1、法拉第電磁感應(yīng)定理教學(xué)設(shè)計(jì)湖南省長(zhǎng)沙市田家炳小學(xué)簡(jiǎn)波一、設(shè)計(jì)思看法拉第電磁感應(yīng)定理是電磁學(xué)的核心內(nèi)容。從知識(shí)發(fā)展來(lái)看，它既與電場(chǎng)、磁場(chǎng)和穩(wěn)恒電壓有緊密聯(lián)系，又是旁邊學(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(diǎn)，也是教學(xué)難點(diǎn)。在學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容之前，中學(xué)生早已把握了恒定電壓、電磁感應(yīng)現(xiàn)象和磁路量的相關(guān)知識(shí)，而且也曉得了變化量和變化率的概念。中學(xué)生早已具備了很強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)操作能力，但是本節(jié)課的實(shí)驗(yàn)也是上節(jié)課所演示過(guò)的，只不過(guò)研究的優(yōu)缺不同。為此，有條件的中學(xué)可將本節(jié)課的演示實(shí)驗(yàn)改為中學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)。另外，中學(xué)生對(duì)化學(xué)學(xué)的研究方式已有較為深刻的認(rèn)識(shí)，在自主學(xué)習(xí)、合作探究等方面的能力有了
2、較高的水平。本節(jié)課的重點(diǎn)法拉第電磁感應(yīng)定理的構(gòu)建過(guò)程，設(shè)計(jì)中采用了讓中學(xué)生自己設(shè)計(jì)方案，自己動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，思索討論，班主任引導(dǎo)找出規(guī)律的方式，使中學(xué)生才能深刻理解法拉第電磁感應(yīng)定理的構(gòu)建過(guò)程。對(duì)于公式e二員小血3,讓中學(xué)生自己根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定理，動(dòng)手推論，使中學(xué)生深刻理解。絲本節(jié)課的難點(diǎn)是對(duì)中、*、五化學(xué)意義的理解，在難點(diǎn)的突破上，采用般小了類比的方式。把小、金、9、e和u、au、血、a類比上去，使中學(xué)生更絲容易理解中、上和e之間的聯(lián)系。二、教學(xué)目標(biāo)（一）知識(shí)和能力目標(biāo)絲1.曉得感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的概念，會(huì)分辨、a、的數(shù)學(xué)意義。2.理解法拉第電磁感應(yīng)定理的內(nèi)容和物理表達(dá)式，并能應(yīng)用解答有關(guān)問(wèn)
3、題。3.曉得公式百二8他s的推論過(guò)程及適用條件，并能應(yīng)用解答有關(guān)問(wèn)題。4.通過(guò)中學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的操作、觀察、分析，找出規(guī)律，培養(yǎng)中學(xué)生的動(dòng)手操作能力，觀察、分析、總結(jié)規(guī)律的能力。（二）過(guò)程與方式目標(biāo)1.班主任通過(guò)類比法引入感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)，指導(dǎo)中學(xué)生觀察剖析，總結(jié)規(guī)律。2.中學(xué)生積極思索認(rèn)真比較，理解感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的存在，通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的剖析討論，總結(jié)影響感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小的誘因。（三）情感、態(tài)度、價(jià)值觀目標(biāo)1.通過(guò)中學(xué)生之間的討論、交流與協(xié)作探究，培養(yǎng)中學(xué)生之間的團(tuán)隊(duì)合作精神2.讓中學(xué)生在探究過(guò)程中體驗(yàn)解決問(wèn)題的成功喜悅，增進(jìn)中學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的情感。三、教學(xué)重點(diǎn)3拉第電磁感應(yīng)定理的構(gòu)建過(guò)程以
4、及對(duì)公式e=山、5二刈卬sm日的理解。教、教學(xué)難點(diǎn)絲4、a、木數(shù)學(xué)意義的理解。五、教學(xué)打算打算實(shí)驗(yàn)儀器：電壓計(jì)、蹄形吸鐵石、螺線管、鐵芯、學(xué)生電源、變阻器、開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線若干。（若為分組實(shí)驗(yàn)，應(yīng)打算若干組器材）六、教學(xué)過(guò)程（一）引入新課班主任和中學(xué)生一起回顧第一節(jié)中的三個(gè)實(shí)驗(yàn)。在這三個(gè)實(shí)驗(yàn)中，閉合電路中都形成了感應(yīng)電壓，則電路中必需要有電源，電源提供了電動(dòng)勢(shì)，因而形成電壓。在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中形成的電動(dòng)勢(shì)稱作感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。這么感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小跟什么誘因有關(guān)呢？本節(jié)課我們就來(lái)共同研究這個(gè)問(wèn)題。（二）講授新課*感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)電源才能形成電動(dòng)勢(shì)，這么在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，形成感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的那部份導(dǎo)體就相當(dāng)于電
