法拉第电磁感应定律 淮安市高中物理教案 新课标 人教版 9页

法拉第电磁感应定律 淮安市高中物理教案 ‎ ‎【教学依据】‎ 人教版高中物理选修3－2第四章第三节 ‎【教学流程】‎ ‎1．感应电动势：创设问题情景→设计问题→迁移类比→回答问题→定义概念 ‎2．法拉第电磁感应定律：创设问题情景→提出问题→设计实验→进行实验→分析与论证→交流与评估→总结规律→规律应用 ‎【课程标准的研究及教材分析】‎ 研究新课程标准，是了解编者意图的有效途径，也是明确每节教材内容在前后知识体系中的地位，以及确立每节内容的三维目标的基础，更是进行案例设计和教学的前提。本节是选修3－2模块的一个二级主题“电磁感应”的一节内容（另外两个二级主题分别是交变电流和传感器）。【标准】中认为本模块的大部分内容都要求通过实验、探究与活动来展现。应让学生尽可能多的经历一些探究的过程，领悟物理学研究的思想和方法。结合这一要求，虽然本节教材没有安排实验，然笔者在本节教学设计中根据教材前后内容的承接关系及学生的认知能力和特点，还是以实验定性探究来突破重难点和落实三维目标。‎ 新课程标准中为“电磁感应”确立了是4个主题，本节内容是第三个主题――通过探究，理解楞次定律，理解法拉第电磁感应定律。因此本节内容属知识与技能目标的“理解”水平。由于高中阶段电磁感应定律的定量实验很难完成，因而【标准】没有要求通过实验来研究，但应通过定性的实验让学生观察磁通量的变化快慢是影响感应电动势的主要因素，从而直接给出法拉第电磁感应定律和公式。要求学生能应用电磁感应定律解释一些生活和技术中的现象，要会应用电磁感应定律计算有关问题。‎ 就本节内容而言，“法拉第电磁感应定律”是电磁学的核心内容,从知识的发展来看,它既能与电场、磁场和恒定电流有紧密的联系，又是学习交流电、电磁振荡和电磁波的重要基础；‎ 从能力的发展来看，它既能在与力、热知识的综合应用中培养综合分析能力，又能全面体现能量守恒的观点。因此，它既是教学的重点，又是教学的难点。根据课程标准和学生的接受能力，教学中应着重揭示法拉第电磁感应定律及其公式E=n的建立过程、物理意义及应用，而公式E＝BLvsinθ只作为法拉第电磁感应定律在特定条件下推导出的表达式．这样做可以让学生在这节课的学习中分清主次，减轻学生认知上的负担，又不降低应用上的要求．‎ 此部分知识较抽象，而现在学生的抽象思维能力还比较弱。所以在这节课的教学中，应该注重体现新课程改革的要求，注意新旧知识的联系，同时紧扣教材，通过实验、类比、等效的手段和方法，来化难为简、循序渐进，力求通过引导、启发，使同学们能利用已掌握的旧知识，来理解所要学习的新规律，力求通过明显的实验现象启发同学们真正的主动起来，从而活跃大脑，激发兴趣，变被动记忆为主动认知。‎ ‎【三维目标】‎ ‎1.知识与技能：‎ ‎①知道感应电动势的含义，能区分磁通量、磁通量的变化量和磁通量的变化率；‎ ‎②理解法拉第电磁感应定律的内容和数学表达式，会用法拉第电磁感应定律解答有关问题．‎ ‎2.过程与方法：‎ ‎①通过演示实验，定性分析感应电动势的大小与磁通量变化快慢之间的关系。培养学生对实验条件的控制能力和对实验的观察能力；‎ ‎②通过法拉第电磁感应定律的建立，进一步定量揭示电与磁的关系，培养学生类比推理能力和通过观察、实验寻找物理规律的能力；‎ ‎③使学生明确电磁感应现象中的电路结构，通过对公式E=nΔφ/Δt的理解，引导学生推导出E=BLvsinθ，并学会初步的应用，提高推理能力和综合分析能力。‎ ‎3.情感态度与价值观：‎ 通过介绍法拉第电磁感应定律的建立过程，培养学生形成正确的科学态度、养成科学的研究方法。