人教版高中物理选修3-2“四自主·四环节”课堂教学设计：4.4法拉第电磁感应定律

石家庄外国语教育集团
“四自主·四环节”课堂教学设计
日期 班级 授课教师
学科 物理 课时 1 课型 新授课
课题 法拉第电磁感应定律
教学目标 1.能够运用法拉第电磁感应定律定量计算感应电动势的大小
2.经历由E＝推导E＝Blvsinθ的过程，加深学生对感应电动势物理本质的理解
3.培养学生对不同事物进行分析，找出共性与个性的辩证唯物主义思想
教学重点 理解并能应用法拉第电磁感应定律
教学难点 E＝Blv与E＝的区别与联系
项目及要求 探究感应电动势的大小
项目设置意图 法拉第电磁感应定律是电磁学的核心内容。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E＝Blvsinθ，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。
教学过程（项目实施——交流展示——评价激励）
教师活动 学生活动
项目准备： 阅读教材，完成填空。 指导调控：1．a、b两图中若电路是闭合的，有没有电流？b图中有电流时哪部分相当于电源？ 2．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内阻。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？?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。感应电动势的大小跟哪些因素有关呢？ 3．请同学们对影响感应电动势大小的因素进行猜想。 4．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？ 5．请同学们利用手中器材进行实验? 6．请同学们交流实验结果 7．推导法拉第电磁感应定律表达式：①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内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？②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③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8．磁通量Φ、磁通量的变化量△Φ、磁通量的变化率有何不同？ 9. 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：①产生的感应电动势？????②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？?10. 反电动势?①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？?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。?②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？ 拓展提升： 磁通量变化的快慢用磁通量的变化率来描述，即单位时间内磁通量的变化量，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。E=n与E=BLvsinθ的区别与联系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时间内的平均感应电动势，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。?③E=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。④E=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。 自主完成 1．感应电动势在_______________中产生的电动势叫做感应电动势，产生感应电动势的那部分导体相当于电源．若电路闭合，电路中有感应电流；若电路不闭合，没有感应电流，但_______必然存在．2.法拉第电磁感应定律(1)内容：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一回路的________________成正比，这就是法拉第电磁感应定律．若产生感应电动势的电路是一个有n匝的线圈，则穿过每匝线圈的磁通量变化率都相同．(2)公式：单匝E＝_____，n匝E＝_______.3．导体切割磁感线时的感应电动势(1)垂直切割：直导线在匀强磁场中做切割磁感线的运动时，如果运动方向与磁感线垂直，那么导线中感应电动势的大小与__________三者都成正比．用公式表示为E＝______.(2)非垂直切割：如果导线的运动方向与导线本身是垂直的，但与磁感线方向有一夹角θ，我们可以把速度分解为两个分量，垂直于磁感线的分量v1＝vsinθ，另一个平行于磁感线的分量不切割磁感线，对感应电动势没有贡献．所以这种情况下的感应电动势为E＝_________.4．反电动势电动机转动时，线圈中也会产生感应电动势，感应电动势总要削弱电源电动势的作用，我们就把感应电动势称为_________；其作用是阻碍线圈的转动．
小组合作 探究一： 电磁感应现象中产生感应电动势的本质1．a图中有电流。b图中条形磁铁插入或拔出时，有电流，线圈相当于电源。 2．类比a、b两图回答：?无电流，有电动势。 探究二：探究影响感应电动势大小的因素3．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 4．①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。②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。 5．两同学合作进行实验 6．交流实验结果：?磁通量的变化量相同，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。探究三：法拉第电磁感应定律表达式7. 推导：①在时间Δt=t2－t1内磁通量的变化量为ΔΦ=Φ2－Φ1，磁通量的变化率为，感应电动势为E，则?E=k②E=③E=n8. 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。探究四：导线切割磁感线时的感应电动势9. ①解析：设在Δt时间内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?②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?10. ①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。②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。
交流展示 1.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。2. 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。3. 法拉第电磁感应定律表达式E= E=n导线切割磁感线时的感应电动势E=BLvsinθ
巩固练习 一个200匝、面积为20 cm2的线圈放在磁场中，磁场的方向与线圈平面成30°角，若磁感应强度在0.05 s内由0.1 T增加到0.5 T，在此过程中磁通量变化了多少？磁通量的平均变化率是多少？线圈中感应电动势的大小是多少伏？2.一个面积S＝4×10－2 m2、匝数n＝100匝的线圈放在匀强磁场中，磁场方向垂直于线圈平面，磁感应强度B随时间t变化的规律如图所示，则下列判断正确的是A．在开始的2 s内穿过线圈的磁通量的变化率等于－0.08 Wb/sB．在开始的2 s内穿过线圈的磁通量的变化量等于零C．在开始的2 s内线圈中产生的感应电动势等于－0.08 VD．在第3 s末线圈中的感应电动势等于零3.如图所示，导体棒ab长L，沿倾角为α的斜导轨以速度v下滑，匀强磁场的磁感应强度为B.求：(1)若磁感应强度B的方向垂直于斜导轨向上，导体棒ab中产生的感应电动势为多大？(2)若磁感应强度B的方向竖直向上，导体棒ab中产生的感应电动势为多大？4.如图所示，竖直向下的匀强磁场中，将一水平放置的金属棒ab以水平速度v0抛出，设整个过程中，棒的取向不变，不计空气阻力，则金属棒运动过程中产生的感应电动势的大小变化情况应是 (　　)A．越来越大　　　B．越来越小C．保持不变 D．无法判定5. 如图所示，边长为a的正方形闭合线框ABCD在匀强磁场中绕AB边匀速转动，磁感应强度为B，开始时线框所在平面与磁感线垂直，经过t时间后转过120°角，求：(1)线框内感应电动势在t时间内的平均值．(2)线框转过120°角时感应电动势的瞬时值．(3)设线框电阻为R，则这一过程中通过线框截面的电荷量为多少？
作业布置 教材“问题与练习”1至7题完成项目纸
板书设计 课题 第四节：法拉第电磁感应定律项目：探究感应电动势的大小一、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?内容：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= 对n匝线圈E=n三、导线切割磁感线时的感应电动势?E=BLvsinθ?四、反电动势
教学反思 鉴于学生对法拉第电磁感应定律的深刻理解和熟练掌握都有一定难度．在教学中必须循序渐进地让学生得到巩固、加深和提高．本节课侧重在新课教学中如何在新情景中应用旧知识引导学生形成新概念和获得新知识，并尽量利用该课的特点，培养相应的能力。教案中着重揭示法拉第电磁感应定律及其公式ε=Δφ/Δt的建立过程、物理意义及应用．而公式ε=Blv只作为法拉第电磁感应定律在特定条件下推出的表达式．这样做，可以让学生分清主次，减轻学生在认知上的负担，又不降低应用上的要求．