1/5法拉第電磁感應(yīng)定律江西省宜春市第三中學(xué)劉楚核心素養(yǎng)通過(guò)《法拉第電磁感應(yīng)定律》的探究學(xué)習(xí)過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)不同事物進(jìn)行分析，找出共性與個(gè)性的辯證唯物主義思想。教學(xué)目標(biāo)1.能夠運(yùn)用法拉第電磁感應(yīng)定律定量計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小。2.經(jīng)歷由E＝ΔΦ/Δt推導(dǎo)E＝Blvsinθ的過(guò)程，加深學(xué)生對(duì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)物理本質(zhì)的理解。教學(xué)重點(diǎn)理解并能應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)定律教學(xué)難點(diǎn)E＝Blv與E＝ΔΦ/Δt的區(qū)別與聯(lián)系項(xiàng)目要求探究感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小設(shè)置意圖法拉第電磁感應(yīng)定律是電磁學(xué)的核心內(nèi)容。前面幾節(jié)是從感應(yīng)電流的角度來(lái)認(rèn)識(shí)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的，這節(jié)課以感應(yīng)電流為引子，在此進(jìn)一步深入到感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)來(lái)理解電磁感應(yīng)現(xiàn)象，所以，在引課時(shí)通過(guò)一個(gè)例題引入，從而讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到有電流就得有電動(dòng)勢(shì)，從而引入感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的概念，然后采用讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)方案，自己動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，思考討論，教師引導(dǎo)找出規(guī)律的方法，使學(xué)生能夠深刻理解法拉第電磁感應(yīng)定律的建立過(guò)程。對(duì)于公式E＝Blvsinθ，讓學(xué)生自己根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，動(dòng)手推導(dǎo)，使學(xué)生深刻理解。教學(xué)過(guò)程（項(xiàng)目實(shí)施——交流展示——評(píng)價(jià)激勵(lì)）教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)項(xiàng)目準(zhǔn)備：閱讀教材，完成填空。課前：登陸優(yōu)教平臺(tái)，發(fā)送預(yù)習(xí)任務(wù)。根據(jù)優(yōu)教平臺(tái)上學(xué)生反饋的預(yù)習(xí)情況，發(fā)現(xiàn)薄弱點(diǎn)，針對(duì)性教學(xué)。（優(yōu)教提示：請(qǐng)登陸優(yōu)教平臺(tái)，發(fā)送本節(jié)預(yù)習(xí)任務(wù)）自主完成1．感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在_______________中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)叫做感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的那部分導(dǎo)體相當(dāng)于電源。若電路閉合，電路中有感應(yīng)電流；若電路不閉合，沒(méi)有感應(yīng)電流，但_______必然存在。2.法拉第電磁感應(yīng)定律(1)內(nèi)容：電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，跟穿過(guò)這一回路的________________成正比，這就是法拉第電磁感應(yīng)定律。若產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的電路是一個(gè)有n匝的線圈，則穿過(guò)每匝線圈的磁通量變化率都相同。(2)公式：?jiǎn)卧眩珽＝_____；n匝，E＝_______。3．導(dǎo)體切割磁感線時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(1)垂直切割：直導(dǎo)線在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做切割磁感線的運(yùn)動(dòng)時(shí)，如果運(yùn)動(dòng)方向與磁感線垂直，那么導(dǎo)線中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與______________三者都成正比．用公式表示為E＝______。(2)非垂直切割：如果導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)方向與導(dǎo)線本身是垂直的，但與磁感線方向有一夾角θ，我們可以把速度分解為兩個(gè)分量，垂直于磁感線的分量v1＝vsinθ，另一個(gè)平行于磁感線的分量不切割磁感線，對(duì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)沒(méi)有貢獻(xiàn)。所以這種情況下的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E＝_________。4．反電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，線圈中也會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)總要削弱電源電動(dòng)勢(shì)的作用，我們就把感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)稱為_(kāi)________；其作用是阻礙線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)。