《电磁感应定律》教学设计案例

摘要：根据现代教学理论所提倡的自主、合作、探究的学习方式，新课标理念“从生活走向物理，从物理走向社会”，本文对大学物理课程《电磁感应定律》一节进行了较详细的设计。

关键词：大学物理课程 电磁感应定律 教学设计

中图分类号：G633.7 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1672-8181.2013.19.126

进入新世纪以后，我国高等教育事业迅速发展，大学物理课程的教学理念、内容、方法等都要适应教育改革的新形式。物理教师的任务就是探索如何在新形势下，教好大学物理这门课，以适应21世纪对高素质人才的科学素质的需要[1]。教师在教学实践过程中应不断学习，拓宽自己的知识面，精心设计探究性课题，确立学生的主体地位，通过多样化的教学方式，增强学生独立思考能力，主动获取知识、应用知识、解决实际问题[2]。教学设计是指教师依据教育教学理论、教学艺术原理，为了达到某阶段教学目标，根据学生的认知结构，对教学目标、教学内容、教学组织形式、教学方法和需要使用的教学手段进行的策划[3]。下面以《电磁感应定律》一节为例，谈谈笔者在这方面的做法。

1 教学任务分析

教材依据：《物理学》（高等教育出版社，马文蔚，第五版）。

教学内容：第八章第一节《电磁感应定律》。

教学对象：本科学生。

教学时间：45分钟。

本课题是大学物理中电磁感应部分的一个重要内容，是学习后续内容的前提和基础，也是统领第八章的纲要。

2 学情分析

学生已学习了《静电场》与《稳恒磁场》的内容，为本节课的学习奠定了理论基础。中学楞次定律的学习，便于学生理解电磁感应定律数学表达式中“-”的具体物理意义。

3 教学目标

知识目标：理解产生电磁感应现象的条件；掌握电磁感应定律的内容；了解电磁感应定律的应用。

能力目标：增强学生探究的兴趣，培养学生严谨的物理思维方法，提高学生运用电磁感应定律分析问题解决实际问题的能力。

情感目标：通过三峡水电站的介绍，增强学生们的民族自信心和自豪感。

4 教学重难点分析

重点：电磁感应定律内容的理解。

难点：电磁感应定律的应用。

5 教学内容及设计

5.1 引入新课

由诗词《水调歌头·游泳》诗句“截断巫山云雨，高峡出平湖”引入，图片展示三峡水电站，提出问题：为什么水轮发电机定子直径如此大，而工业用电都是交流电，发电机到底如何发电？

设计意图：创设情境，提问引导学生思考，激发学生学习本次课的兴趣，增强学生们的民族自信心和自豪感。

5.2 新课教学

5.2.1 引言

1820年奥斯特发现电流磁效应；

1831年8月，法拉第通过一系列的实验发现了“磁生电”现象；

1831年11月24日，法拉第向皇家学会提交的一个报告中，把这种现象定名为“电磁感应现象”，并概括了可以产生感应电流的五种类型：变化着的电流、变化着的磁场、运动的稳恒电流、运动的磁铁、在磁场中运动的导体。

设计意图：通过物理学史，介绍科学家探索磁生电的过程，使学生体会科学发现的不易，进入本节课教学。并设疑：在现在我们看来，法拉第总结的这五种类型都是引起了某一个物理量的变化，具体是哪个物理量呢？下面就来研究一下电磁感应现象，探究一下磁生电的条件。

5.2.2 电磁感应现象

实验演示和Flash展示磁生电的实验，学生观察实验现象，采用启发式的教学方式，引导学生分析演示实验，加强师生之间的互动交流，探究并讨论产生感应电流的条件。

【实验一】条形磁铁插入、拔出线圈（实验演示）。

实验一

提问：电流计指针是否偏转，偏转方向如何？快速慢速移动条形磁铁，电流计偏转幅度差异？

答：电流计指针有偏转，说明线圈回路产生了电流，虽然线圈回路面积S没变，但穿过线圈回路的磁场的磁感强度B发生了变化，即S不变，B变；电流计偏转方向不同，说明电流流向与磁场变大变小有关；快速移动条形磁铁幅度大，慢速幅度小，说明电流大小与磁场变化率有关。

