《法拉第電磁感應(yīng)定律》教學(xué)設(shè)計(jì)【課題】法拉第電磁感應(yīng)定律【教材】人民教育出版社《物理》選修3-2第1章第四節(jié)【課型】新授課【課時(shí)】1課時(shí)【教材分析】?jī)?nèi)容分析通過對(duì)教材的分析本節(jié)內(nèi)容兩個(gè)核心一個(gè)任務(wù)。兩個(gè)核心：首先通過實(shí)驗(yàn)說明感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與磁通量的變化快慢有關(guān)；其次依據(jù)法拉第的實(shí)驗(yàn)給出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與磁通量變化率的關(guān)系,然后推導(dǎo)出切割磁感線的一般表達(dá)式。一個(gè)任務(wù)：建立起感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)這個(gè)概念。教材的地位和作用是本章前面三節(jié)的理論的數(shù)學(xué)化，對(duì)法拉第電磁感應(yīng)的準(zhǔn)確定量，是本章的核心要點(diǎn)。又與洛倫茲力有關(guān)，與安培力相聯(lián)系，是功能關(guān)系以及電動(dòng)勢(shì)概念的實(shí)例。新舊教材的對(duì)比1.關(guān)于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)以及電動(dòng)勢(shì)的定義基本延續(xù)了舊課本的方式；2.不同在于提出反電動(dòng)勢(shì)的概念，與新教材在恒定電流中提出電動(dòng)勢(shì)定義方式相吻合，是未了理解電磁感應(yīng)過程中的功能關(guān)系。【學(xué)生學(xué)情分析】1.學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)：產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件，知道了判斷感應(yīng)電流了方向，以及法拉第的探索歷程，本節(jié)學(xué)習(xí)感應(yīng)過程的定量問題。2.學(xué)生的障礙：對(duì)反電動(dòng)勢(shì)的理解以及做功中的能量轉(zhuǎn)換會(huì)產(chǎn)生混淆。【教學(xué)目標(biāo)】知識(shí)與能力理解感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、反電動(dòng)勢(shì)概念。理解感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與磁通量變化率的關(guān)系。能夠由感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)定義方以及推導(dǎo)式求解感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小。過程與方法通過類比和實(shí)驗(yàn)探究，理解磁通量變化率。在“電動(dòng)勢(shì)的大小”的實(shí)驗(yàn)過程中，初步學(xué)會(huì)“科學(xué)猜想、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、分析驗(yàn)證、歸納總結(jié)”的科學(xué)探究方法，提高動(dòng)手操作能力和觀察分析能力。情感態(tài)度與價(jià)值觀通過自身的探究和交流接感受應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與磁通量變化率的關(guān)系。在“電動(dòng)勢(shì)的大小”的實(shí)驗(yàn)過程中，體會(huì)科學(xué)探究的過程，體會(huì)成功的喜悅。【重點(diǎn)難點(diǎn)】本節(jié)重點(diǎn)：對(duì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小進(jìn)行試驗(yàn)探究和電動(dòng)勢(shì)大小的定量推導(dǎo)本節(jié)難點(diǎn)：對(duì)電磁感應(yīng)過程中功能關(guān)系的理解，以及反電動(dòng)勢(shì)的理解【教法學(xué)法】教法：以指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究為主，講授法為輔學(xué)法：主動(dòng)探究、互相協(xié)作、抽象提煉【教學(xué)準(zhǔn)備】靈敏電流計(jì)、線圈、條形磁鐵、導(dǎo)線若干【教學(xué)過程】教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖一、新課引入多媒體展示：【提問】：a、b兩圖中，若電路是閉合的，有無電流圖b中有電流時(shí)，哪一部分相當(dāng)于電源【講解】：線圈既然是電源，就一定有電動(dòng)勢(shì)，同時(shí)線圈的電阻即為電源的內(nèi)阻。【跟進(jìn)追問】：圖b中，若電路不閉合，當(dāng)條形磁鐵插入或拔出時(shí),有無電流有無電動(dòng)勢(shì)【跟進(jìn)追問】：在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，不論電路是否閉合，只要穿過電路的磁通量發(fā)生變化，電路中就有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是電磁感應(yīng)現(xiàn)象的本質(zhì)。提出問題：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小跟哪些因素有關(guān)呢一、探究影響感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小的因素：【引導(dǎo)】：1．請(qǐng)同學(xué)們對(duì)影響感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小的因素進(jìn)行猜想：2．利用圖b裝置如何進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究①如何比較感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小②如何控制磁通量變化量的大小和快慢3．請(qǐng)同學(xué)們利用手中器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)4．請(qǐng)同學(xué)們交流實(shí)驗(yàn)結(jié)果：【總結(jié)】：磁通量變化的快慢用磁通量的變化率來描述，即單位時(shí)間內(nèi)磁通量的變化量，用公式表示為。可以發(fā)現(xiàn)，越大，E感越大，即感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小完全由磁通量的變化率決定。