺(jué)特別熟悉，有一種似曾相識(shí)的感覺(jué)？想想看，前面哪一個(gè)位置也用了同樣的方法？生：速度變化率 師：對(duì)，速度變化率 就是用v、t的比值定義的，也稱為加速度，表示速度變化的快慢。磁通量變化率 比較抽象，理解起來(lái)比較困難。我們可以類比前面大家比較熟悉的 、v、v的關(guān)系來(lái)理解 、的關(guān)系那么：E與 究竟是什么關(guān)系呢？生：成正比師：我也希望是，但是一定成正比嗎？

6、比如：有沒(méi)有可能與它的平方成正比，或者3次方，甚至開根號(hào)。成正比？生：有可能師：老師也希望它們是簡(jiǎn)單的正比關(guān)系。 因?yàn)樽匀唤绲囊?guī)律往往都是簡(jiǎn)單的，簡(jiǎn)單的就是最美的。那么，它們究竟是不是正比關(guān)系，我們還需要通過(guò)定量的實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)一步給予驗(yàn)證。3. 設(shè)計(jì)與試驗(yàn)師：要探究E與 的正比關(guān)系，就要多次改變 的取值。由于E與、t兩個(gè)因素均有關(guān)，采用控制變量法，實(shí)驗(yàn)分兩步，探究思路如下： 探究思路：1. t 不變，改變 ，探究 ？ 2. 不變，改變 t ，探究 ？探究：1. t不變，改變，探究 ？師：如何定量改變？生：可以分別用1根或者2根磁鐵插入線圈師：老師也是這樣想的（ppt動(dòng)畫展示），1根磁鐵在周圍空間激

7、發(fā)的磁場(chǎng)為B，2根一樣的磁鐵在周圍空間激發(fā)的磁場(chǎng)疊加，可以粗略認(rèn)為是1根磁鐵單獨(dú)激發(fā)磁場(chǎng)的2倍，當(dāng)它們分別由相同的位置插入線圈時(shí)，2根磁鐵插入引起線圈中磁通量變化可以粗略認(rèn)為是1根磁鐵插入時(shí)的2倍，在時(shí)間t相同的情況下， 可以粗略認(rèn)為是幾倍關(guān)系？生：2倍師：對(duì)，這樣我們就把 這個(gè)難易測(cè)量的物理量用磁鐵的條數(shù)來(lái)替代。那么，如何保證時(shí)間t相同？用手控制行不行？生：不行？可以讓他們從同一位置靜止釋放師：英雄所見(jiàn)略同，老師也是這么想的，并在這個(gè)方案上做了一點(diǎn)小小的改進(jìn)。用一根木板把兩組磁鐵固定起來(lái)，由于木板的牽連關(guān)系，兩組磁鐵在任一過(guò)程所用的時(shí)間t一定相同，把它們同時(shí)分別插入兩個(gè)一樣的線圈，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

8、就是2倍關(guān)系。線圈所處電路也相同，感應(yīng)電流的大小可以直觀反映感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，就應(yīng)該是幾倍關(guān)系？生：2倍演示實(shí)驗(yàn)：師：大家注意觀察，電表讀數(shù)變化比較快，可以只觀察最大值，不讀刻度，只讀格數(shù)。同時(shí)讀兩個(gè)表忙不過(guò)來(lái)，我們分下工，左邊同學(xué)讀左表，右邊同學(xué)讀右表還是比較快，沒(méi)關(guān)系，我們可以把過(guò)程錄下來(lái)，進(jìn)行回放，播放過(guò)程中還可以按下暫停，看它們的讀數(shù)關(guān)系：確實(shí)是2倍關(guān)系。一次實(shí)驗(yàn)不能完全說(shuō)明問(wèn)題，我們還需要改變實(shí)驗(yàn)條件，換成1根磁鐵和3根磁鐵，2根磁鐵和3根磁鐵等其它組合看是否有同樣的結(jié)論，時(shí)間關(guān)系，我們就不在課堂上一一展示，大家可以在課下做一下有益的嘗試。從實(shí)驗(yàn)中我們可以得出結(jié)論：在誤差允許范圍內(nèi)，

9、t不變，改變，E與 成正比 探究：2. 不變，改變t ，探究 ？師：如何定量改變t？生：可以把磁鐵從不同高度靜止釋放，高度越高，進(jìn)入線圈時(shí)速度越快，時(shí)間t就越小（學(xué)生也可能答不出來(lái)）師：非常好，大家可以試驗(yàn)一下。試驗(yàn)時(shí)碰到什么困難？磁鐵的軌跡不穩(wěn)定。有沒(méi)有好的辦法？生：可以把磁鐵從斜面上滑下來(lái)師：非常好，給磁鐵一個(gè)軌道，約束它的運(yùn)動(dòng)軌跡，就可以獲得一個(gè)穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。老師這里也有一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案，采用了現(xiàn)代傳感技術(shù)，很好的解決了這一問(wèn)題。在請(qǐng)出這套裝置之前，我們先來(lái)看一下背景知識(shí)。把線圈從磁鐵的一個(gè)位置移到另一個(gè)相同的位置，第1次的速度較小，第2次的速度較大。兩次過(guò)程相比較，線圈的磁通量變化是相同