‎ ‎【教学重点】‎ 法拉第电磁感应定律的建立和理解 ‎【教学难点】‎ 1． 磁通量、磁通量的变化量、磁通量的变化率三者的区别。‎ 2． 理解E=nΔφ/Δt是普遍意义的公式，计算结果是感应电动势相对于Δt时间内的平均值，而E=BLv是特殊情况下的计算公式，计算结果一般是感应电动势相对于速度v的瞬时值。‎ ‎【教学用具】‎ 1． 演示用的电流表，螺线管，条形磁铁（磁性强弱各一条），直流电源，滑动变阻器，导线若干。‎ 2． 多媒体大屏幕投影仪，自制的课件。‎ ‎【教学方法】‎ 实验、类比、等效、分析交流、归纳总结 ‎【教学设计】‎ 本节课的教学过程在于要求学生掌握法拉第电磁感应定律中的各个物理量内涵，要求学生理解并能运用E=nΔφ/Δt和E=BLv这两个公式。由于学生的分析能力与抽象思维能力较弱，因此要运用实验教学的方法来进行教学。通过比较实验装置的差异，引导学生得出相同的原因，帮助学生理解感应电动势的概念（如实验一）；通过比较实验中个别因素的差异而引起的变化，引导学生定性得出E与Δφ、Δt、Δφ/Δt的关系，从而为进一步学习法拉第电磁感应定律打下基础（如实验二、三、四）。在教学过程运用观察、比较与设计的手段，充分调动学生这个主体，使他们有强烈的兴趣去思考、去推理、去学习课程内容。‎ ‎1．感应电动势：‎ 教师活动：将图<1>，图<2>用投影仪展示，并设问：图中电键S均闭合，电路中是否都有电流？为什么？‎ 学生活动：实验一，对照图<1>安培表指针偏转；对照图<2>电流计指针不动，但当条形磁铁位置变动时，电流计指针偏转，表明回路中有电流。‎ 启发学生回答：图<1>中产生的电流是由电源提供的，图<2>中产生的是感应电流。‎ 教师引导：由恒定电流的知识可知，闭合电路中有电流，电路中必有电源。对比图<1>，图<2>提问，图<2>中的电源在哪里？用投影仪展示图<3>，启发学生回答：图<2>中的线圈就相当于是电源，在磁铁插入线圈的过程中产生了电动势。‎ 此处的实验设计，意图为在讲“感应电动势”这一概念时，通过“设计问题―――推理”模式来进行概念教学。以提问方式来复习闭合电路中电动势的概念，知道闭合回路中有电流的条件是闭合回路中有电动势。闭合电路中提供电动势的装置是电源。法拉第通过多年的实验发现当穿过闭合回路的磁通量发生变化时，回路中也会产生电流。我们把此时的电流叫感应电流。虽然回路中没有电源，但根据有电流的条件可知肯定有电动势，把在电磁感应现象中产生的电动势就定义叫感应电动势。‎ 师生互动：（用图<1>，图<2>装置进行演示说明）我们把电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势。‎ 以上实验由学生自己完成，并从中进行对比、归纳和总结，培养学生自主学习的能力。‎ ‎2．影响感应电动势大小的因素：‎ 问题情景设置一：刚才的实验中，磁铁插入过程中，除了观察到电流的有无以外，你还观察到了电流大小有什么特点吗？是什么因素在起影响作用呢？再做几次试试看！‎ 安排此处的内容可激发学生探求感应电动势大小的影响因素的热情，因为显然每次插入的速度不同时 电流表指针的偏转角度并不相同。这里教师不要急于去说，对学生来说这些是未知的却可以用简单实验定性显示的。有利于培养学生的探究热情和能力。‎ 学生活动：实验二，按图<2>所示装置将相同的磁铁以不同的速度从同一位置插入线圈中，观察并比较电流计指针的偏转情况。‎ 教师顺势利导：两次插入过程穿过线圈的磁通量变化是否相同？电流计指针偏角是否相同？偏角大说明什么？原因是什么？‎ ‎ 问题情景设置二：利用学生已经很熟悉的控制变量思想，引导学生进一步通过实验定性探究，如果控制以相同的速度插入，是否指针的偏转角度就相同呢？