1、法拉第电磁感应定律教学设计教科版物理选修3-2第一章第3节一、教学目标：1、知识与技能： （1）知道什么叫感应电动势。（2）学会区分磁通量，磁通量的变化量，磁通量的变化率。（3）理解感应电动势大小和磁通量变化率以及匝数的关系即课题。2、过程与方法 ：（1）让学生经历影响感应电动势大小因素的定性探究与讨论过程，感受分析归纳、总结规律的科学探究思想。（2）引导学生积极参与定量实验的设计过程，体会物理实验中蕴含着的物理思想和方法。3、情感、态度和价值观 ：（1）通过手摇发电手电筒使用与解剖，激发学生的好奇心和求知欲，体验“从生活走向物理，从物理走向社会”的理念。（2）通过师生互动、生生互动等活动培养
2、学生主动探究、积极参与、团队合作的精神。（3）通过经历实验和理论探究等活动，使学生再次认识到物理的简洁之美，体验科学的精神和态度在科学探究过程中的重要作用。二、教学重难点：1、重点：（1）探究思想、探究过程、探究方法的渗透。（2）法拉第电磁感应定律的获得过程。2、难点（1）引导学生对各种可能影响感应电动势大小的因素进行分析归纳。（2）定量实验方案的设计与实施。三、教学设计思路（1）总体设想：通过教师的引导，让学生按照认识的发展规律，去重演知识的发生过程，让学生经历实验方案的设计过程，探寻物理规律的发现过程，以及体验物理概念的建立过程。尽量使他们在获取物理知识的同时，汲取前人的智能，领悟思想方法
3、，陶冶科学精神，全方位提升他们的核心素养，从而全面落实新课程所要求的三维教学目标。（2）实验设计：实验中以思维为中心，过程为主线，变式为手段，充分发挥实验的教学功能，尽量再现实验的设计过程，让学生多想想：应该怎样做？为什么要这样做？能不能改进方法做？换种方法能不能做？启迪学生思路，渗透物理思想。“手摇发电手电筒”小实验意在创设情景、引趣激疑、温故知新、引出电磁感应电动势概念。学生定性实验意在让学生通过思考利用手边器材就能简单实现，体会猜想需要建立在理性分析与可靠实验基础上，重在归纳总结出实验现象的共性。两个定量实验，体现了物理中的一个重要思想控制变量法。第一个定量实验，发挥了现代技术的优势，获
4、取多组数据，应用对比的思想，更具有说服力，重在有意识地创设一种探索的氛围，让学生积极参与该实验的设计过程，促使学生更好地领会实验思想的精髓。第二个实验，也体现了重要的物理思想方法转化法。将时间的比例转化成速度之比，又运用定轴转动知识通过距离之比来实现。（3）创新设计：自制了法拉第电磁感应定律定量探究装置，巧妙解决了磁通量之比和时间之比问题，与DIS数字实验系统相结合，发挥DIS系统采集数据既快捷又准确的优势，可以获得多组实验数据对比，也可作图进行线性分析，使实验结论更具有说服力。精度高，实验现象明显，效果好。四、教学资源演示实验器材：手摇发电手电筒、手摇起电机、自制法拉第电磁感应定律定量探究装
5、置、DIS数字化实验系统、电流传感器、seewolink教学助手，Aishool教学系统。学生实验器材：灵敏电流计、线圈、导线、两根同规格的条形磁铁、三根固定在一起的磁铁。其他器材：计算机辅助教学系统。引入实验：引入感应电动势概念，导出课题开始观察思考，温故知新得出定性关系猜想定量关系，提出实验思路得出E设计实验方案得出：En得出E= n推导出公式E=Blv结束学生实验：探究影响感应电动势大小的因素定量实验1：t一定，探究E与的关系定量实验2：一定，探究E与t的关系理论分析：一定， E与n成正比学以致用五、教学流程图六、教学过程（一）创设情境，引入新课【从生活走向物理】【演示实验】展示手中的手