5、源。中學(xué)生思索討論：如右圖所示的三個(gè)實(shí)驗(yàn)中，分別是哪部份相當(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bo中學(xué)生思索討論：形成感應(yīng)電壓的閉合電路斷掉，還有沒(méi)有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)？引導(dǎo)中學(xué)生：電路斷掉就相當(dāng)于接入一個(gè)電阻無(wú)窮大的阻值，電壓為零，然而仍然有電動(dòng)勢(shì)。班主任總結(jié)：可見(jiàn)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(dòng)勢(shì)的有無(wú)。下邊我們就來(lái)共同研究感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小跟什么誘因有關(guān)。中學(xué)生探究活動(dòng)：怎樣通過(guò)上圖所示的三個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)研究影響感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小誘因呢？引導(dǎo)中學(xué)生：對(duì)于閉合電路內(nèi)阻是一定的，可以通過(guò)電壓表表針偏轉(zhuǎn)的角度大小來(lái)確定電路中感應(yīng)電
6、流的大小，進(jìn)而確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小。怎樣改變電路中電壓的大小？中學(xué)生設(shè)計(jì)的可能方案如下：1.如圖1所示電路，通過(guò)改變導(dǎo)體棒做切割磁感線運(yùn)動(dòng)的速率大小，來(lái)研究影響感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小的誘因。2.如圖2所示電路，通過(guò)改變條形吸鐵石插入和拔出螺線管的速率大小，來(lái)研究影響感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小的誘因。3.如圖3所示電路，通過(guò)改變滑動(dòng)變阻器滑片聯(lián)通的速率大小，來(lái)研究影響感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小的誘因安排中學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)（為了節(jié)約時(shí)間，可將中學(xué)生分為三大組，每一大組只做上述方案中的一個(gè)實(shí)驗(yàn)，每一大組適當(dāng)?shù)姆譃閹讉€(gè)小組。做完實(shí)驗(yàn)后由各主任上報(bào)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，之后由班主任在提煉總結(jié)）。推論：1.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，與導(dǎo)體棒切割磁感線
7、的速率大小有關(guān)。速率越大法拉第電磁感應(yīng)定律，形成的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大。4.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，與條形吸鐵石插入或拔出螺線管的速率大小有關(guān)，速度越大，形成的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大。5.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，與滑動(dòng)變阻器滑片聯(lián)通的速率大小有關(guān)。速率越大，形成的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大。中學(xué)生思索討論：認(rèn)真剖析三個(gè)實(shí)驗(yàn)及其推論，找出共同的規(guī)律。引導(dǎo)中學(xué)生：形成感應(yīng)電壓的條件是：穿過(guò)閉合電路的磁路量發(fā)生變化。對(duì)于圖1所示實(shí)驗(yàn)，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)硬度不變，通過(guò)導(dǎo)體棒做切割磁感線的運(yùn)動(dòng)，改變了閉合電路的面積，進(jìn)而改變穿過(guò)該電路的磁路量，進(jìn)而形成了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)越快，則回路面積變化也越快，致使磁路量的變化越快，而電壓表表針偏轉(zhuǎn)角度
