电磁感应定律.docx

法拉第电磁感应定律
教学设计(一)
教学分析　　　　　
前面几节的内容是从感应电流的角度来认识电磁感应现象的。本节是从感应电流进一步深入到感应电动势来理解的，即研究“决定感应电动势大小的因素”。教科书在这个问题的处理上并没有通过实验探究，而是以陈述事实的方式，引入法拉第电磁感应定律，即教科书用“在法拉第、纽曼、韦伯等人工作的基础上，人们认识到……感应电动势……成正比”的表述给出了电磁感应定律。教科书之所以这样处理，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。也就是说，物理学中多数定律的得出，并不一定是直接归纳的结果，而是在分析了很多间接的实验事实后被“悟”出来的，并且定律的正确往往也是由它的推论的正确性来证实的。
教学目标　　　　　
1．知道什么叫感应电动势。
2．知道磁通量的变化率是表示磁通量变化快慢的物理量，并能区别Φ、ΔΦ和。
3．理解法拉第电磁感应定律的内容及数学表达式。
4．知道公式E＝Blvsinθ的推导过程。
5．会用E＝n和E＝Blvsinθ解决问题。
6．感悟从不同物理现象中抽象出个性与共性问题的方法，培养学生对不同事物进行分析，找出共性与个性的辩证关系。
教学重点难点　　　
本节教学的重点是法拉第电磁感应定律，难点是对磁通量的变化及磁通量的变化率的理解。
法拉第电磁感应定律是电磁感应现象的两个重要规律之一，也是后面学习电磁感应的实际应用——自感、涡流、电磁阻尼、交流电等现象的理论保证。
教学方法与手段　　
以学生的探究实验为先导，引领学生在建立感应电动势概念的基础上，探究感应电动势的大小跟哪些因素有关，得出感应电动势大小的一般表达式，利用法拉第电磁感应定律对“导体切割磁感线时的感应电动势”和“反电动势”两种特殊情况进行分析。
合作学习为主，发动学生对感应电动势的概念、法拉第电磁感应定律展开讨论，分析电磁感应的两种特殊情况。
教学媒体　　　　　
原、副线圈，灵敏电流计，条形磁铁，导线若干。多媒体课件、实物投影仪。
知识准备　　　　　
复习产生电流的条件、电动势的概念、闭合电路欧姆定律、产生感应电流的条件、楞次定律。
导入新课　　　　　
[事件1]
教学任务：温故知新，导入新课。
师生活动：
问题导入：【问题1】 产生电流的条件是什么？
学生回忆并说出前面所学的有关电流知识，其他学生补充。
【问题2】 在电磁感应现象中，闭合电路中有电流，是否也应该有电动势？
结合实例对比分析：
【问题3】 闭合电路的电流由哪些因素决定？研究感应电动势和感应电流哪一个更有意义？
【演示】 接通与断开闭合回路时的电路电流与路端电压。
学生观察、讨论并回答上面问题。
引入新课：在电磁感应现象中，产生感应电流的那部分导体就相当于电源，其所在电路就是内电路，电源的电动势就是感应电动势。在电磁感应现象中，不论电路是否闭合，只要穿过电路的磁通量发生变化，电路中就有感应电动势，有感应电动势是电磁感应现象的本质。因此研究感应电动势比研究感应电流更有意义。那么感应电动势的大小跟哪些因素有关？这节课要研究感应电动势的大小跟哪些因素有关的问题。
推进新课　　　　　
[事件2]
教学任务：探究感应电动势的大小跟哪些因素有关。
问题导入：【问题1】 上节课我们用实验探究的方法找到了感应电流方向的规律，这节课我们是否可以再用同样的器材来探究感应电动势的大小跟哪些因素有关？
【问题2】 怎样判断感应电动势的大小？如果不能直接测量，可以用测量哪些量来代替电动势？
【问题3】 感应电流的方向跟磁通量的变化量有关，那么感应电动势的大小是否也跟磁通量的变化有关，用实验的方法怎样来研究这个问题？
学生活动：
【学生分组实验探究】 将条形磁铁插入线圈中。
观察并讨论：【问题1】 电流表指针发生偏转的原因是什么？电流表指针偏转程度跟感应电动势的大小有什么关系？
分析：Φ变化产生E产生I；另外，由I＝可知，总电阻一定时，E越大，I越大，指针偏转越大。
【问题2】 将条形磁铁从同一高度，插入线圈中，快插入和慢插入有什么相同或不同？
观察讨论并分析归纳，填入下表：
从条件上看从结果上看相同磁通量的变化量ΔΦ相同都产生了感应电流I不同磁通量变化的快慢不同所产生的感应电流I的大小不同　　猜想：(1)从上述实验结果猜想感应电动势大小跟磁通量的变化量有关还是跟磁通量的变化快慢有关？
(2)磁通量变化快慢可以用什么物理量来描述？
交流讨论：
结论：感应电动势大小与磁通量变化快慢有关；磁通量变化快慢可以用磁通量变化率来描述。
实验检验：重做上述演示实验，导体运动越快，即 越大，感应电流越大，感应电动势越大。
进一步猜想：感应电动势的大小与磁通量变化率有关，是什么关系？
可能出现的观点：感应电动势的大小与磁通量变化率成正比。
对学生观点给予激励性评价。