精確的實(shí)驗(yàn)表明：電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，跟穿過這一電路磁通量的變化率成正比，即E∝。這就是法拉第電磁感應(yīng)定律。二、進(jìn)入新課（導(dǎo)出概念）二、法拉第電磁感應(yīng)定律【教師敘述】：紐曼、韋伯在對(duì)理論和實(shí)驗(yàn)資料進(jìn)行嚴(yán)格分析后，于1845年和1846年先后指出;1．內(nèi)容：【引導(dǎo)】2．師生共同推導(dǎo)法拉第電磁感應(yīng)定律表達(dá)式：設(shè)t1時(shí)刻穿過回路的磁通量為Φ1，t2時(shí)刻穿過回路的磁通量為Φ2，在時(shí)間Δt=t2－t1內(nèi)磁通量的變化量為多少磁通量的變化率為多少感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式如何表示在國際單位制中，電動(dòng)勢(shì)單位是伏（V），磁通量單位是韋伯（Wb），時(shí)間單位是秒（s），可以證明式中比例系數(shù)k=1，（同學(xué)們可以課下自己證明），則上式可寫成設(shè)閉合電路是一個(gè)n匝線圈，且穿過每匝線圈的磁通量變化率都相同，這時(shí)相當(dāng)于n個(gè)單匝線圈串聯(lián)而成，因此感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)變?yōu)檎f明：（1）（2）兩式計(jì)算時(shí)取絕對(duì)值。【跟進(jìn)追問】：磁通量Φ、磁通量的變化量△Φ、磁通量的變化率有何不同二、進(jìn)入新課（加固理解）【問題呈現(xiàn)】練習(xí)：有一個(gè)1000匝的線圈，在內(nèi)通過它的磁通量從增加到，求①線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)②如果線圈的電阻是10Ω，把一個(gè)阻值為990Ω的電熱器連接在它兩端，通過電熱器的電流是多大提出問題：導(dǎo)體切割磁感線時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)如何計(jì)算呢二、進(jìn)入新課（深入探索）三、導(dǎo)線切割磁感線時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)例題：如圖所示電路，閉合電路一部分導(dǎo)體ab處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，ab的長度為L，以速度v勻速切割磁感線，求產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)問題：當(dāng)導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)方向跟磁感線方向有一個(gè)夾角θ，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可用上面的公式計(jì)算嗎如圖所示電路，閉合電路的一部分導(dǎo)體處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，導(dǎo)體棒以v斜向切割磁感線，求產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。［強(qiáng)調(diào)］在國際單位制中，上式中B、L、v的單位分別是特斯拉（T）、米（m）、米每秒（m/s），θ指v與B的夾角。請(qǐng)同學(xué)們比較：公式E=n與E=BLvsinθ的區(qū)別與聯(lián)系二、進(jìn)入新課（加固理解）【問題呈現(xiàn)】練習(xí)2：當(dāng)航天飛機(jī)在環(huán)繞地球的軌道上飛行時(shí)，從中釋放一顆衛(wèi)星，衛(wèi)星與航天飛機(jī)保持相對(duì)靜止，兩者用導(dǎo)電纜繩相連，這種衛(wèi)星稱為繩系衛(wèi)星，利用它可以進(jìn)行多種科學(xué)實(shí)驗(yàn)。現(xiàn)有一顆繩系衛(wèi)星在地球赤道上空沿東西方向運(yùn)行。衛(wèi)星位于航天飛機(jī)正上方，它與航天飛機(jī)間的距離是，衛(wèi)星所在位置的地磁場(chǎng)為，沿水平方向由南向北。如果航天飛機(jī)和衛(wèi)星的運(yùn)行速度是，求纜繩中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。二、進(jìn)入新課（探索原理）四、反電動(dòng)勢(shì)【教師敘述】引導(dǎo)學(xué)生討論教材圖中，電動(dòng)機(jī)線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。這個(gè)電動(dòng)勢(shì)是加強(qiáng)了電源產(chǎn)生的電流，還是削弱了電源的電流是有利于線圈轉(zhuǎn)動(dòng)還是阻礙線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)教師總結(jié)點(diǎn)評(píng)。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)削弱了電源的電流，這個(gè)電動(dòng)勢(shì)稱為反電動(dòng)勢(shì)。反電動(dòng)勢(shì)的作用是阻礙線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣，線圈要維持原來的轉(zhuǎn)動(dòng)就必須向電動(dòng)機(jī)提供電能，電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能。討論：如果電動(dòng)機(jī)因機(jī)械阻力過大而停止轉(zhuǎn)動(dòng)，會(huì)發(fā)生什么情況這時(shí)應(yīng)采取什么措施五、總結(jié)歸納課堂小結(jié)：【引導(dǎo)歸納】請(qǐng)同學(xué)們對(duì)本節(jié)課的學(xué)習(xí)進(jìn)行總結(jié)【思考觀察】：a圖中有電流，b圖中條形磁鐵插入或拔出時(shí)，有電流。【回答】：線圈相當(dāng)于電源.【思考】類比a、b兩圖回答：無電流，有電動(dòng)勢(shì)。【猜想】①與磁通量變化的大小有關(guān)②與磁通量變化的快慢有關(guān)【回答】：用電流表代替電阻，在閉合電路電阻一定時(shí)，由閉合電路歐姆定律可知，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大，感應(yīng)電流就越大，可用電流表示數(shù)表示感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小。【回答】：當(dāng)同一條形磁鐵從線圈上某位置開始插入到另一位置，只要初、末位置相同，磁通量的變化量就相同。插入越快，磁通量變化就越快。