《法拉第电磁感应定律》教学设计说明.docx
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《法拉第电磁感应定律》教学设计说明
《法拉第电磁感应定律》教学设计
授课人：
严丽景
课题
法拉第电磁感应定律
课型
新课
课时
1
课时教学目标
（三维）
1．通过实验演示经历探究感应电动势的存在来理解电磁感应现象里感应电动势，并能判断其方向。
2.通过对
的区别来体会这三个物理量的本质含义。
3．在实验的基础上掌握法拉第电磁感应定律，并使学生体会在发现和认识物理规律中物理实验的重要作用，培养学生在物理实验中仔细观察和认真思考的能力。
4.经历由
推导
的过程，让学生再次体会感应电动势的产生条件，从而加深学生对感应电动势物理本质的理解
教学
重点
与
难点
重点：
法拉第电磁感应定律的建立和理解
难点：
和E=BLvsinθ的区别和联系
教学
方法
与
手段
实验法归纳总结法，讲授法类比法
使用教材构想
法拉第电磁感应定律是电磁学的核心容。
前面几节是从感应电流的角度来认识电磁感应现象的，这节课以感应电流为引子，在此进一步深入到感应电动势来理解电磁感应现象，所以，在引课时通过一个例题引入，从而让学生认识到有电流就得有电动势，从而引入感应电动势的概念，然后采用让学生自己设计方案，自己动手做实验，思考讨论，教师引导找出规律的方法，使学生能够深刻理解法拉第电磁感应定律的建立过程。
对于公式，让学生自己根据法拉第电磁感应定律，动手推导，使学生深刻理解。
课时教学流程
教师行为
学生行为
课堂变化及处理
主要环节的效果
通过实验观察让学生通过类比得出物理规律。
认识电磁感应现象中产生感应电动势的本质
培养学生设计实验的能力
培养学生的合作的能力
进一步让学生理解感应电动势的推导过程及其含义。
导入新课：
多媒体展示：
问：
a、b两图中，若电路是闭合的，有无电流？
图b中有电流时，哪一部分相当于电源？
教师：
线圈既然是电源，就一定有电动势，同时线圈的电阻即为电源的阻。
问：
图b中，若电路不闭合，当条形磁铁插入或拔出时,有无电流？
有无电动势？
教师：
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。
提出问题：
感应电动势的大小跟哪些因素有关呢？
新课教学：
一、探究影响感应电动势大小的因素：
教师引导：
1．请同学们对影响感应电动势大小的因素进行猜想：
2．利用图b装置如何进行实验探究
①如何比较感应电动势的大小？
②如何控制磁通量变化量的大小和快慢？
3．请同学们利用手中器材进行实验
4．请同学们交流实验结果：
教师：
磁通量变化的快慢用磁通量的变化率来描述，即单位时间磁通量的变化量，用公式表示为
。
可以发现，
越大，E感越大，即感应电动势的大小完全由磁通量的变化率决定。
精确的实验表明：
电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路磁通量的变化率成正比，即E∝
。
这就是法拉第电磁感应定律。
二、法拉第电磁感应定律
教师：
纽曼、韦伯在对理论和实验资料进行严格分析后，于1845年和1846年先后指出;
1．容：
2．师生共同推导法拉第电磁感应定律表达式：
设t1时刻穿过回路的磁通量为Φ1，t2时刻穿过回路的磁通量为Φ2，在时间Δt=t2－t1磁通量的变化量为多少？
磁通量的变化率为多少？
感应电动势的表达式如何表示？
在国际单位制中，电动势单位是伏（V），磁通量单位是韦伯（Wb），时间单位是秒（s），可以证明式中比例系数k=1，（同学们可以课下自己证明），则上式可写成
设闭合电路是一个n匝线圈，且穿过每匝线圈的磁通量变化率都相同，这时相当于n个单匝线圈串联而成，因此感应电动势变为
说明：
（1）
（2）两式计算时
取绝对值。
请同学们思考：
磁通量Φ、磁通量的变化量△Φ、磁通量的变化率
有何不同？
练习：
有一个1000匝的线圈，在0.4s通过它的磁通量从0.02Wb增加到0.09Wb，求
①线圈的感应电动势
②如果线圈的电阻是10Ω，把一个阻值为990Ω的电热器连接在它两端，通过电热器的电流是多大？
提出问题：
导体切割磁感线时，感应电动势如何计算呢？
三、导线切割磁感线时的感应电动势