10、的，但速度v不同，時(shí)間t就不同。假如第2次的速度是第1次的2倍，那么，時(shí)間就是第1次的一半，在相同的情況下， 就是第1次的2倍，E就應(yīng)該是第1次的2倍。這樣，我們就把 這個(gè)難以測(cè)量的物理量用速度v來(lái)替代。下面，我們請(qǐng)出這套神奇的實(shí)驗(yàn)裝置。這套裝置采用了現(xiàn)代傳感技術(shù)，它有一個(gè)線圈和強(qiáng)磁鐵組成，并配有一個(gè)光電門和一個(gè)電壓傳感器。傳感器可以記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，并把它輸入電腦，通過(guò)軟件處理，方便快速的，直接得到線圈通過(guò)光電門時(shí)的速度v和產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E的大小，并在表格和圖像中呈現(xiàn)出來(lái)。下面我們就借助這套實(shí)驗(yàn)裝置，探究E與 的正比關(guān)系。演示實(shí)驗(yàn)（線圈匝數(shù)n=100）師：大家看表格數(shù)據(jù)：v越大，E確實(shí)越大，是

11、否成正比呢？不太好看出來(lái)，我們可以看右側(cè)的圖像，這些點(diǎn)的分布有什么規(guī)律？生：大致分布在一條傾斜的直線上師：我們擬合出這條圖像，它們確實(shí)分布在一條直線上，而且是一條過(guò)原點(diǎn)的直線。據(jù)此我們可以得出結(jié)論：在誤差允許范圍內(nèi)，不變，改變t，E與 成正比4. 實(shí)驗(yàn)結(jié)論根據(jù)以上兩點(diǎn)，可以證明我們之前的猜想是正確的，E確實(shí)與 成正比，我們可以把“？”改成？生：“=”號(hào)師:不急， 。寫成等式 ,單匝線圈且各量取國(guó)際單位時(shí)：k=1，等式簡(jiǎn)化為拓展：請(qǐng)大家思考：若電路為n匝線圈，且穿過(guò)每匝線圈的磁通量變化率相同，E=？探究：演示實(shí)驗(yàn)：匝數(shù)n=200，擬合圖像，加選擇線，分析數(shù)據(jù)，得出結(jié)論E與n成正比。理論分析：1匝

12、線圈，相當(dāng)于1個(gè)電源；若有n匝線圈，則相當(dāng)于有n個(gè)電源；什么關(guān)系？串聯(lián)?？傠妱?dòng)勢(shì)為 這就是非常著名的法拉第電磁感應(yīng)定律：電磁感應(yīng)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)以后，大量科學(xué)家對(duì)它產(chǎn)生濃厚興趣，德國(guó)的科學(xué)家紐曼和韋伯分別獨(dú)立的推導(dǎo)出這個(gè)公式。法拉第用十余年的時(shí)間，做了大量開創(chuàng)性的時(shí)間，驗(yàn)證了這一規(guī)律，基于法拉利的突出貢獻(xiàn)，我們把這一規(guī)律用他的名字來(lái)命名，這也是當(dāng)之無(wú)愧的。這個(gè)規(guī)律發(fā)現(xiàn)以后，人們就可以有目的的制造發(fā)電機(jī)，電動(dòng)機(jī)，人類社會(huì)開始進(jìn)入電氣化時(shí)代。5. 實(shí)例應(yīng)用，拓展延伸下面，我們通過(guò)題目來(lái)熟悉一下這個(gè)規(guī)律例1：一個(gè)10匝的線圈，處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間均勻變化，磁通量每秒增加2wb，求線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。 例2：如圖單匝線圈面積S=1m2 ，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=5T，先把線圈沿一直徑拉成一條直線，用時(shí)0.5s，求這一過(guò)程的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小拓展延伸：導(dǎo)體切割磁感線感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算例：如圖所示閉合回路中一部分導(dǎo)體ab處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，導(dǎo)軌寬度為L(zhǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，ab以速度v勻速切割磁感線，求產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)結(jié)論：E=BLv （B、L、v兩兩垂直） 這個(gè)公式是法拉第電磁感應(yīng)定律在特殊情況下的一個(gè)推論，在導(dǎo)體棒切割磁感線時(shí)非常好用，以后我們也會(huì)經(jīng)常遇到它思考：1. B、L、v其中兩個(gè)量不垂直，E=？ 2. 如果導(dǎo)體棒由0到v做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，那么此過(guò)