设计意图：以上一节课探究感应电流方向实验为基础，引导学生探究感应电动势的大小跟哪些因素有关，引导学生猜想感应电动势的大小可能与磁通量的变化有关，最后引导学生设计实验方案、进行实验、搜集有关信息、验证自己的假设和对假设进行修正。让学生在探究的过程中体验实验探究的方法、体会获得知识的乐趣，体会交流讨论、共同学习获得的成就感。激发学生进一步探究未知领域知识的欲望。
[事件3]
教学任务：引入法拉第电磁感应定律。
师生活动：
问题引导：通过上述演示实验，我们猜想感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比。那么猜想是否正确呢？
陈述事实：
在法拉第、纽曼(F.E Neumann.1798～1895)、韦伯(W.E Weber.1804～1891)等人工作的基础上，人们认识到：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，这就是法拉第电磁感应定律(Faraday law of electromagnetic induction)。
如果时刻t1穿过闭合电路的磁通量为Φ1，时刻t2穿过闭合电路的磁通量为Φ2，则在时间Δt＝t2－t1内，磁通量的变化量为ΔΦ＝Φ2－Φ1，磁通量的变化率就是。
表达式的推导过程：学生参与教师引导
学生推导：根据单位运算的法则在国际单位制中推导1 Wb/s＝1 V。
结论：比例系数k＝1
事实陈述：
如果闭合电路由n匝线圈串联组成，整个线圈总的感应电动势是单个线圈的n倍，即E＝n。这里要说明，穿过每匝线圈的磁通量的变化率是相同的。
结论：法拉第电磁感应定律的数学表达式：E＝n
注意：(1)ΔΦ、中的ΔΦ取绝对值，E＝n表示的是感应电动势的大小，不涉及方向。
(2)ΔΦ等于Δt这段时间内，末时刻的磁通量Φ2与初时刻磁通量Φ1的差值，而与这段时间内磁通量是否均匀变化无关。所以，实际上表示Δt这段时间内磁通量的平均变化率，E是Δt这段时间内的平均感应电动势，只有Δt特别小(Δt趋于0)时，才是瞬时值。
当在Δt时间内，磁通量均匀变化，的瞬时值和平均值相等。
课堂训练　　　　　
1．用均匀导线做成的正方形线框每边长为0.2 m，正方形的一半放在和纸面垂直，方向向里的匀强磁场中，如图甲所示，当磁场以每秒10 T的变化率增强时，线框中点a、b两点的电势差是(　　)
A．Uab＝0.1 V B．Uab＝－0.1 V
C．Uab＝0.2 V D．Uab＝－0.2 V
讨论与交流：线框中哪一部分导体相当于电源？怎样画出等效电路图？a、b两点电势差是电路中的什么电压？
分析和解答：题中正方形线框的左半部分磁通量变化而产生感应电动势，从而在线框中产生感应电流，把左半部分线框看成电源，其电动势为E，内电阻为r/2，画出等效电路如图乙所示，则a、b两点间的电势差即为电源的路端电压，设L是边长，且依题意知ΔB/Δt＝10 T/s
由E＝ΔΦ/Δt得E＝ΔBS/Δt＝ΔBL2/2Δt＝10×0.04/2＝0.2(V)
所以Uab＝IR＝＝×＝0.1(V)
由楞次定律判断a点电势低于b点电势，故Uab＝－0.1 V，即B选项正确。
总结与提高：解此类题宜画出等效电路图分析解答。
[事件4]
教学任务：区别Φ、ΔΦ与。
师生活动：
讨论与交流：如何区分上述三个物理量？这三个物理量的关系与我们前面学习的哪个物理量类似？试着用类比的方法来区分这三个物理量。
学生分组讨论上述问题，总结结论分组汇报。
结论：
磁通量Φ是状态量，反映的是某一时刻穿过回路磁通量的大小；
ΔΦ是穿过回路磁通量的变化，是过程量，反映的是某一段时间穿过回路磁通量的变化的大小；
是穿过回路磁通量的变化率，其数值与ΔΦ及所用时间Δt都有关系，是Φt图象上某点切线的斜率。
因此，Φ大，ΔΦ不一定大；ΔΦ大，也不一定大，三者没有直接的数量关系。它们是三个不同的物理量，不可混淆。
Φ、ΔΦ与三者的关系，可以用v、Δv与三者的关系来类比。
设计意图：根据学生已有的知识利用类比的方法，通过合作、讨论巩固所学知识。力争做到学生自己能解决的问题由学生自主学习解决。
课堂训练　　　　　
1．法拉第电磁感应定律可以这样表述：闭合电路中感应电动势的大小(　　)
A．跟穿过这一闭合电路的磁通量成正比
B．跟穿过这一闭合电路的磁感应强度成正比
C．跟穿过这一闭合电路的磁通量的变化率成正比
D．跟穿过这一闭合电路的磁通量的变化量成正比
答案：C
注意：理解并熟记法拉第电磁感应定律的内容。
2．将一磁铁缓慢地和迅速地插到闭合线圈中同样位置处，这两个过程中不发生变化的物理量有(　　)
A．磁通量的变化率 B．感应电流的大小
C．消耗的机械功率 D．磁通量的变化量
E．流过导体横截面的电荷量
讨论与交流：插到同样位置，磁通量变化量什么关系？。用时不同，磁通量变化率什么关系？电磁感应中产生的感应电量跟哪些因素有关？
分析与解答：插到闭合线圈中同样位置，磁通量的变化量相同；用时不同磁通量的变化率不同，由I感＝＝可知，I感不同，消耗的机械功率也不同。流过导体横截面的电荷量q＝I·Δt＝·Δt＝·Δt＝，因ΔΦ、R相同，所以流过导体横截面的电荷量不发生变化。
答案：DE