例题：
如图所示电路，闭合电路一部分导体ab处于匀强磁场中，磁感应强度为B，ab的长度为L，以速度v匀速切割磁感线，求产生的感应电动势？
问题：
当导体的运动方向跟磁感线方向有一个夹角θ，感应电动势可用上面的公式计算吗？
如图所示电路，闭合电路的一部分导体处于匀强磁场中，导体棒以v斜向切割磁感线，求产生的感应电动势。
［强调］在国际单位制中，上式中B、L、v的单位分别是特斯拉（T）、米（m）、米每秒（m/s），θ指v与B的夹角。
请同学们比较：
公式E=n
与E=BLvsinθ的区别与联系
练习2：
当航天飞机在环绕地球的轨道上飞行时，从中释放一颗卫星，卫星与航天飞机保持相对静止，两者用导电缆绳相连，这种卫星称为绳系卫星，利用它可以进行多种科学实验。
现有一颗绳系卫星在地球赤道上空沿东西方向运行。
卫星位于航天飞机正上方，它与航天飞机间的距离是20.5Km，卫星所在位置的地磁场为
，沿水平方向由南向北。
如果航天飞机和卫星的运行速度是
，求缆绳中的感应电动势。
四、反电动势
引导学生讨论教材图4.3-3中，电动机线圈的转动会产生感应电动势。
这个电动势是加强了电源产生的电流，还是削弱了电源的电流？
是有利于线圈转动还是阻碍线圈的转动？
教师总结点评。
电动机转动时产生的感应电动势削弱了电源的电流，这个电动势称为反电动势。
反电动势的作用是阻碍线圈的转动。
这样，线圈要维持原来的转动就必须向电动机提供电能，电能转化为其它形式的能。
讨论：
如果电动机因机械阻力过大而停止转动，会发生什么情况？
这时应采取什么措施？
课堂小结：
请同学们对本节课的学习进行总结
思考并回答：
a图中有电流，b图中条形磁铁插入或拔出时，有电流。
回答：
线圈相当于电源.
类比a、b两图回答：
无电流，有电动势。
猜想：
①与磁通量变化的大小有关
②与磁通量变化的快慢有关
答：
用电流表代替电阻，在闭合电路电阻一定时，由闭合电路欧姆定律可知，感应电动势越大，感应电流就越大，可用电流表示数表示感应电动势的大小。
答：
当同一条形磁铁从线圈上某位置开始插入到另一位置，只要初、末位置相同，磁通量的变化量就相同。
插入越快，磁通量变化就越快。
两同学合作进行实验
交流实验结果：
磁通量的变化量就相同，插入越快，电流表示数越大，感应电动势越大。
说明：
感应电动势的大小与磁通量的变化量的大小无关，与磁通量变化的快慢有关。
结论：
磁通量变化越快，感应电动势越大。
阅读教材回答：
闭合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。
推导：
在时间Δt=t2－t1磁通量的变化量为ΔΦ=Φ2－Φ1，磁通量的变化率为
感应电动势为E，则
E=k
E=
（1）
E=n
（2）
（1）磁通量Φ是穿过某一面积的磁感线的条数；磁通量的变化量△Φ=Φ1-Φ2表示磁通量变化的多少，并不涉及这种变化所经历的时间；磁通量的变化率
表示磁通量变化的快慢。
（2）当磁通量很大时，磁通量的变化量△Φ可能很小。
同理，当磁通量的变化量△Φ很大时，若经历的时间很长，则磁通量的变化率也可能较小。
（3）磁通量Φ和磁通量的变化量△Φ的单位是Wb，磁通量变化率的单位是Wb／s。
（4）磁通量的变化量△Φ与电路中感应电动势大小没有必然关系，穿过电路的△Φ≠0是电路中存在感应电动势的前提；而磁通量的变化率与感应电动势的大小相联系，
越大，电路中的感应电动势越大，反之亦然。
（5）磁通量的变化率
，是Φ-t图象上某点切线的斜率。
分析解答（略）
解析：
设在Δt时间导体棒由原来的位置运动到a1b1，这时线框面积的变化量为ΔS=LvΔt
穿过闭合电路磁通量的变化量为
ΔΦ=BΔS=BLvΔt
据法拉第电磁感应定律，得
E=
=BLv（3）
解析：
可以把速度v分解为两个分量：
垂直于磁感线的分量v1=vsinθ和平行于磁感线的分量v2=vcosθ。
后者不切割磁感线，不产生感应电动势。
前者切割磁感线，产生的感应电动势为
E=BLv1=BLvsinθ
（1）研究对象不同：
E=n
的研究对象是一个回路，而E=BLvsinθ研究对象是磁场中运动的一段导体。
（2）物理意义不同：
E=n