6、摇发电手电筒。师：为什么手电筒开始不发光，手摇后就发光。让学生思考它的结构。图1线圈师：揭秘手摇发电手电筒：内部有几个齿轮，还有一个密封的装置，让学生猜测内部可能是什么。师：展示手摇起电机。大家不难发现手摇发电手电筒是利用电磁感应产生感应电流，那么大家一起说说看产生感应电流的条件是什么呢？生：闭合电路中磁通量发生变化。说明：使用手摇发电手电筒，激发学生好奇心，在学生惊讶之际，揭开谜底，学生豁然开朗，原理就是上堂课学习的电磁感应现象，从而复习了感应电流产生条件，也引出了感应电动势概念和本节课的课题。另外，手摇电机筒中的线圈太小，且被包裹着，只露出一点点，可应用Seewolink软件拍照上传，如图
7、1。此方法体现了信息化条件下教学手段的多样性。再展示手摇发电机，它与手摇发电手电筒原理一样，结构看得比较清楚。（二）得出感应电动势定义、产生条件师：正常手电筒有电池，电池的重要参量是电动势（设问），磁通量发生变化的电路在这里就是这个线圈，相当于传统意义上的电源。有电源就要有电动势，我们把电磁感应现象中产生的电动势叫做感应电动势。应用Aishool教学系统研讨功能，让学生及时投票、发帖等。【小组讨论一，网络投票】产生感应电流的条件是什么呢？如果在此时断开电路，自然没有感应电流，那么感应电动势也随之消失了吗？生：思考并提出自己的看法，进行网络投票。师：产生感应电动势的条件是什么？生：磁通量变化师：
8、释疑，好比一个电池，尽管断开电路，但是它能提供电能的这个本领还是存在，也就是电动势依然存在，提出产生感应电动势的条件：与外电路是否闭合无关，只要电路中磁通量发生变化，比产生感应电流的条件更能反映电磁感应现象的本质。师：电磁感应现象的本质是产生电动势。（三）明确本节课研究的主题师：那么手摇发电机的电动势又是多少呢？如何求解呢？这就是我们今天要和大家一起探究的内容。说明：提出问题，让学生主动思考，试图变被动接收为主动探究。师：在刚才的实验当中细心的同学不难发现，小灯的亮度忽明忽暗，说明产生感应电流的大小不一样，而根据闭合电路的欧姆定律，感应电流的大小恰恰反映了感应电动势的大小，今天我们就来重点研究
9、感应电动势的大小。说明：学生还处在“手摇发电”的情景当中，自然地提出本节课研究的主题，并提示学生在接下来的实验当中可以用电流计测得的感应电流大小反映感应电动势的大小。（四）定性实验：探索影响感应电动势大小的因素师：那么感应电动势的大小可能跟哪些因素有关呢？请同学们利用手边器材设计不同实验方案，尝试着去探寻影响感应电动势大小的物理量。【学生实验】5人一组，每组器材包括灵敏电流计、线圈、导线、两根同规格的条形磁铁。实验过程中，学生积极动手实验，展开讨论，将自已的见解与同学交流，主动与同学合作。同时记录实验设计方案，实验现象以及得出的结论。说明：不是直接让学生猜想，而是让学生用熟悉的装置实验探究，体
10、现了猜想需要建立在理性分析与可靠实验基础上的这一思想。【小组讨论二，网络发帖】由探究性实验，你认为影响感应电动势大小的因素有哪些？理由是什么？将学生的结论进行优化。图2结论：感应电动势的大小跟磁通量变化量、所用时间有关。师：展示与学生类似的一套实验装置，将线圈内的条形磁铁拔出来（故意慢一些），线圈与灵敏电流表相连（如图2）。接下来我要请同学上台来，利用刚才实验的经验，产生比老师更大的感应电动势。师：同学们通过刚才的探究，得到了什么结论？如何得来的？生：磁通量变化大，电动势大。因为同样条件下，两个磁铁比一个磁铁磁通量大。 时间短，电动势大。因为快插比慢插时电动势大。【学生演示】学生可能用一根磁铁
11、，很快拔，也可能用两块磁铁很快拔。教师同时与学生交流：你为什么拔得这么迅猛？你为什么用两根磁铁？在交流中学生可能认为感应电动势的大小可能与时间t和磁通量的变化量有关，t越小，E越大；越大，E也越大。说明：学生操作有不确定性，教师应该随机应变，灵活应用学生实验过程中动态生成的教学资源，比如发现有的学生也用两根磁铁，但是产生的感应电动势很小，进而分析原因：原来这位同学把两根磁铁异名磁极放在一起，磁性相互抵消，拔出来过程中磁通量变化量比一根磁铁还要小，佐证了越大，E也越大的结论。【教师演示】将三根磁铁同名磁极并在一起从线圈内拔出，显然比一根和两根情况下都大，一边讲解一边演示，结果大大出乎学生预料：发
