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2019-2020年高中物理 《法拉第電磁感應(yīng)定律》教學(xué)設(shè)計 新人教版選修1-1 　　一、設(shè)計思想 　　法拉第電磁感應(yīng)定律是電磁學(xué)的核心內(nèi)容。從知識發(fā)展來看，它既與電場、磁場和穩(wěn)恒電流有緊密聯(lián)系，又是后面學(xué)習(xí)交流電、電磁振蕩和電磁波的基礎(chǔ)。它既是本章的教學(xué)重點，也是教學(xué)難點。 　　在學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容之前，學(xué)生已經(jīng)掌握了恒定電流、電磁感應(yīng)現(xiàn)象和磁通量的相關(guān)知識，并且也知道了變化量和變化率的概念。學(xué)生已經(jīng)具備了很強的實驗操作能力，而且本節(jié)課的實驗也是上節(jié)課所演示過的，只不過研究的側(cè)重點不同。因此，有條件的學(xué)校可將本節(jié)課的演示實驗改為學(xué)生分組實驗。另外，學(xué)生對物理學(xué)的研究方法已有較為深刻的認(rèn)識，在自主學(xué)習(xí)、合作探究等方面的能力有了較高的水平。 　　本節(jié)課的重點法拉第電磁感應(yīng)定律的建立過程，設(shè)計中采用了讓學(xué)生自己設(shè)計方案，自己動手做實驗，思考討論，教師引導(dǎo)找出規(guī)律的方法，使學(xué)生能夠深刻理解法拉第電磁感應(yīng)定律的建立過程。對于公式，讓學(xué)生自己根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，動手推導(dǎo)，使學(xué)生深刻理解。 　　本節(jié)課的難點是對、、物理意義的理解，在難點的突破上，采用了類比的方法。把、、、E和υ、Δυ、、a類比起來，使學(xué)生更容易理解、、和E之間的聯(lián)系。 　　二、教學(xué)目標(biāo) 　?。ㄒ唬┲R和能力目標(biāo) 　　1．知道感應(yīng)電動勢的概念，會區(qū)分Φ、ΔΦ、的物理意義。 　　2．理解法拉第電磁感應(yīng)定律的內(nèi)容和數(shù)學(xué)表達(dá)式，并能應(yīng)用解答有關(guān)問題。 　　3．知道公式的推導(dǎo)過程及適用條件，并能應(yīng)用解答有關(guān)問題。 　　4．通過學(xué)生對實驗的操作、觀察、分析，找出規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生的動手操作能力，觀察、分析、總結(jié)規(guī)律的能力。 　?。ǘ┻^程與方法目標(biāo) 　　1．教師通過類比法引入感應(yīng)電動勢，通過演示實驗，指導(dǎo)學(xué)生觀察分析，總結(jié)規(guī)律。 　　2．學(xué)生積極思考認(rèn)真比較，理解感應(yīng)電動勢的存在，通過觀察實驗現(xiàn)象的分析討論，總結(jié)影響感應(yīng)電動勢大小的因素。 　?。ㄈ┣楦?、態(tài)度、價值觀目標(biāo) 　　1．通過學(xué)生之間的討論、交流與協(xié)作探究，培養(yǎng)學(xué)生之間的團隊合作精神。 　　2．讓學(xué)生在探究過程中體驗解決問題的成功喜悅，增進學(xué)生學(xué)習(xí)物理的情感。 　　三、教學(xué)重點 　　法拉第電磁感應(yīng)定律的建立過程以及對公式Ｅ＝、的理解。 　　四、教學(xué)難點 　　對Φ、ΔΦ、物理意義的理解。 　　五、教學(xué)準(zhǔn)備 　　準(zhǔn)備實驗儀器：電流計、蹄形磁鐵、螺線管、鐵芯、學(xué)生電源、變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線若干。（若為分組實驗，應(yīng)準(zhǔn)備若干組器材） 　　六、教學(xué)過程 　?。ㄒ唬┮胄抡n 　　教師和學(xué)生一起回顧第一節(jié)中的三個實驗。在這三個實驗中，閉合電路中都產(chǎn)生了感應(yīng)電流，則電路中必須要有電源，電源提供了電動勢，從而產(chǎn)生電流。在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢叫做感應(yīng)電動勢。