再用不同磁性强弱的磁铁试试看！‎ 此处的设计在于培养学生的严谨的探究精神和寻根求源的思维品质。‎ 学生活动：实验三，按图<3>所示装置用两个磁性强弱不同的条形磁铁分别从同一位置以相同的速度插入线圈中，观察并比较电流计指针的偏转情况（实验二和实验三中的磁铁可由通电螺线管来代替，以便通过改变其中的电流来方便的改变其磁性的强弱）。‎ 教师顺势利导：两次插入过程中磁通量变化是否相同？所用时间是否相同？电流计指针偏角是否相同？偏转角大说明什么？原因是什么？‎ 教师活动：引导学生归纳，电流计的指针偏角大，说明产生的电流大，而电流大的原因是电路中产生的感应电动势大。实验（2）由于两次穿过磁通量变化相同，穿过越快，时间越短，产生的感应电动势越大，说明感应电动势大小与发生磁通量变化所用的时间有关，且在磁通量变化相同的情况下，所需时间越短，产生的感应电动势越大；实验（3）两种情况所用时间相同，但穿过线圈扔磁通量变化不同，电流表的偏转角不同，而产生的感应电动势大小不同。说明感应电动势的大小还与磁通量的变化有关，即在相同的变化时间情况下，磁通量变化越大，产生的感应电动势越大。‎ 此处应用了学生很熟知的控制变量的探究方法，不过 学生的归纳能力还有局限性，而且不一定能按照教师的意图去表述，这需要教师去倾听、去适当的有方向的点拨。不能一蹴而就，包办代替。最后教师归纳指出：感应电动势的大小似乎与磁通量的变化量及变化所用的时间有关，两者的比值越大，感应电动势的值越大，反之，则越小。我们再来看一个实验。‎ 师生互动：实验四，按右图所示装置连接电路，将滑动变阻器的滑动头以大小不同的速度从一侧滑至另一侧，观察电流计指针的偏转情况。（教师介绍实验装置）‎ 教师活动：两次滑动过程中穿过线圈的磁通量的变化量是否相同？所用时间是否相同？电流表的指转角是否相同？偏转角大说明什么？其原因是什么？‎ 师生互动：引导学生分析与归纳，（1）快滑比慢滑在相同的时间里流过线圈L1的电流变化大，引起穿过线圈L2的磁通量变化大，即ΔΦ大；（2）快滑比慢滑所用的时间短，即Δt小；（3）快滑与慢滑相比，磁通量变化大而所用时间短，即单位时间磁通量变化多；（4）快滑与慢滑相比，电流计指针的偏角不同，即产生的感应电动势不同，即在单位时间内磁通量变化越多，产生的感应电动势越大。‎ 此实验设计的意图是对前面实验分析的一种论证。以上现象的分析与归纳都应在教师的引导下，由学生主动的观察实验结果，分析实验现象，归纳出有关的结论，切忌由教师讲解。教师概括、归纳、总结学生的结论，使学生清晰思路。这个过程实际是突破重难点落实三维目标的过程。‎ 通过以上三组实验可知：当穿过线圈的磁通量变化量与时间之比越大，即单位时间内磁通量的变化越多，或者说磁通量的变化率越大时，线圈中产生的感应电动势就越大。‎ 教师活动：类比速度、速度变化量和速度变化率的不同，强调感应电动势的重要影响因素之一应该是磁通量的变化率。‎ 这一点是本节课内容的一个难点，‎ 用类比的方法加以突破，既降低认知难度，又体现了物理研究中类比是一种常用的重要的研究方法，培养学生科学的方法观。‎ 学生各种能力的发展是和他们在学习中的相关行为联系在一起的。要发展某种能力，就必须经历相关的过程。因此这里安排的几组实验，既是让学生认知法拉第电磁感应规律的建立过程，更是为学生提供实验、观察、思考、交流的机会，以落实三维目标中能力目标和情感价值观目标。‎ 1． 法拉第电磁感应定律 ‎①内容：电路中产生的感应动势大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。