8、越大，說(shuō)明感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與磁路量的變化快慢有關(guān)。磁路量變化越快，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大。讓中學(xué)生自己剖析另外兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，總結(jié)推論共同規(guī)律：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與磁路量的變化快慢有關(guān)。磁路量的變化快慢怎么表示呢？（從物理角度定量的表示）設(shè)時(shí)亥tl時(shí)穿過(guò)閉合電路的磁路量為1,時(shí)刻t2時(shí)穿過(guò)閉合電路的鐵損量為2,則在時(shí)間at=t2tl內(nèi)磁路量的變化量為八二21,磁路量的變化絲快慢可以用單位時(shí)間內(nèi)磁路量的變化量”來(lái)表示，也叫磁路量的變化率。（對(duì)絲于、a、衣和e,中學(xué)生很難理解它們之間的關(guān)系的，班主任可將、a、4、e和u、au、0、a類比上去，中學(xué)生較容易接受。）法拉第電磁感應(yīng)定理1.內(nèi)容：電路中感
9、應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，跟穿過(guò)這一電路的磁路量的變化率成反比。絲2.表達(dá)式：e8寫(xiě)成方程方式，乘上比列系數(shù)k絲即e=k3.單位：e(v),(wb,t(s)上式中的常數(shù)k等于多少呢？請(qǐng)朋友們證明1v=1ws,則k=1(提示學(xué)生注意證明1v=iwys,實(shí)際上是證明v=wb/s,在證明的過(guò)程中注意導(dǎo)入單位是怎樣定義的法拉第電磁感應(yīng)定律，要把對(duì)應(yīng)的公式聯(lián)系上去，這個(gè)證明對(duì)中學(xué)生來(lái)說(shuō)，難度較大，班主任可依據(jù)情況適當(dāng)提示)。絲k=1,則可把上表達(dá)式寫(xiě)成e=/。中學(xué)生思索討論：前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(gè)n匝線圈，且穿過(guò)每匝線圈的鐵損量的變化率都相同，這么整個(gè)線圈中的感應(yīng)電
10、動(dòng)勢(shì)又怎樣表示？n匝線圈可以看成是由n個(gè)單匝線圈串聯(lián)而成，因而整個(gè)線圈中的感應(yīng)電動(dòng)絲勢(shì)是單匝線圈的n倍，即e=n速。*導(dǎo)體棒切割磁感線的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)中學(xué)生思索討論：如圖所示把圓形線框abcd置于磁感應(yīng)硬度為b的勻強(qiáng)磁場(chǎng)里，線框平面跟磁感線垂直。設(shè)線框可動(dòng)部份ab的寬度是l,以速率u往右運(yùn)動(dòng)，形成的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)如何表示？在at時(shí)間內(nèi)可動(dòng)部份由原先的位置ab移到ab,這時(shí)線框的面積變化量上的,穿過(guò)閉合電路的鐵損量的變化量占中=2七=血,代入公式s=-血中，得到百=f4。對(duì)于上式的創(chuàng)立有哪些條件限制嗎？（引導(dǎo)中學(xué)生剖析所設(shè)的化學(xué)過(guò)程的特殊性）上述數(shù)學(xué)過(guò)程所設(shè)磁場(chǎng)為勻強(qiáng)磁場(chǎng)，另外不難看
11、出，磁感應(yīng)硬度方向、導(dǎo)體棒放置的方向和導(dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng)方向是互相垂直的。所以其創(chuàng)立的條件是：勻強(qiáng)磁場(chǎng)；rl、u互相垂直。中學(xué)生思索討論：一般我們就會(huì)碰到如上圖5所示，導(dǎo)體棒垂直紙面放置，磁場(chǎng)豎直向上，導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)方向與導(dǎo)體棒本身垂直，但與磁場(chǎng)方向有傾角00此時(shí)形成的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)又怎樣表示呢？我們曉得，只有在導(dǎo)體棒做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，才形成感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，若導(dǎo)體棒平行磁感線運(yùn)動(dòng)，則不能形成感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。所以可將其速率分解為垂直磁感線的份量u1=usin0和平行磁感線的份量u2=ucos0,前者不切割磁感線，不形成感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。后者切割磁感線，形成的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為e=blui=blusin8。可見(jiàn)，導(dǎo)體棒切割磁感線時(shí)形成的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，跟磁感應(yīng)硬度b、導(dǎo)線厚度l、運(yùn)動(dòng)速率u以及運(yùn)動(dòng)方向和磁感線方向的傾角9的余弦sin9成反比。（三）課堂小結(jié)通過(guò)本節(jié)課的學(xué)習(xí)，朋友們要把握估算感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小的方式，理解公式及和月=3口血8的意義。而且電壓也是有方向的，電壓的方向又怎么確定呢？這將是下節(jié)課要學(xué)習(xí)的內(nèi)容