那么感應(yīng)電動勢的大小跟哪些因素有關(guān)呢？本節(jié)課我們就來共同研究這個問題。 　　（二）講授新課 　?。?感應(yīng)電動勢 　　電源能夠產(chǎn)生電動勢，那么在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的那部分導(dǎo)體就相當(dāng)于電源。 　　學(xué)生思考討論：如下圖所示的三個實驗中，分別是哪部分相當(dāng)于電源？ 　　 圖1　　　　　　　　　　　　　　圖2　　　　　　　　　　　　　　圖3 　　圖1中電源是導(dǎo)體棒AB，圖2中電源是螺線管B，圖3中電源也是螺線管B。 　　學(xué)生思考討論：產(chǎn)生感應(yīng)電流的閉合電路斷開，還有沒有感應(yīng)電動勢？ 　　引導(dǎo)學(xué)生：電路斷開就相當(dāng)于接入一個阻值無窮大的電阻，電流為零，但是依然有電動勢。 　　教師總結(jié)：可見，感應(yīng)電動勢才是電磁感應(yīng)現(xiàn)象的本質(zhì)，電磁感應(yīng)現(xiàn)象重要的是看感應(yīng)電動勢的有無。 　　下面我們就來共同研究感應(yīng)電動勢的大小跟哪些因素有關(guān)。 　　學(xué)生探究活動：如何通過上圖所示的三個實驗來研究影響感應(yīng)電動勢的大小因素呢？ 　　引導(dǎo)學(xué)生：對于閉合電路電阻是一定的，可以通過電流表指針偏轉(zhuǎn)的角度大小來確定電路中感應(yīng)電流的大小，從而確定感應(yīng)電動勢的大小。如何改變電路中電流的大?。? 　　學(xué)生設(shè)計的可能方案如下： 　　1．如圖1所示電路，通過改變導(dǎo)體棒做切割磁感線運動的速度大小，來研究影響感應(yīng)電動勢大小的因素。 　　2．如圖2所示電路，通過改變條形磁鐵插入和拔出螺線管的速度大小，來研究影響感應(yīng)電動勢大小的因素。 　　3．如圖3所示電路，通過改變滑動變阻器滑片移動的速度大小，來研究影響感應(yīng)電動勢大小的因素。 　　安排學(xué)生分組實驗（為了節(jié)省時間，可將學(xué)生分為三大組，每一大組只做上述方案中的一個實驗，每一大組適當(dāng)?shù)姆譃閹讉€小組。做完實驗后由各組長上報實驗結(jié)果，然后由教師在提煉總結(jié)）。 　　結(jié)論：1．感應(yīng)電動勢的大小，與導(dǎo)體棒切割磁感線的速度大小有關(guān)。速度越大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大。 　　2．感應(yīng)電動勢的大小，與條形磁鐵插入或拔出螺線管的速度大小有關(guān)，速度越大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大。 　　3．感應(yīng)電動勢的大小，與滑動變阻器滑片移動的速度大小有關(guān)。速度越大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大。 　　學(xué)生思考討論：認(rèn)真分析三個實驗及其結(jié)論，找出共同的規(guī)律。 　　引導(dǎo)學(xué)生：產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是：穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化。對于圖1所示實驗，磁場的磁感應(yīng)強度不變，通過導(dǎo)體棒做切割磁感線的運動，改變了閉合電路的面積，從而改變穿過該電路的磁通量，從而產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢。導(dǎo)體棒運動越快，則回路面積變化也越快，使得磁通量的變化越快，而電流表指針偏轉(zhuǎn)角度越大，說明感應(yīng)電動勢的大小與磁通量的變化快慢有關(guān)。磁通量變化越快，感應(yīng)電動勢越大。 　　讓學(xué)生自己分析另外兩個實驗，總結(jié)結(jié)論 　　共同規(guī)律：感應(yīng)電動勢的大小與磁通量的變化快慢有關(guān)。 　　磁通量的變化快慢如何表示呢？