2019-2020年高中物理 《法拉第電磁感應定律》教學設計 新人教版選修1-1.doc
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2019-2020年高中物理 《法拉第電磁感應定律》教學設計 新人教版選修1-1 一、設計思想 法拉第電磁感應定律是電磁學的核心內容。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,又是后面學習交流電、電磁振蕩和電磁波的基礎。它既是本章的教學重點,也是教學難點。 在學習本節(jié)內容之前,學生已經掌握了恒定電流、電磁感應現(xiàn)象和磁通量的相關知識,并且也知道了變化量和變化率的概念。學生已經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,只不過研究的側重點不同。因此,有條件的學??蓪⒈竟?jié)課的演示實驗改為學生分組實驗。另外,學生對物理學的研究方法已有較為深刻的認識,在自主學習、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定律的建立過程,設計中采用了讓學生自己設計方案,自己動手做實驗,思考討論,教師引導找出規(guī)律的方法,使學生能夠深刻理解法拉第電磁感應定律的建立過程。對于公式,讓學生自己根據(jù)法拉第電磁感應定律,動手推導,使學生深刻理解。 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,使學生更容易理解、、和E之間的聯(lián)系。 二、教學目標 ?。ㄒ唬┲R和能力目標 1.知道感應電動勢的概念,會區(qū)分Φ、ΔΦ、的物理意義。 2.理解法拉第電磁感應定律的內容和數(shù)學表達式,并能應用解答有關問題。 3.知道公式的推導過程及適用條件,并能應用解答有關問題。 4.通過學生對實驗的操作、觀察、分析,找出規(guī)律,培養(yǎng)學生的動手操作能力,觀察、分析、總結規(guī)律的能力。 ?。ǘ┻^程與方法目標 1.教師通過類比法引入感應電動勢,通過演示實驗,指導學生觀察分析,總結規(guī)律。 2.學生積極思考認真比較,理解感應電動勢的存在,通過觀察實驗現(xiàn)象的分析討論,總結影響感應電動勢大小的因素。 ?。ㄈ┣楦?、態(tài)度、價值觀目標 1.通過學生之間的討論、交流與協(xié)作探究,培養(yǎng)學生之間的團隊合作精神。 2.讓學生在探究過程中體驗解決問題的成功喜悅,增進學生學習物理的情感。 三、教學重點 法拉第電磁感應定律的建立過程以及對公式E=、的理解。 四、教學難點 對Φ、ΔΦ、物理意義的理解。 五、教學準備 準備實驗儀器:電流計、蹄形磁鐵、螺線管、鐵芯、學生電源、變阻器、開關、導線若干。(若為分組實驗,應準備若干組器材) 六、教學過程 ?。ㄒ唬┮胄抡n 教師和學生一起回顧第一節(jié)中的三個實驗。在這三個實驗中,閉合電路中都產生了感應電流,則電路中必須要有電源,電源提供了電動勢,從而產生電流。在電磁感應現(xiàn)象中產生的電動勢叫做感應電動勢。那么感應電動勢的大小跟哪些因素有關呢?本節(jié)課我們就來共同研究這個問題。 ?。ǘ┲v授新課 ?。?感應電動勢 電源能夠產生電動勢,那么在電磁感應現(xiàn)象中,產生感應電動勢的那部分導體就相當于電源。 學生思考討論:如下圖所示的三個實驗中,分別是哪部分相當于電源? 圖1 圖2 圖3 圖1中電源是導體棒AB,圖2中電源是螺線管B,圖3中電源也是螺線管B。 學生思考討論:產生感應電流的閉合電路斷開,還有沒有感應電動勢? 引導學生:電路斷開就相當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:可見,感應電動勢才是電磁感應現(xiàn)象的本質,電磁感應現(xiàn)象重要的是看感應電動勢的有無。 下面我們就來共同研究感應電動勢的大小跟哪些因素有關。 學生探究活動:如何通過上圖所示的三個實驗來研究影響感應電動勢的大小因素呢? 引導學生:對于閉合電路電阻是一定的,可以通過電流表指針偏轉的角度大小來確定電路中感應電流的大小,從而確定感應電動勢的大小。如何改變電路中電流的大小? 學生設計的可能方案如下: 1.如圖1所示電路,通過改變導體棒做切割磁感線運動的速度大小,來研究影響感應電動勢大小的因素。 