引导：是不是磁场不变，就不会产生电流呢？

【实验二】处于U形磁铁磁场中的导体棒移动（实验演示）。

实验二

提问：磁场发生变化没有？是什么原因在导体棒回路里产生了电流？

答：U形磁铁产生的是恒定磁场，磁场没变，但处于磁场中的导体回路的面积发生了变化也会产生电，即S变，B不变。

引导：是不是磁场不变，回路面积不变，就不会产生电了呢？

【实验三】处于恒定磁场中的矩形线圈转动（Flash展示）。

实验三

分析：磁场不变，处于磁场中的线圈回路面积没变，但发现白炽灯在线圈转动时时亮时灭，说明有电流产生，此时磁场方向与面积方向的夹角发生变化，即B、S都不变，B、S夹角变。

引导：处于磁场中的导体回路B、S、中任何一个物理量发生变化都会在导体回路中产生电流？那B、S、所确定的物理量是什么呢？

结论：通过一个闭合回路所包围的面积的磁通量发生变化时，不管这种变化是由什么原因引起的，回路中就有电流产生，这种现象称为电磁感应现象。回路中的电流叫做感应电流，回路中的电动势叫做感应电动势。

承上启下：电磁感应现象的本质是产生了感应电动势，那感应电动势的大小方向如何？

5.2.3 法拉第电磁感应定律

从前面演示实验启发学生思考：感应电动势与磁通量的变化的关系，同时引出电磁感应定律的内容。本节课的重点是电磁感应定律，予于详细阐述。

5.2.3.1 内容

当穿过回路所包围面积的磁通量发生变化时，回路中产生的感应电动势与穿过回路的磁通量对时间变化率的负值成正比。

此公式不仅给出了感应电动势大小计算还可以用来计算感应电动势的方向。

①感应电动势大小：磁通量对时间变化率的绝对值。

②感应电动势方向：设回路的绕行方向，按右手螺旋法则定出回路所包围面积的正法线方向；根据磁通量的定义确定其正负；将磁通量代入电磁感应定律的数学表达式，计算电动势的数值。若电动势是正值，电动势方向与绕行方向相同，负值则相反。

引入中学知识楞次定律，加深对公式中“-”物理意义的理解。举例说明感应电动势方向的判断方法。

5.2.3.2 讨论

拓展讨论，多匝线圈的感应电动势，闭合回路感应电流、感应电荷的计算。引导学生根据所学知识解决新问题。

①若回路由N匝线圈串联

②感应电流

③感应电荷

5.2.3.3 例题讨论：交流发电机原理

通过例题，Flash展示交流发电机原理，利用法拉第电磁感应定律解释课前提出的三峡水电站的相关问题。

5.2.4 应用

理论联系实际，采用图片、动画、视频展示应用实例：动圈式话筒、金属探测器、电磁炉和感应淬火，开阔学生视野和知识面，从而突破难点。

5.3 小结

主要结论多媒体显示，概括归纳，使知识系统化，便于学生理解和记忆。

5.4 谈论与拓展

直观实例，提问思考问题：信鸽如何实现导航，拓展培养学生查阅相关资料，学以致用的能力。

5.5 作业

布置作业使学生对本节所学知识点的学习得到巩固与加强。

6 教学总结

通过对大物理教材和高中物理课程教材的分析，本节课的设计使得教学内容紧密联系实际。教师一方面采用传统实验演示，一方面充分利用各种现代教学技术手段，全面整合文本形式、动画、图片以及视频等各类型教学资源，引导学生进行分析推导，发挥学生的主观能动性，培养了学生分析能力和利用所学知识解决实际问题的能力。通过对电磁感应在实际工程中的应用的介绍，锻炼了学生发散性思维能力。

注：此为作者在长江大学第五届青年教师讲课比赛获一等奖的教案设计。

参考文献：

[1]马文蔚.物理学（第五版）上册[M].高等教育出版社，2010：296-300.

[2]张晴.劈尖干涉教学设计案例[J].教学探索与实践杂志，2010，（12）：128-130.

[3]朱美健，张军朋.谈物理课堂教学设计[J].物理教学探讨，2007，（8）：7-9.

作者简介：黄海（1980-），男，湖北荆州人，硕士，讲师，主要从事大学物理教学工作，长江大学物理科学与技术学院，湖北荆州 424023

杨长铭，副教授，长江大学物理科学与技术学院，湖北荆州 424023

田永红，教授，长江大学物理科学与技术学院，湖北荆州 424023

程庆华，教授，长江大学物理科学与技术学院，湖北荆州 424023