12、现感应电动势很小。请学生分析原因。生：学生意识到不能将和t割裂开来研究感应电动势大小，并将刚才的结论纠正为：当t一定，越大，E越大；当一定，t越小，E越大。师：大家刚才的实验有什么不足？预设：读数不稳定、只能定性，不能定量。（五）定量实验：探究E与之间的定量关系师：我们物理学不能仅仅满足这样的定性描述，你觉得感应电动势和磁通量的变化率到底有怎样的定量关系呢？【学生猜想】感应电动势可能跟磁通量的变化率成正比，也可能跟它的平方成正比，三次方，开根号成正比等等，最简单就是直接成正比。师：通过比较引导学生归纳出上述两种情况的共同特点就是与磁通量变化的快慢有关。物理学上将叫做速度的变化率，用来表示速度变
13、化的快慢，类似地将叫做磁通量的变化率，来反应磁通量变化的快慢，且 越大，E就越大，即得到了E与之间定性的关系。说明：本环节意在培养学生在实验观察基础上，分析归纳总结出规律的能力。师：伽利略说过自然界的发展遵循的是最简洁的规律，这两个物理量直接成正比很简洁，但现在仅仅是一个猜想，还需要实验来验证。实验中需要多次改变磁通量变化率这个值，请问同学们可以通过什么方法来定量研究呢？生：控制变量法。师：具体怎么来研究呢？生：可以使每次操作的一定，改变t，也可以使每次操作的t一定，改变。 师：同学们的实验思路非常清晰，接下来从简单的入手，用同学们想到的前两个思路来设计实验方案，探究E与之间的定量关系。说明：
14、此环节应放给学生，让学生充分发表他们的观点。（1）t一定，改变,探究E与是否成正比?师：如何改变？生：一次用一根磁铁，另一次用两根。图3师：很好，由于我们用的是规格相同的磁铁，两次下落过程中穿过线圈的磁通量变化可以粗略的认为是几倍关系？生：两倍。师：又由于t相同，那么磁通量变化率也可以近似认为是几倍关系？生：两倍。师：这样就把磁通量变化率这个实验难以测量的物理量用磁铁的条数来代替。如果同学们猜想正确的话，与此对应的感应电动势应该是几倍关系？生：两倍。师：用你手边的器材，如何做到每次操作的t相同？生：把磁铁在线圈上方相同高度，静止释放做自由落体，高度相同，磁铁通过线圈的时间也相同。说明：学生利用
15、手边器材，很容易自己想到这个实验方案，所以课前进行了预设，教师只做适当点拨。师：这个自由落体的方案很好，但在具体操作时不易控制，老师在这个方案的基础上稍加改进，给磁铁装了一个水平支架（如图3），用支架把磁铁从相同的线圈中抽出，注意保持水平，那么在任意一段位移内，两边线圈中的磁通量变化率可以粗略的认为是两倍的关系。说明：实验方案的设计与改进过程中体现了对比分析，等效思想，逆向思维等处理问题的方法。【演示实验】老师做演示实验，请同学们仔细观察两边电流计的示数，由于变化很快，可以读电流的最大值，发现一个人读两个表的示数有困难，同学们可以相互协作，左边两组同学读左边这个表，右边两组同学读右边这个表，学
16、生发现两电流计示数大致上是两倍的关系，但是还有一部分同学没有完全看清楚，再让学生自己动手做。说明：培养学生相互协作的精神。师：这样读数比较困难，我们可以使用更先进的仪器-DIS传感器。图4介绍自制仪器：如图4所示，两个小线圈与DIS的电流传感器连接，两个强磁体固定在支架上。生：发现在任意时刻，示数基本上是12关系，那么整个过程的平均值也是两倍的关系。师：通过这个实验我们得到了什么结论？生：粗略的证明了感应电动势和磁通量变化成正比。师：当然我们仅仅使磁通量的变化变成原来的两倍就得到这个结论，科学的讲是不够严密的。我们可以再次改变磁通量变化，比方我们可以把磁铁的条数变成3根、4根、5根这样成倍增加