（從數(shù)學(xué)角度定量的表示） 　　設(shè)時刻t1時穿過閉合電路的磁通量為Φ1，時刻t2時穿過閉合電路的磁通量為Φ2，則在時間Δt＝t2－t1內(nèi)磁通量的變化量為ΔΦ＝Φ2－Φ1，磁通量的變化快慢可以用單位時間內(nèi)磁通量的變化量來表示，也叫磁通量的變化率。（對于Φ、ΔΦ、和E，學(xué)生很難理解它們之間的關(guān)系的，教師可將Φ、ΔΦ、、E和υ、Δυ、、a類比起來，學(xué)生較容易接受。） 　?。?法拉第電磁感應(yīng)定律 　　1．內(nèi)容：電路中感應(yīng)電動勢的大小，跟穿過這一電路的磁通量的變化率成正比。 　　2．表達(dá)式：Ｅ∝ 　　寫成等式形式，乘上比例系數(shù)k 　　即Ｅ＝k 　　3．單位：E（V），Φ（Wb），t（s） 　　上式中的常數(shù)k等于多少呢？請同學(xué)們證明1V＝1Wb／s，則k＝1（提示學(xué)生注意證明1V＝1Wb／s，實際上是證明V＝Wb／s，在證明的過程中注意導(dǎo)出單位是如何定義的，要把對應(yīng)的公式聯(lián)系起來，這個證明對學(xué)生來說，難度較大，教師可根據(jù)情況適當(dāng)提示）。 　　k=1，則可把上表達(dá)式寫成E=。 　　學(xué)生思考討論：上面討論的是閉合電路由單匝線圈構(gòu)成的，設(shè)閉合電路是一個n匝線圈，且穿過每匝線圈的磁通量的變化率都相同，那么整個線圈中的感應(yīng)電動勢又如何表示？ 　　n匝線圈可以看成是由n個單匝線圈串聯(lián)而成，因此整個線圈中的感應(yīng)電動勢是單匝線圈的n倍，即E=n。 　?。?導(dǎo)體棒切割磁感線的感應(yīng)電動勢 　　學(xué)生思考討論：如圖所示把矩形線框abcd放在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場里，線框平面跟磁感線垂直。設(shè)線框可動部分ab的長度是Ｌ，以速度υ向右運動，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢怎么表示？ 　 圖4 圖5 　　在Δt時間內(nèi)可動部分由原來的位置ab移到a1b1，這時線框的面積變化量，穿過閉合電路的磁通量的變化量，代入公式中，得到。 　　對于上式的成立有什么條件限制嗎？（引導(dǎo)學(xué)生分析所設(shè)的物理過程的特殊性） 　　上述物理過程所設(shè)磁場為勻強磁場，另外不難看出，磁感應(yīng)強度方向、導(dǎo)體棒放置的方向和導(dǎo)體棒的運動方向是相互垂直的。所以其成立的條件是：⑴勻強磁場；⑵B、L、υ相互垂直。 　　學(xué)生思考討論：通常我們還會遇到如上圖5所示，導(dǎo)體棒垂直紙面放置，磁場豎直向下，導(dǎo)體棒運動方向與導(dǎo)體棒本身垂直，但與磁場方向有夾角θ。此時產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢又如何表示呢？ 　　我們知道，只有在導(dǎo)體棒做切割磁感線運動時，才產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，若導(dǎo)體棒平行磁感線運動，則不能產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。所以可將其速度分解為垂直磁感線的分量υ1＝υsinθ和平行磁感線的分量υ2＝υcosθ，后者不切割磁感線，不產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。前者切割磁感線，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為Ｅ＝BLυ1＝BLυsinθ。 　　可見，導(dǎo)體棒切割磁感線時產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的大小，跟磁感應(yīng)強度B、導(dǎo)線長度L、運動速度υ以及運動方向和磁感線方向的夾角θ的正弦sinθ成正比。 　?。ㄈ┱n堂小結(jié) 　　通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，同學(xué)們要掌握計算感應(yīng)電動勢大小的方法，理解公式和的意義。但是電流也是有方向的，電流的方向又如何確定呢？這將是下節(jié)課要學(xué)習(xí)的內(nèi)容。