《法拉第电磁感应定律》教学案例

【摘 要】教科书在“法拉第电磁感应定律”得出这个问题上的处理并没有通过实验探究，而是以陈述事实的方式引入。本人觉得逻辑上跳跃太大，学生接受起来太突然。因此采用定性实验探究和理论探究相结合的办法突破这一逻辑上的难关，取得了良好的效果。

【关键词】法拉第电磁感应定律；教学案例

一、案例背景

本节选自人教版高中物理选修3―2第四章第四节《法拉第电磁感应定律》第一课时，重点是推导电磁感应定律。前面几节的内容是从感应电流的角度来认识电磁感应现象的。本节是从感应电流进一步深入到感应电动势来理解的，即研究“决定感应电动势大小的因素”。教科书在这个问题上的处理并没有通过实验探究，而是以陈述事实的方式，引入法拉第电磁感应定律，即教科书用“纽曼、韦伯在对理论和实验资料进行严格分析后，于1845年和1846年先后指出：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，后人称之为法拉第电磁感应定律”。虽然编者有自己的理由，我觉得逻辑上跳跃太大，学生接受起来太突然。新课程强调教材是一种教学资源，为此，采用定性实验探究和理论探究相结合的办法突破这一逻辑上的难关，取得了良好的效果。

二、新课教学过程

（1）活动一：分析实验1.导体棒切割磁感线时感应电动势的形成机理。

问题引导：

1.既然导体棒AB相当于电源，当它与灵敏电流计断开匀速切割时也还是电源，它向右匀速运动时，棒内的自由电荷（为了方便认为自由电荷为正电荷）随着向右运动，会受到什么作用？（洛仑兹力）；自由电荷相对于纸面的运动大致沿什么方向？（右上方）；以导体棒AB为参考系，自由电荷向哪个方向运动？（向上）。

2.导体棒一直运动下去，自由电荷是否总会沿着导体棒运动？为什么？

答：不会。当第一个正电荷在洛伦兹力作用下沿棒向上运动就聚集在B端。第二个正电荷向上运动时除受洛伦兹力外还受一个向下的电场力，由于洛伦兹力大，第二个正电荷又聚集在B端，相应A端出现2个等量的负电荷，直到第N个正电荷受力平衡。设B、A两端电势差为E，则对第N个正电荷有：BqV=Eq/L，得出E=BLV，B、A两端电势差便是感应电动势E。

3.导体棒AB哪端电势高？

答：根据右手定则知，B端电势高。

4.如果把AB导体棒与灵敏电流计连成回路，B、A两端的电势差还会保持吗？（设导体棒电阻为零）

答：当AB导体棒与灵敏电流计连成回路时，就有感应电流，有正电荷从B端流出。由于B端少了正电荷，相应A端也会少等量的负电荷。棒内正电荷在洛伦兹力的作用下继续聚集在B端，这样从B端流出多少就补充多少。从外部看，B、A两端始终保持一个恒定的电势差，当导体棒电阻为零时，此电势差等于感应电动势。

小结：导体棒切割磁感线时感应电动势E=BLV。

（2）活动二：分析实验2.探索影响感应电动势大小的因素。

问题引导：

1.根据实验2猜想影响感应电动势大小的因素？

学生猜想1：可能与磁铁插入螺旋管的深度有关；

学生猜想2：可能与磁铁运动的快慢有关：

学生猜想3：可能与磁场强弱有关。如一根磁铁插入与两根磁铁插入时，感应电动势可能不一样。

2.上述猜想分别是哪些物理量发生变化？

猜想1：深度不同反映出磁通量的变化量ΔΦ不同；

猜想2：快慢不同反映出磁通量变化的快慢，用单位时间内磁通量的变化量表示，即磁通量的变化率ΔΦ/Δt；

猜想3：磁场的强弱引起磁通量变化。

3.感应电动势的大小到底跟ΔΦ和ΔΦ/Δt哪个有关？

答：应该与ΔΦ/Δt有关。因为从某个位置开始把磁铁插入螺旋管，初、末位置不变，无论磁铁快速插入还是慢点插入，穿过螺旋管的磁通量的变化量ΔΦ不变，而磁铁运动快慢不同，指针摆动幅度不同，说明感应电动势应该与ΔΦ/Δt有关，与ΔΦ无关。

4.演示实验2，观察到的实验现象？得到什么结论？

实验现象：磁铁插入快，指针摆动幅度大；插入慢，指针摆动幅度小。

分析现象，得出结论：

ΔΦ/Δt大，E感大；ΔΦ/Δt小E感小。

5.理论探究：E感与ΔΦ/Δt的定量关系。

猜想：（1）E感∝ΔΦ/Δt （2）E感∝（ΔΦ/Δt）2 （3）E感∝（ΔΦ/Δt）3……

验证：我们从最简单的开始验证。假设E感∝ΔΦ/Δt，如何验证？

小组讨论，寻找验证方法：

若E感∝ΔΦ/Δt则E感=kΔΦ/Δt，应用到实验1中应该推出E=BLV。

证明过程：

导体棒AB经时间Δt，运动到一位置，由E感=kΔΦ/Δt得

E感=KBΔS/Δt=KBLVΔt/Δt=kBLV

k=1时，E=BLV，故猜想E感∝ΔΦ/Δt正确。

三、案例反思

1.大胆处理教材，使逻辑结构更严密。

新课程提倡自主、合作、探究的教学方式和学习方式。我觉得法拉第电磁感应定律的推导可以采用定性实验探究和理论探究相结合的办法，一是使教材的逻辑结构更严密；二是符合新课标精神。

2.相信学生会创造惊喜。

在组织学生讨论“如何验证E感∝ΔΦ/Δt”时，有的学生设计了巧妙的实验：利用上面实验2，换磁性强的小个磁铁，从相同高度自由下落到螺线管中，设磁通量变化率ΔΦ/Δt。再用两个、三个、四个相同的磁铁，则变为2ΔΦ/Δt、3ΔΦ/Δt、4ΔΦ/Δt.E感直接从电流计中读，这样可利用倍数法的定量实验来验证。