17、，看看与此对应的感应电动势是否也在成倍增加，实验结果真的会如大家所愿吗？同学们课后可以做一下有益尝试，或许会发现新的问题。说明：实验中运用了DIS传感器来提高演示效果，得到初步结论后，教师没有继续实验而是为学生开窗口、留接口，鼓励学生利用简单熟悉的仪器独立钻研，发现新问题。（2）一定，改变t,探究E与是否成正比?师：用你手边的器材，如何做到每次操作的相同，t不同，同学之间相互讨论一下，想到的方案越多越好。生：分组讨论，设计实验方案，交流发言。学生可能想到让同一根磁铁在线圈上方不同高度做自由落体，每次磁铁通过线圈的速度不一样，磁铁通过线圈的时间就不一样，但磁通量的变化量相同，等等。说明：此环节意
18、在让学生经历实验的设计过程，学生在讨论中有主动与他人合作的精神，有将自己的见解与他人交流的愿望。要求教师对学生随堂生成的教学资源机智灵活地处理，对于学生可能提出的各种方案分别做出恰当的评价，从而保护学生的积极性。图5接电流传感器接电流传感器O线圈长木条师：对学生想到的各种方案做简单的点评。老师也设计了一个方案，原理上和大家差不多。如果我每次将磁铁在线圈上方以不同的速率从一位置移到另一位置，那么所花的时间不一样，但是磁通量的变化量相同。如果我使磁铁移动的速率成倍增加，那么t应该按比例的缩小，就成倍的增加，磁通量的变化率也就成倍的增加。如何才能定量来研究呢？师：介绍实验装置，如图5所示，将长木条杆
19、一端打一个小孔，让它可以绕一定轴旋转，再将相同的磁铁放在杆上不同的位置，到转轴的距离是12关系。在磁铁下面放相同的线圈，快速让杆移出或移进线圈。分析：旋转半径是12，则两磁铁速度比是12，通过线圈的时间比为21，观测电流的大小之比与时间比的关系。师：将磁铁从同一位置移动到另一相同位置时，每次磁铁扫过线圈的磁通量变化量有什么关系？生：相同。说明：此处实验设计又一次体现了等效转化、对比的思想方法。体现了高科技实验仪器相比传统实验的优势：可以更加精确及时的记录瞬间变化的物理量，并方便我们对数据进行分析处理。 只比较磁铁进出线圈时的电动势（也就是电动势比较大的时刻），因为在其它位置时线圈与磁铁的相对位
20、置不同。师：能归纳出电动势与磁通量变化和时间变化的关系吗？生：、，归纳出，或师：请大家回忆一下，牛顿第二定律是如何得出的？生：、，归纳出师：牛顿第二定律最终是如何能写成的？生：各物理量取国际单位。师：是的，同样的思想，比较简洁，而k的数值取决于其他物理量的单位，当电路为单匝线圈，这两个物理量取国际单位时，k=1。如果电路为n匝线圈，而且穿过每匝线圈的磁通量相同，那么所产生的感应电动势又是多少呢？生：乘以n。师：为什么会有这样的正比关系？请同学们试着从理论上分析一下。生：如果单匝线圈相当于一个电源的话，n匝线圈相当于n个电源串联，所以感应电动势为单匝线圈的n倍。说明：教学中要有效地启发学生进行逻
21、辑思维，并让学生明确，逻辑推理和实验探究一样，也是科学研究的方法之一，两者是相辅相成的。（六）得出结论师：这个公式就是著名的法拉第电磁感应定律。是由德国物理学家纽曼和韦伯各自通过理论分析得到的，法拉第虽然没有亲自得出这一公式，但是由于他对电磁感应现象丰富的开创性研究，把这一发现的荣誉归之于他也是当之无愧的。今天我们通过短短一节课的时间粗略的证明了这一公式，但其实在物理学史上，在发现电磁感应现象之后，科学家又经历了长达十几年的研究才得出这个定律，我们今天只是沿着前人的足迹，体会了科学探究的过程与喜悦。说明：回顾法拉第电磁感应定律发现的物理学史，使学生体会物理学的发展并不是一帆风顺的，一个定律的得
22、出需要通过实验反复验证，需要很多科学家的接力前行。（上网了解法拉第生平（七）对感应电动势的理解1磁通量的变化常由磁感应强度B的变化或面积S的变化引起（1）当仅由磁感应强度B的变化引起时，EnS（2）当仅由面积S的变化引起时，EnB2En计算的是t时间内平均感应电动势，当t0时，En的值才等于瞬时感应电动势。师：我们在运用这个公式时需要特别注意：用这个公式求得的是感应电动势的平均值，比方刚才实验中t内感应电动势的大小是在变化的，只有当t取得足够小，所求得的感应电动势的平均值才可以用来表示此时感应电动势的瞬时值。说明：提出感应电动势平均值和瞬时值的区分和联系，并非增加学生的认知负担，而是使学生再一