指導(dǎo)調(diào)控：1．a(chǎn)、b兩圖中若電路是閉合的，有沒(méi)有電流？b圖中有電流時(shí)哪部分相當(dāng)于電源？（優(yōu)教提示：請(qǐng)打開(kāi)素材“\o"動(dòng)畫(huà)演示：不同參照物下運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性"動(dòng)畫(huà)演示：大小螺線管”）2．線圈既然是電源，就一定有電動(dòng)勢(shì)，同時(shí)線圈的電阻即為電源的內(nèi)阻。圖b中，若電路不閉合，當(dāng)條形磁鐵插入或拔出時(shí)，有無(wú)電流？有無(wú)電動(dòng)勢(shì)？在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，不論電路是否閉合，只要穿過(guò)電路的磁通量發(fā)生變化，電路中就有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是電磁感應(yīng)現(xiàn)象的本質(zhì)。（優(yōu)教提示：請(qǐng)打開(kāi)素材“\o"動(dòng)畫(huà)演示：不同參照物下運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性"動(dòng)畫(huà)演示：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)”）感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小跟哪些因素有關(guān)呢？3．請(qǐng)同學(xué)們對(duì)影響感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小的因素進(jìn)行猜想。4．利用圖b裝置如何進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究①如何比較感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小？②如何控制磁通量變化量的大小和快慢？5．請(qǐng)同學(xué)們利用手中器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)6．請(qǐng)同學(xué)們交流實(shí)驗(yàn)結(jié)果7．推導(dǎo)法拉第電磁感應(yīng)定律表達(dá)式：①設(shè)t1時(shí)刻穿過(guò)回路的磁通量為Φ1，t2時(shí)刻穿過(guò)回路的磁通量為Φ2，在時(shí)間Δt=t2-t1內(nèi)磁通量的變化量為多少？磁通量的變化率為多少？感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式如何表示？②在國(guó)際單位制中，電動(dòng)勢(shì)單位是伏（V），磁通量單位是韋伯（Wb），時(shí)間單位是秒（s），可以證明式中比例系數(shù)k=1，（同學(xué)們可以課下自己證明），則上式可寫(xiě)成？③設(shè)閉合電路是一個(gè)n匝線圈，且穿過(guò)每匝線圈的磁通量變化率都相同，這時(shí)相當(dāng)于n個(gè)單匝線圈串聯(lián)而成，因此感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)變?yōu)椋?．磁通量Φ、磁通量的變化量ΔΦ、磁通量的變化率ΔΦ/Δt有何不同？9.例題：如圖所示電路，閉合電路一部分導(dǎo)體ab處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，ab的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，以速度v勻速切割磁感線，求：①產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)？②當(dāng)導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)方向跟磁感線方向有一個(gè)夾角θ，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可用上面的公式計(jì)算嗎？10.反電動(dòng)勢(shì)①引導(dǎo)學(xué)生討論教材圖4.4-3中，電動(dòng)機(jī)線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。這個(gè)電動(dòng)勢(shì)是加強(qiáng)了電源產(chǎn)生的電流，還是削弱了電源的電流？是有利于線圈轉(zhuǎn)動(dòng)還是阻礙線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)？電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)削弱了電源的電流，這個(gè)電動(dòng)勢(shì)稱為反電動(dòng)勢(shì)。反電動(dòng)勢(shì)的作用是阻礙線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣，線圈要維持原來(lái)的轉(zhuǎn)動(dòng)就必須向電動(dòng)機(jī)提供電能，電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能。②討論：如果電動(dòng)機(jī)因機(jī)械阻力過(guò)大而停止轉(zhuǎn)動(dòng)，會(huì)發(fā)生什么情況？這時(shí)應(yīng)采取什么措施？拓展提升磁通量變化的快慢用磁通量的變化率來(lái)描述，即單位時(shí)間內(nèi)磁通量的變化量，用公式表示為ΔΦ/Δt。可以發(fā)現(xiàn)，ΔΦ/Δt越大，E感越大，即感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小完全由磁通量的變化率決定。