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,來研究影響感應電動勢大小的因素。 安排學生分組實驗(為了節(jié)省時間,可將學生分為三大組,每一大組只做上述方案中的一個實驗,每一大組適當?shù)姆譃閹讉€小組。做完實驗后由各組長上報實驗結果,然后由教師在提煉總結)。 結論:1.感應電動勢的大小,與導體棒切割磁感線的速度大小有關。速度越大,產生的感應電動勢越大。 2.感應電動勢的大小,與條形磁鐵插入或拔出螺線管的速度大小有關,速度越大,產生的感應電動勢越大。 3.感應電動勢的大小,與滑動變阻器滑片移動的速度大小有關。速度越大,產生的感應電動勢越大。 學生思考討論:認真分析三個實驗及其結論,找出共同的規(guī)律。 引導學生:產生感應電流的條件是:穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化。對于圖1所示實驗,磁場的磁感應強度不變,通過導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,從而產生了感應電動勢。導體棒運動越快,則回路面積變化也越快,使得磁通量的變化越快,而電流表指針偏轉角度越大,說明感應電動勢的大小與磁通量的變化快慢有關。磁通量變化越快,感應電動勢越大。 讓學生自己分析另外兩個實驗,總結結論 共同規(guī)律:感應電動勢的大小與磁通量的變化快慢有關。 磁通量的變化快慢如何表示呢?(從數(shù)學角度定量的表示) 設時刻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,學生很難理解它們之間的關系的,教師可將Φ、ΔΦ、、E和υ、Δυ、、a類比起來,學生較容易接受。) ?。?法拉第電磁感應定律 1.內容:電路中感應電動勢的大小,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?請同學們證明1V=1Wb/s,則k=1(提示學生注意證明1V=1Wb/s,實際上是證明V=Wb/s,在證明的過程中注意導出單位是如何定義的,要把對應的公式聯(lián)系起來,這個證明對學生來說,難度較大,教師可根據(jù)情況適當提示)。 k=1,則可把上表達式寫成E=。 學生思考討論:上面討論的是閉合電路由單匝線圈構成的,設閉合電路是一個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電動勢是單匝線圈的n倍,即E=n。 ?。?導體棒切割磁感線的感應電動勢 學生思考討論:如圖所示把矩形線框abcd放在磁感應強度為B的勻強磁場里,線框平面跟磁感線垂直。設線框可動部分ab的長度是L,以速度υ向右運動,產生的感應電動勢怎么表示? 圖4 圖5 在Δt時間內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?(引導學生分析所設的物理過程的特殊性) 上述物理過程所設磁場為勻強磁場,另外不難看出,磁感應強度方向、導體棒放置的方向和導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。 學生思考討論:通常我們還會遇到如上圖5所示,導體棒垂直紙面放置,磁場豎直向下,導體棒運動方向與導體棒本身垂直,但與磁場方向有夾角θ。此時產生的感應電動勢又如何表示呢? 我們知道,只有在導體棒做切割磁感線運動時,才產生感應電動勢,若導體棒平行磁感線運動,則不能產生感應電動勢。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,不產生感應電動勢。前者切割磁感線,產生的感應電動勢為E=BLυ1=BLυsinθ。 可見,導體棒切割磁感線時產生的感應電動勢的大小,跟磁感應強度B、導線長度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 通過本節(jié)課的學習,同學們要掌握計算感應電動勢大小的方法,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)課要學習的內容。- 配套講稿:
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