23、次体会了数学的极限思想在物理学上的运用。深度思考（小组讨论三）（1）感应电动势的大小与或的大小有没有关系？（2）、与线圈匝数有关吗？感应电动势E与线圈匝数有关吗？答案（1）E的大小与或的大小没有关系.（2）、均与某一面积相联系，与线圈匝数无关；n匝线圈时相当于n个单匝线圈的串联，所以感应电动势E与线圈匝数有关。（八）学以致用通过Aishool教学系统推送题目，即时了解学生答题情况，也让学生通过系统查看答案，个人感悟或小组讨论解决问题。【例1】下列几种说法中正确的是 （）A线圈中磁通量变化越大，线圈中产生的感应电动势一定越大B线圈中磁通量越大，线圈中产生的感应电动势一定越大C线圈放在磁场越强的位
24、置，线圈中产生的感应电动势一定越大D线圈中磁通量变化越快，线圈中产生的感应电动势一定越大解析感应电动势的大小和磁通量的大小、磁通量变化量的大小以及磁场的强弱均无关，它由磁通量的变化率决定，故选D。答案D【例2】穿过一个电阻为l 的单匝闭合线圈的磁通量始终是每秒钟均匀地减少2Wb，则 （ ）A线圈中的感应电动势一定是每秒减少2 V B线圈中的感应电动势一定是2 VC线圈中的感应电流一定是每秒减少2 AD线圈中的感应电流一定是2 A解析：电动势与磁通量的变化率成正比，磁通量的变化率是2Wb/s，又是单匝线圈，则电动势的值是2V，电流值是2A。答案B、D【例3】如图甲所示的螺线管，匝数n1500匝，
25、横截面积S20cm2，方向向右穿过螺线管的匀强磁场的磁感应强度按图乙所示规律变化，（1）2s内穿过螺线管的磁通量的变化量是多少？（2）磁通量的变化率多大？（3）螺线管中感应电动势的大小为多少？解析（1）磁通量的变化量是由磁感应强度的变化引起的，则1B1S2B2S21，所以BS（62）20104Wb8103Wb.（2）磁通量的变化率为Wb/s4103 Wb/s.（3）根据法拉第电磁感应定律得感应电动势的大小En15004103V6V.答案（1）8103Wb（2）4103Wb/s（3）6V应用En时应注意的三个问题：（1）此公式适用于求平均感应电动势.（2）计算电动势大小时，取绝对值不涉及正、负.
26、（3）S，为t图像的斜率，为Bt图像的斜率.（九）当堂展示1下列关于感应电动势的说法中正确的是 （ ）A穿过闭合回路的磁通量减小，回路中的感应电动势一定也减小B穿过闭合回路的磁通量变化量越大，回路中的感应电动势也越大C线圈放在磁场越强的位置，产生的感应电动势一定越大D穿过闭合回路的磁通量的变化率不变，回路中的感应电动势也不变答案：D解析感应电动势正比于磁通量的变化与时间的比值，即正比于磁通量的变化率，故D正确，A、B错误；磁场强也可能是不变的，不一产生感应电动势，故C错误；2关于感应电动势的大小，下列说法正确的是（ ）A穿过闭合电路的磁通量最大时，其感应电动势一定最大B穿过闭合电路的磁通量为零
27、时，其感应电动势一定为零C穿过闭合电路的磁通量由不为零变为零时，其感应电动势一定为零D穿过闭合电路的磁通量由不为零变为零时，其感应电动势一定不为零答案D解析磁通量的大小与感应电动势的大小不存在内在的联系，故A、B错误；当磁通量由不为零变为零时，闭合电路的磁通量一定改变，一定有感应电流产生，有感应电流就一定有感应电动势，故C错，D对。板书设计（课堂小结）1.3 法拉第电磁感应定律一感应电动势 定义：电磁感应现象中产生的电动势二法拉第电磁感应定律1内容：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.2表达式：En.三对法拉第电磁感应定律的理解1磁通量的变化常由B的变化或S的变化引起（1）当仅由B的变化引起时，EnS（2）当仅由S的变化引起时，EnB2En计算的是t时间内平均感应电动势，当t0时，En的值才等于瞬时感应电动势。