精確的實(shí)驗(yàn)表明：電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，跟穿過(guò)這一電路磁通量的變化率成正比，即E∝ΔΦ/Δt。這就是法拉第電磁感應(yīng)定律。E=nΔΦ/Δt與E=BLvsinθ的區(qū)別與聯(lián)系：①研究對(duì)象不同：E=nΔΦ/Δt的研究對(duì)象是一個(gè)回路，而E=BLvsinθ研究對(duì)象是磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的一段導(dǎo)體。②物理意義不同：E=nΔΦ/Δt求得是Δt時(shí)間內(nèi)的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)Δt→0時(shí)，則E為瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；而E=BLvsinθ，如果v是某時(shí)刻的瞬時(shí)速度，則E也是該時(shí)刻的瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；若v為平均速度，則E為平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。③E=nΔΦ/Δt求得的電動(dòng)勢(shì)是整個(gè)回路的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，而不是回路中某部分導(dǎo)體的電動(dòng)勢(shì)。整個(gè)回路的電動(dòng)勢(shì)為零，其回路中某段導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不一定為零。④E=BLvsinθ和E=nΔΦ/Δt本質(zhì)上是統(tǒng)一的。前者是后者的一種特殊情況。但是，當(dāng)導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，用E＝BLvsinθ求E比較方便；當(dāng)穿過(guò)電路的磁通量發(fā)生變化，用E=ΔΦ/Δt求E比較方便。小組合作探究一：電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的本質(zhì)1．a(chǎn)圖中有電流。b圖中條形磁鐵插入或拔出時(shí)，有電流，線圈相當(dāng)于電源。2．類比a、b兩圖回答：無(wú)電流，有電動(dòng)勢(shì)。探究二：探究影響感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小的因素3．猜想：①與磁通量變化的大小有關(guān)；②與磁通量變化的快慢有關(guān)。4．①答：用電流表代替電阻，在閉合電路電阻一定時(shí)，由閉合電路歐姆定律可知，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大，感應(yīng)電流就越大，可用電流表示數(shù)表示感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小。②答：當(dāng)同一條形磁鐵從線圈上某位置開(kāi)始插入到另一位置，只要初、末位置相同，磁通量的變化量就相同。插入越快，磁通量變化就越快。5．兩同學(xué)合作進(jìn)行實(shí)驗(yàn)6．交流實(shí)驗(yàn)結(jié)果：磁通量的變化量相同，插入越快，電流表示數(shù)越大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大。說(shuō)明：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與磁通量的變化量的大小無(wú)關(guān)，與磁通量變化的快慢有關(guān)。結(jié)論：磁通量變化越快，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大。探究三：法拉第電磁感應(yīng)定律表達(dá)式7.推導(dǎo)：①在時(shí)間Δt=t2-t1內(nèi)磁通量的變化量為ΔΦ=Φ2-Φ1，磁通量的變化率為ΔΦ/Δt，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E，則E=kΔΦ/Δt；②E=ΔΦ/Δt；③E=nΔΦ/Δt。8.①磁通量Φ是穿過(guò)某一面積的磁感線的條數(shù)；磁通量的變化量ΔΦ=Φ2-Φ1表示磁通量變化的多少，并不涉及這種變化所經(jīng)歷的時(shí)間；磁通量的變化率ΔΦ/Δt表示磁通量變化的快慢。②當(dāng)磁通量很大時(shí)，磁通量的變化量ΔΦ可能很小。同理，當(dāng)磁通量的變化量ΔΦ很大時(shí)，若經(jīng)歷的時(shí)間很長(zhǎng)，則磁通量的變化率也可能較小。③磁通量Φ和磁通量的變化量ΔΦ的單位是Wb，磁通量變化率的單位是Wb/s。④磁通量的變化量ΔΦ與電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小沒(méi)有必然關(guān)系，穿過(guò)電路的ΔΦ≠0是電路中存在感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的前提；而磁通量的變化率與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小相聯(lián)系，ΔΦ/Δt越大，電路中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大，反之亦然。⑤磁通量的變化率ΔΦ/Δt，是Φ-t圖象上某點(diǎn)切線的斜率。探究四：導(dǎo)線切割磁感線時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)9.①解析：設(shè)在Δt時(shí)間內(nèi)導(dǎo)體棒由原來(lái)的位置運(yùn)動(dòng)到a1b1，這時(shí)線框面積的變化量為ΔS=LvΔt穿過(guò)閉合電路磁通量的變化量為ΔΦ=BΔS=BLvΔt據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，得E=ΔΦ/Δt=BLv。②解析：可以把速度v分解為兩個(gè)分量：垂直于磁感線的分量v1=vsinθ和平行于磁感線的分量v2=vcosθ。后者不切割磁感線，不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。