• 《法拉第电磁感应定律》

  • 课程老师:曹东
  • 老师单位:江苏省怀仁中学
  • 课程分类:高中 / 物理
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    【教材依据】人教版,选修3-2 第四章第四节法拉第电磁感应定律

    【教学设计思路】

    《法拉第电磁感应定律》是一节规律教学课。一般说来,物理规律教学过程包含以下四个方面:(1)创设便于发现问题、探索规律的物理环境。(2)带领学生在物理环境中按照物理的研究方法来探索物理规律。(3)引导学生对规律进行讨论。(4)引导组织学生运用物理规律。这一逐步推进的教学思想,与学习进阶理论不谋而合。

    本节课基于学习进阶理论和物理规律教学思想而设计。主要从以下几方面设计:

    1)探索物理规律为主线

     

    2)教学重点:法拉第电磁感应定律。突破方法:学生活动体验:学生探究实验《比一比看谁得到的感应电动势最大》和定量DIS探究感应电动势与磁通量变化率的关系。规律总结与应用:B-t图像的应用,导体切割磁感线的感应电动势,发电机的基本原理

    3)教学难点:磁通量变化率的理解。突破方法:学生探究实验《比一比看谁得到的感应电动势最大》得出结论:磁感应强度、匝数、面积、运动的快慢影响感应电动势的大小。在此基础上引导学生进一步分析,讨论理解:磁通量,磁通量的变化量,磁通量的变化率。

    4)突出法拉第电磁感应定律发现的意义:让发电机和电动机的广泛应用成为现实,推动技术变革和社会经济的进步。

     

    【学情分析】

    奥苏伯尔指出:“影响学习的唯一最重要的因素,就是学习者已经知道了什么。要探明这一点,并应据此教学”。做到这一点,教学设计才有针对性。本节课学生的学情分析具体如下:

    (1)学生通过《恒定电流》的知识学习,已经懂得了基本的电路知识,理解了电动势的概念,可以较为顺利的学习感应电动势的概念。

    (2)学生通过《加速度》的概念学习,对变化率这一概念有了认识,但变化率的深刻理解对学生的学习还是存在障碍。为此本节教学中,磁通量变化率这一概念比较抽象,学生学习起来比较困难,虽有以前的认识,但是还需通过类比的方法强化,应用法拉第电磁感应定律解决问题来强化,帮助学生理解这一概念。

    (3)学生通过前面三节内容的学习对电磁感应现象有了一定的认识,对法拉第电磁感应定律的学习有帮助。

    【教学目标】

    “核心素养”不是直接由教师教出来的,而是在问题情境中借助问题解决的实践培育起来

    1物理观念

    1)电磁感应现象中产生的电动势叫做感应电动势

    2)法拉第电磁感应定律:闭合电路中的感应电动势的大小,跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比

    2科学思维

    1)归纳法:通过实验归纳出感应电动势的大小与哪些因素有关

    2)演绎法:通过对公式E=nΔφ/Δt的理解,引导学生推导出E=nBLv,应用法拉第电磁感应定律解决实际问题。

    (3)类比法:通过加速度中速度变化率的概念理解磁通量变化率的概念

    4)分析与综合思维:电动机模型的分析涉及安培力和反电动势,左手定则和右手定则。

    3科学探究

    1)通过比一比谁得到的感应电动势最大,探究感应电动势的大小与什么有关?

    2)定量实验探究感应电动势大小与磁通量变化率的关系

    4科学态度与责任

    通过本节课的学习,学生理解了法拉第电磁感应定律,更重要的是对现实生活中发电机和电动机的基本原理的了解,从而感受到了法拉第电磁感应定律发现的重要意义。

    【教学准备】

    1、普通手电筒和手摇手电筒各一个

    2、自制实验装置10个,灵敏电流计20

    3、朗威法拉第电磁感应实验器1

    4、自制电动机一个

    【教学过程】

    新课引入:

    (1)打开家用手电筒的开关,灯发光。

    (2)打开手摇手电筒的开关,灯不发光,摇一摇,灯发光。为什么?

    问题1:画出两种手电筒的原理图,分析为什么摇摇后,手摇手电筒会发光?

    问题2:图2中有电源吗?是谁?

    问题3:该电动势是由于电磁感应现象而产生的,名叫感应电动势。对于电动势,我们研究它的什么?