【合作探討】：交流實(shí)驗(yàn)結(jié)果：磁通量的變化量就相同，插入越快，電流表示數(shù)越大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大。說明：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與磁通量的變化量的大小無關(guān)，與磁通量變化的快慢有關(guān)。結(jié)論：磁通量變化越快，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大。【閱讀思考】：閉合電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，跟穿過這一電路的磁通量的變化率成正比。【試探】：：在時(shí)間Δt=t2－t1內(nèi)磁通量的變化量為ΔΦ=Φ2－Φ1，磁通量的變化率為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E，則E=kE=（1）E=n（2）（1）磁通量Φ是穿過某一面積的磁感線的條數(shù)；磁通量的變化量△Φ=Φ1-Φ2表示磁通量變化的多少，并不涉及這種變化所經(jīng)歷的時(shí)間；磁通量的變化率表示磁通量變化的快慢。（2）當(dāng)磁通量很大時(shí)，磁通量的變化量△Φ可能很小。同理，當(dāng)磁通量的變化量△Φ很大時(shí)，若經(jīng)歷的時(shí)間很長，則磁通量的變化率也可能較小。（3）磁通量Φ和磁通量的變化量△Φ的單位是Wb，磁通量變化率的單位是Wb／s。（4）磁通量的變化量△Φ與電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小沒有必然關(guān)系，穿過電路的△Φ≠0是電路中存在感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的前提；而磁通量的變化率與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小相聯(lián)系，越大，電路中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大，反之亦然。（5）磁通量的變化率，是Φ-t圖象上某點(diǎn)切線的斜率。分析解答（略）【探索體驗(yàn)】：解析：設(shè)在Δt時(shí)間內(nèi)導(dǎo)體棒由原來的位置運(yùn)動(dòng)到a1b1，這時(shí)線框面積的變化量為ΔS=LvΔt穿過閉合電路磁通量的變化量為ΔΦ=BΔS=BLvΔt據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，得E==BLv(3)解析：可以把速度v分解為兩個(gè)分量：垂直于磁感線的分量v1=vsinθ和平行于磁感線的分量v2=vcosθ。后者不切割磁感線，不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。前者切割磁感線，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E=BLv1=BLvsinθ（1）研究對(duì)象不同：E=n的研究對(duì)象是一個(gè)回路，而E=BLvsinθ研究對(duì)象是磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的一段導(dǎo)體。（2）物理意義不同：E=n求得是Δt時(shí)間內(nèi)的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)Δt→0時(shí)，則E為瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；而E=BLvsinθ，如果v是某時(shí)刻的瞬時(shí)速度，則E也是該時(shí)刻的瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；若v為平均速度，則E為平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。（3）E=n求得的電動(dòng)勢(shì)是整個(gè)回路的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，而不是回路中某部分導(dǎo)體的電動(dòng)勢(shì)。整個(gè)回路的電動(dòng)勢(shì)為零，其回路中某段導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不一定為零。（4）E=BLvsinθ和E=n本質(zhì)上是統(tǒng)一的。前者是后者的一種特殊情況。但是，當(dāng)導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，用E＝BLvsinθ求E比較方便；當(dāng)穿過電路的磁通量發(fā)生變化，用E=求E比較方便。【沖突】：學(xué)生討論后發(fā)表見解。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)削弱了電源的電流，阻礙線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)。【討論發(fā)表意見】：。電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)就沒有了反電動(dòng)勢(shì)，線圈電阻一般都很小，線圈中電流會(huì)很大，電動(dòng)機(jī)可能會(huì)燒毀。這時(shí)，應(yīng)立即切斷電源，進(jìn)行檢查。歸納總結(jié)：通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們知道了：1．什么叫感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)2．計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小的方法①利用法拉第電磁感應(yīng)定律②導(dǎo)線切割磁感線時(shí)：通過實(shí)驗(yàn)觀察讓學(xué)生通過類比得出物理規(guī)律。認(rèn)識(shí)電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的本質(zhì)培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力培養(yǎng)學(xué)生的合作的能力進(jìn)一步讓學(xué)生理解感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的推導(dǎo)過程及其含義。學(xué)生通過實(shí)踐體驗(yàn)，挖掘出潛意識(shí)中的等效思想進(jìn)一步理解等效思想【板書設(shè)計(jì)】板書設(shè)計(jì)第四節(jié)：法拉第電磁感應(yīng)定律一、探究影響感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小的因素：方法：控制變量法結(jié)論：磁通量變化越快，感