前者切割磁感線，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E=BLv1=BLvsinθ。10.①電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)削弱了電源的電流，阻礙線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)。②電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)就沒(méi)有了反電動(dòng)勢(shì)，線圈電阻一般都很小，線圈中電流會(huì)很大，電動(dòng)機(jī)可能會(huì)燒毀。這時(shí)，應(yīng)立即切斷電源，進(jìn)行檢查。交流展示1.只要穿過(guò)電路的磁通量發(fā)生變化，電路中就有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是電磁感應(yīng)現(xiàn)象的本質(zhì)。2.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與磁通量的變化量的大小無(wú)關(guān)，與磁通量變化的快慢有關(guān)。3.法拉第電磁感應(yīng)定律表達(dá)式E=ΔΦ/Δt、E=nΔΦ/Δt。導(dǎo)線切割磁感線時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=BLvsinθ。鞏固練習(xí)（優(yōu)教提示：打開(kāi)優(yōu)教配套習(xí)題，使用互動(dòng)答題卡，更快更便捷地掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況）1.一個(gè)200匝、面積為20cm2的線圈放在磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)的方向與線圈平面成30°角，若磁感應(yīng)強(qiáng)度在0.05s內(nèi)由0.1T增加到0.5T，在此過(guò)程中磁通量變化了多少？磁通量的平均變化率是多少？線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小是多少伏？2.一個(gè)面積S＝4×10-2m2、匝數(shù)n＝100匝的線圈放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于線圈平面，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t變化的規(guī)律如圖所示，則下列判斷正確的是()A．在開(kāi)始的2s內(nèi)穿過(guò)線圈的磁通量的變化率等于－0.08Wb/sB．在開(kāi)始的2s內(nèi)穿過(guò)線圈的磁通量的變化量等于零C．在開(kāi)始的2s內(nèi)線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為－0.08VD．在第3s末線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于零3.如圖所示，導(dǎo)體棒ab長(zhǎng)L，沿傾角為α的斜導(dǎo)軌以速度v下滑，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。求：(1)若磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向垂直于斜導(dǎo)軌向上，導(dǎo)體棒ab中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為多大？(2)若磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向豎直向上，導(dǎo)體棒ab中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為多大？4.如圖所示，豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，將一水平放置的金屬棒ab以水平速度v0拋出，設(shè)整個(gè)過(guò)程中，棒的取向不變，不計(jì)空氣阻力，則金屬棒運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小變化情況應(yīng)是()A．越來(lái)越大B．越來(lái)越小C．保持不變D．無(wú)法判定5.如圖所示，邊長(zhǎng)為a的正方形閉合線框ABCD在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞AB邊勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，開(kāi)始時(shí)線框所在平面與磁感線垂直，經(jīng)過(guò)t時(shí)間后轉(zhuǎn)過(guò)120°角，求：(1)線框內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在t時(shí)間內(nèi)的平均值；(2)線框轉(zhuǎn)過(guò)120°角時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值；(3)設(shè)線框電阻為R，則這一過(guò)程中通過(guò)線框截面的電荷量為多少？作業(yè)布置1.教材“問(wèn)題與練習(xí)”1至7題；2.完成項(xiàng)目紙。板書(shū)設(shè)計(jì)第四節(jié)：法拉第電磁感應(yīng)定律項(xiàng)目：探究感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小一、探究影響感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小的因素：方法：控制變量法結(jié)論：磁通量變化越快，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大二、法拉第電磁感應(yīng)定律內(nèi)容：閉合電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，跟穿過(guò)這一電路的磁通量的變化率成正比。公式：E=ΔΦ/Δt對(duì)n匝線圈E=nΔΦ/Δt三、導(dǎo)