    问题4:如何让手摇手电筒更亮呢?感应电动势的大小与哪些因素有关呢?

     

    【问题1】感应电动势的大小与哪些因素有关?

    动手做一做:比一比看谁得到的感应电动势最大?

    问题1:如何比较感应电动势的大小?

    问题2:你的实验方法是什么?

    学生实验探究

    问题3:你们的最大电动势是怎么得到的?总结归纳:感应电动势的大小与哪些因素有关?

    问题4:感应电动势的大小由什么决定?理解磁通量,磁通量的变化,磁通量的变化率

    问题5:请你尝试写出感应电动势的表达式?

     

     

     

     

    【问题2】如何设计定量实验验证感应电动势的公式是否正确?

    通过实验我们定性的得到了感应电动势的表达式,但是规律的获得最终要经得起定量实验的研究,下面我们设计实验定量验证这个公式是否正确?

    问题1:用实验验证感应电动势的表达式,需要测量哪些量?怎么测量?

    问题2:图中B-t图象的斜率不变时,感应电动的大小变化吗?

    问题3B-t图像按锯齿形变化时,我们测量5组数据,如何寻找感应电动势与磁感应强度的变化率的定量关系?

     

     

     

    问题3】一个圆形线圈,共有n=10匝,其总电阻r=4.0。线圈与阻值R0=16的外电阻连成闭合回路,如左图所示.线圈内部存在着一个边长l=0.20m的正方形区域,其中有分布均匀但强弱随时间变化的磁场,右图显示了一个周期内磁场的变化情况,周期T=1.0×10-2s,磁场方向以垂直线圈平面向外为正方向.求:t=时刻,电阻R0上的电流大小和方向。


     

     

     

     

     

     

     

    问题4】如图,放置在水平面内的平行金属框架宽为L,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的匀强磁场中,阻力忽略不计,当在水平向右的力F作用下以v的速度向右匀速运动时,求:回路中的感应电动势的大小?

     

     

     

     

     


     

    问题5】手摇手电筒的简化原理如图甲所示.手电筒内的线圈固定,手电桶内置圆柱形磁体相对线圈沿竖直方向运动,上下运动的速度大小为v磁体始终形成辐射磁场该线圈与阻值R的灯泡相连;图乙是手电筒的截面图。线圈匝数N匝,线圈所在处磁场的磁感应强度大小B,线圈直径D,电阻r估算线圈中产生感应电动势的大小和感应电流的大小。

     

     

     

     

     

     

     

    问题6】如图所示,单匝矩形线圈在匀强磁场中绕OO’轴转动时,线圈中有感应电流。边长AB=L1,边长AD=L2,转动的角速度为,磁场的磁感应强度为B。试证明:在图示位置时,线圈中的感应电动势为,式中S=L1L2,为线圈的面积。

     

     

     

     

    问题7】摇绳发电能点亮灯泡吗?如果让你计算一下摇动多长的导线,可以点亮小灯泡?你需要哪些数据?用什么公式来算?

     

     

     

     

     

     

    【课后作业】

    1.上网查阅资料,了解法拉第的相关资料,感受法拉第电磁感应定律的发现历程。

    2.我们学习了发电机的原理,有了电我们如何用呢?通过电动机把电能转化为机械能。展示电动机的原理图,自制电动机。用下面的器材你能做一个电动机吗?

    器材:干电池一节,金属丝一根,磁铁一块。

    3.阅读课本,了解反电动势的概念。

    【拓展练习】电动机如图所示,将圆柱形强磁铁吸在干电池负极,金属导线折成上端有一支点、下端开口的导线框,使导线框的顶端支点和底端分别与电源正极和磁铁都接触良好但不固定,这样整个线框就可以绕电池轴心旋转起来.下列判断中正确的是

    A.线框能旋转起来,是因为电磁感应

    B.俯视观察,线框沿逆时针方向旋转

    C.电池输出的电功率大于线框旋转的机械功率

    D.旋转达到稳定时,线框中电流比刚开始转动时的大

     

    总结及板书:

         4.4法拉第电磁感应定律

    一、感应电动势

    二、法拉第电磁感应定律

    (1)(楞次定律)

    (2)(右手定则)

    三、应用:发电机,电动机

     

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