‎ ‎②表达式：E=kΔΦ/Δt 启发学生运用学过的知识来处理比例系数k，使k=1 （1v=1wb/s）这样上式可写成：E=ΔΦ/Δt 问题情景三：如图<5>示。线圈L由导线绕制成n匝，当穿过L的磁通量变化率为ΔΦ/Δt时，则线圈L中产生的感应电动势为多少？‎ 启发学生得出计算感应电动势的普遍意义的公式E=nΔΦ/Δt。‎ 教师活动：E=nΔΦ/Δt公式中的n是线圈的匝数，因为穿过每匝线圈的磁通量是相同的，可看成是n个单匝线圈串联而成，故整个线圈的电动势是单匝线圈的n倍。要注意通过线圈的磁通量的变化率并不改变，乘n是相当于串联。‎ 问题情景四：如图<6>示，把矩形单匝线圈abcd放在磁感应强度为B的匀强磁场中，线框平面和磁感线垂直。设线圈可动部ab的长度为L，以速度v向右匀速平动，则线框中产生的感应电动势为多少？‎ 问题研究：（启发学生推导）导体ab向右运动时，ab棒切割磁感线，同时穿过abcd面的磁通量增加，线框中必然要产生感应电动势。设经过极短的时间Δt，导体ab运动的距离为vΔt，穿过线框abcd的磁通量的变化量为BLvΔt，线圈匝数n=1，代入公式：E=nΔΦ/Δt中，得到E=BLv。‎ 这里可用等效的思想帮助学生认识E=BLv，ab棒向右运动，等效于abcd面积增大，而磁场的磁感应强度不变，因此磁通量发生变化。‎ 问题讨论：（a）图<6>的电路中，哪部分导体相当于电源？ab导体的运动v与磁感线方向B有何关系？（b）若导体运动方向与导体本身垂直，但与磁感方向不垂直，设v与B夹角为θ，又如何计算感应电动势的大小呢？‎ 引导分析：（启发同学们得出计算结论）将速度v沿垂直于磁感线方向的速度分量v1=vsinθ---在切割磁感线，产生感应电动势，而平行于磁感线方向的分量v2=vcosθ---不切割磁感线，不产生感应电动势。此时，导体产生的感应电动势E=BLv1=BLvsinθ E=BLv1=BLvsinθ这个结论可视为是法拉第电磁感应定律在特定条件下的推导式，让学生分清主次以减轻学生认知上的困难且又不影响其在该类型问题解决中的应用，可以是教师启发学生进行推导与演算，可请基础好的、思维能力强的学生在黑板上演示推导过程与结论，教师不要包办。通过此处的师生互动，落实本节课在这个知识点上的课程目标！‎ 1． 反电动势 教师引导学生自主学习，并通过小组交流认识电动机在工作时线圈中会产生反电动势，并认知能量守恒定律在电动机工作过程中的具体表现。‎ 此处内容旨在让学生会根据自己所学习的知识，联系实际生产生活中的问题来进行思考和解答，激发学习物理知识的热情。既能学以致用，又培养了学生善于从熟悉的事物中发现问题、思考问题的思维品质。因为“对以往知识的熟知和对新鲜事物及其发展前景的敏感，是一个人创造力的源泉。”‎ 2． 课堂练习 课堂练习选择E=nΔΦ/Δt和E=BLv1=BLvsinθ简单理解和应用类型的题目。‎ ‎【课后作业】‎ 课后探究题：试讨论法拉第电磁感应定律的计算公式E=nΔΦ/Δt和推导公式E=BLv各有什么特点，它们之间有何区别和联系？‎ 课后复习题：请在探究题的基础上，写一篇关于本节课所学知识的小结。‎ 课后作业 旨在要求学生能在课后认真复习，挖掘课程内容的更深刻的意义，同时又可培养学习的兴趣。‎ 到这里本节课的设计已基本完成，正如前面所说，本节课教材虽然没有安排实验，然由于本章内容的实践性强的特点以及限于学生的思维能力和接受能力，本案例设计中用定性的实验研究的方法落实三维目标，突破重难点。既符合了新课程探究式教学与学习的要求，又符合学生的年龄特征，应当是本节课教与学的最有效途径。‎ 参考文献：《普通高中物理课程标准解读》 湖北教育出版社