高中物理选修32第一章第四节教学设计3171244207

法拉第电磁感应定律教学设计

教学目的：

1.理解感应电动势的概念，明确感应电动势的作用．

2.理解感应电动势的大小与磁通量变化率的关系，掌握法拉第电磁感应定律及应用． 3.通过法拉第电磁感应定律的建立,进一步揭示电与磁的关系，培养学生空间思维能力和通过观察、实验寻找物理规律的能力．

教学过程：

应用分析、类比和迁移等思维方法，在实验中让学生理解法拉第电磁感应定律的实质，得出定律的表达公式，进而掌握其应用．

教学重点：法拉第电磁感应定律的建立和应用． 教学难点：

1.磁通量的变化与变化率的区别，及与感应电动势的关系． 2.决定磁通量大小的因素，及其变化特点．

教学关键：做好演示实验，观察并分析好实验． ［教具］演示用电流计、线圈（螺线管）、磁铁、导线等．

一、回顾旧知识

（方法：按知识系统性向学生提问．）

师：在电磁感应现象中，产生感应电流的条件是什么？ 生：闭合电路中磁通量发生变化．

师：在电磁感应现象中，磁通量发生变化的方式有哪些情况？举例说明．

生：可以是Δφ＝ΔBS或Δφ＝BΔS,或Δφ＝(B+ΔB)(S+ΔS)-BS.也可以是B的大小，S的大小不变，B和S的方向变化．概括为Δφ＝φ2-φ1 （以上两问，多数学生能正确回答，但第2问，学生通常只能回答出一两种情况，需要教师启发诱导和作图，才能归纳出磁通量变化的各种情形．

在指导学生回答此问时，重在培养学生想象和概括能力，不宜过多纠缠于知识细节，以免冲淡教学重点．）

二、引入新课

由前节可知，感应电流的方向与原磁场的方向以及磁通量的变化有关．那么，感应电流的大小又与什么有关系呢？我们知道：电流的大小与电动势有关系，让我们首先来研究感应电动势的产生．

三、进行新课 １．感应电动势

概念：在电磁感应现象中所产生的电动势，在中学里统称感应电动势．

感应电动势的方向：感应电动势的方向与感应电流的方向一致，由楞次定律或右手定则决定：在外电路中，从正极→负极在内电路中，从负极→正极

师：在图１的（ａ）、（ｂ）两图中，若电路是断开的，有无电流？有无电动势？ 生：电路断开，肯定无电流，但可能有电动势． 师：电动势大，电流强度是否一定大？

生：电流的大小由电动势和阻值Ｒ共同决定，遵从I=ε/R ． （教学方法：复习，类比．）

师：闭合电路中要产生持续电流的条件是什么？ 生：必有电源电动势． 师：在电磁感应中，有感应电流，说明有感应电势存在．现在我们来类比图１中（ａ）、（ｂ）两图．（ａ）图中，哪部分相当于（ｂ）图中的电源？

生：ab两点右部的线圈.师:（ａ）图中，哪部分电阻相当于（ｂ）图中内阻？ 生：线圈自身的电阻．

师：比较两图中的电流方向，判断（ａ）图中电源的正负，以及ab两端电势的高低.生：a点电势较高，见图中箭头方向． ２．法拉第电磁感应定律． ［实验一］装置如图２．

（方法：教师演示，学生观察并回答．）

师：将磁铁迅速插入与慢慢插入螺线管时，观察电流计指针偏转角度有何不同？反映电流大小有何不同？电动势大小如何？

生：迅速插入时，指针偏转大，反映电流大，感应电动势大；慢慢插入时，电流小，感应电动势小．

师：迅速插入与慢慢插入，穿过螺线管磁通量的变化是否相同？ 生：磁通量变化(Δφ)相同.师：换用强磁铁，迅速插入，观察到指针的偏转如何？说明什么？ 生：指针偏转更大，反映电流更大，电动势更大． 师：以上现象说明感应电动势的大小由什么因素决定？

生：由磁通量变化量Δφ的大小和变化的时间φT决定,即由磁通量变化的快慢决定． ［教师小结］

（１）磁通量变化越快，感应电动势越大，在同一电路中，感应电流越大；反之，越小．

（２）磁通量变化快慢的意义：

(1)在磁通量变化Δφ相同时，所用的时间Δt越少，即变化越快；反之，则变化越慢． (2)在变化时间Δt一样时，变化量Δφ越大，表明磁通量变化越快；反之，则变化越慢．

(3)磁通量变化的快慢，可用单位时间内的磁通量的变化,即磁通量的变化率来表示． 可见，感应电动势的大小由磁通量的变化率来决定． ［实验二］装置见图３．

磁通量的变化率也可以用导体切割磁力线的快慢（速度）来反映．（即速度大，单位时间扫过的面积大．）

图中，导体ＡＢ与电流计形成一闭合电路．ＡＢ迅速切割时，指针偏转角大，反映感应电流大，电动势大；导体ＡＢ慢慢切割时，指针偏角小，反映电流小，感应电动势小．

［讲述］由实验一和实验二得知：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，电路中的感应电动势的大小，跟穿过这个电路的磁通量的变化率在正比，即εΔφ／Δt．这就是法拉第电磁感应定律．

其函数表达式为：ε=kΔφ／Δt

在国际单位制中，Δφ=φ2-φ1，单位为韦伯；Δt=t2-t1，单位为秒时，K=1．这时，ε的单位为伏特．

讨论：

(1)１伏＝１韦／秒；

(2)若线圈为ｎ匝连绕，则ε=nΔφ／Δt（即相当于ｎ个单匝电源相串联）；

(3)公式ε=Δφ／Δt所计算的是时间Δt内的平均电动势Δφ（若均匀变化，平均感应电动势等于即时感应电动势）．

那么，导体切割磁力线时，感应电动势如何计算呢？

如图４，把矩形线框ａｂｃｄ放在匀强磁场里，线圈平面与磁力线垂直．设ａｂ长度为l，且以速度v相对于磁场向右运动，在Δt时间内，由ab移动到a\'b\'.应用法拉第电磁感应定律公式ε=Δφ／Δt和Δφ=BΔS=BlvΔt，

不难得出：ε=Blv（注意：B,l,v三者是互相垂直的）．

假若导线运动的方向与导线本身垂直，但与磁力线方向不垂直，如图５所示，设B与的夹角为θ，则

vsinθ=v⊥

____对切割有贡献 vcosθ=v‖

____对切割无贡献

这时ε＝Blv⊥=Blvsinθ．这就是导体切割磁力线运动时，感应电动势的计算公式．公式ε＝Blv⊥=Blvsinθ的特点是：

(1)v为导体与磁场相对运动（即切割）速度．

(2)v当为某时刻的即时速度时,ε＝Blv⊥可计算出某时刻的瞬时感应电动势．因此,必须充分认识公式ε=Δφ／Δt和ε＝Blv⊥在计算感应电动势的一致性，以及应用条件上的区别．从而正确灵活地选择某一公式，解决不同情况中的物理问题．下面，让我们通过练习，来巩固和应用所学的定律和公式．

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