求得是Δt时间的平均感应电动势，当Δt→0时，则E为瞬时感应电动势；而E=BLvsinθ，如果v是某时刻的瞬时速度，则E也是该时刻的瞬时感应电动势；若v为平均速度，则E为平均感应电动势。
（3）E=n
求得的电动势是整个回路的感应电动势，而不是回路中某部分导体的电动势。
整个回路的电动势为零，其回路中某段导体的感应电动势不一定为零。
（4）E=BLvsinθ和E=n
本质上是统一的。
前者是后者的一种特殊情况。
但是，当导体做切割磁感线运动时，用E＝BLvsinθ求E比较方便；当穿过电路的磁通量发生变化，用E=
求E比较方便。
分析求解：
（略）
学生讨论后发表见解。
电动机转动时产生的感应电动势削弱了电源的电流，阻碍线圈的转动。
学生讨论，发表见解。
电动机停止转动，这时就没有了反电动势，线圈电阻一般都很小，线圈中电流会很大，电动机可能会烧毁。
这时，应立即切断电源，进行检查。
归纳总结：
通过本节课的学习，我们知道了：
1．什么叫感应电动势
2．计算感应电动势大小的方法
①利用法拉第电磁感应定律
②导线切割磁感线时：
课时教学设计尾页
板书设计
第四节：
法拉第电磁感应定律
一、探究影响感应电动势大小的因素：
方法：
控制变量法
结论：
磁通量变化越快，感应电动势越大
二、法拉第电磁感应定律
容：
闭合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。
公式：
E=
（1）
对n匝线圈E=n
（2）
三、导线切割磁感线时的感应电动势
E=BLvsinθ
四、反电动势
作业设计
1．关于感应电动势大小的下列说法中，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，产生的感应电动势一定越大
C．线圈放在磁感强度越强的地方，产生的感应电动势一定越大
D．线圈中磁通量变化越快，产生的感应电动势越大
2．单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，转轴垂直于磁场，若线圈所围面积里磁通量随时间变化的规律如图所示（）
A．线圈中O时刻感应电动势最大
B．线圈中D时刻感应电动势为零
C．线圈中D时刻感应电动势最大
D．线圈中O至D时间平均感应电动势为0.4V
3．金属棒abc在匀强磁场中做匀速直线运动，已知ab=bc=0.1m，
，磁感应强度B=2T，速度v=1．5m／s且垂直于ab方向，如图所示，则a、b、c间的电势差：
Uab=_____，Ubc=______，Uac=_______．
课时教学设计当堂达标测试题
1、A、B两个闭合电路，穿过A电路的磁通量由O增加到3×103Wb，穿过B电路的磁通量由5×103Wb增加到6×103Wb。
则两个电路中产生的感应电动势εA和εB的关系是（）
（A）εA＞εB（B）εA=εB（C）εA＜εB（D）无法确定
2、如图所示，用同样规格的金属丝制成单匝圆形线圈和单匝正方形线圈，彼此绝缘，两线圈所处的匀强磁场的磁感应强度随时间均匀增加，则甲图中两线圈中感应电流之比I圆：
I方=____；乙图中感应电流之比I方：
I圆=____。
3.如图4所示，圆环a和圆环b半径之比为2∶1，两环用同样粗细的、同种材料的导线连成闭合回路，连接两圆环电阻不计，匀强磁场的磁感强度变化率恒定，则在a环单独置于磁场中和b环单独置于磁场中两种情况下，M、N两点的电势差之比为[]
A．4∶1 B．1∶4 C．2∶1 D．1∶2
4.如图中，长为L的金属杆在外力作用下，在匀强磁场中沿水平光滑导轨匀速运动，如果速度v不变，而将磁感强度由B增为2B。
那么（其他电阻不计）（）
（A）作用力将增为4倍
（B）作用力将增为2倍
（C）感应电动势将增为2倍
（D）感应电流的热功率将增为4倍
5.如图，放置在水平面的平行金属框架宽为L＝0.4m，金属棒
置于框架上，并与两框架垂直.整个框架位于竖直向下、磁感强度B＝0.5T的匀强磁场中，电阻R＝0.09Ω，
电阻为
＝0.01Ω，阻力忽略不计，当
在水平向右的恒力F作用下以
m/s的速度向右匀速运动时，求：
（1）画出等效电路图，标明
哪点电势高.
（2）求回路中的感应电流.
（3）电阻R上消耗的电功率.
（4）恒力F做功的功率.
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