第十六章電磁感應
一、電磁感應現象
一、教學目標
1．在物理知識方面．
（1）理解什麼是電磁感應現象；
（2）掌握產生感應電流的條件．
2．在能力培養方面．
通過觀察演示實驗，歸納、概括出利用磁場產生電流的條件，培養學生的觀察、概括能力．
二、重點、難點分析
1．重點：使學生掌握只要閉合電路的磁通量發生變化，閉合電路中就會產生感應電流．
2．難點：閉合電路磁通量的變化．
三、教具
蹄形磁鐵，條形磁鐵，電流計，原副線圈，滑動變阻器，開關，導線若干，電池，計算機，演示切割磁感線及磁通量變化軟體．
四、主要教學過程
（－）發現電磁感應現象的背景
2023年，丹麥物理學家奧斯特發現了電流能夠產生磁場——電流的磁效應，揭示了電和磁之間存在著聯絡，受到這一發現的啟發，人們開始考慮這樣乙個問題：既然電流能夠產生磁場，反過來，利用磁場是不是能夠產生電流呢？不少科學家進行了這方面的探索，英國科學家法拉第，堅信電與磁有密切的聯絡．經過10年堅持不懈的努力，於2023年終於取得了重大的突破，發現了利用磁場產生電流的條件．
（二）用實驗方法研究產生感應電流的條件
實驗1：
導體不動；
導體向上、向下運動；
導體向左或向右運動．
引導學生觀察實驗並進行概括．
歸納：閉合電路的一部分導體做切割磁感線的運動時，電
路中就有電流產生．
用計算機模擬「切割磁感線」的運動．
理解「導體做切割磁感線運動」的含義：切割磁感線的運
動，就是導體運動速度的方向和磁感線方向不平行．
問：導體不動，磁場動，會不會在電路中產生電流呢？
實驗2：
用計算機模擬「條形磁鐵插入、拔出螺線管．
注意：條形磁鐵插入、拔出時，彎曲的磁感線被切割，電路中有感應電流．
引導學生觀察實驗並進行概括：無論是導體運動，還是磁場運動，只要導體和磁場之間發生切割磁感線的相對運動，閉合電路中就有電流產生．
過渡：閉合電路的一部分導體切割磁感線時，穿過電路的磁感線條數發生變化．如果導體和磁場不發生相對運動，而讓穿過閉合電路的磁場發生變化，會不會在電路中產生電流呢？
實驗3：
線圈電路接通、斷開；
滑動變阻器滑動片左、右滑動．
在觀察實驗現象的基礎上，引導學生分析上述現象的物理過程：因為電流所激發的磁場的磁感應強度b總是正比於電流強度i，即b∝i．電路的閉合或斷開控制了電流從無到有或從有到無的變化；變阻器是通過改變電阻來改變電流的大小的，電流的變化必將引起閉合電路磁場的變化，穿過閉合電路的磁感線條數的變化——磁通量發生變化，閉合電路中產生電流．
用計算機模擬電路中s斷開、閉合，滑動變阻器滑動時，穿過閉合電路磁場變化情況：
不論是導體做切割磁感線的運動，還是磁場發生變化，實質上都是引起穿過閉合電路的磁通量發生變化．
綜上所述，總結出：
1．不論用什麼方法，只要穿過閉合電路的磁通量發生變化，閉合電路中就有電流產生．這種利用磁場產生電流的現象叫電磁感應，產生的電流叫感應電流．
2．產生感應電流的條件．
（1）電路必須閉合；
（2）磁通量發生變化．
引導學生分析磁通量發生變化的因素：
由 φ=b· s sinθ可知：當①磁感應強度b發生變化；②線圈的面積s發生變化；③磁感應強度b與面積s之間的夾角θ發生變化．這三種情況都可以引起磁通量發生變化．
3．舉例．
（1）閉合電路的一部分導體切割磁感線：
（2）磁場不變，閉合電路的面積變化：
（3）線圈面積不變，線圈在不均勻磁場中運動：
（4）線圈面積不變，磁場不斷變化：
（三）課堂小結
產生感應電流的條件是穿過閉合電路的磁通量發生變化．這裡關鍵要注意「閉合」與「變化」兩詞．就是說在閉合電路中有磁通量穿過但不變化，即使磁場很強，磁通量很大，也不會產生感應電流．當然電路木閉合，電流也不可能產生．
二、法拉第電磁感應定律——感應電動勢的大小
一、設計思想
法拉第電磁感應定律是電磁學的核心內容。從知識發展來看，它既與電場、磁場和穩恆電流有緊密聯絡，又是後面學習交流電、電磁振盪和電磁波的基礎。它既是本章的教學重點，也是教學難點。
在學習本節內容之前，學生已經掌握了恆定電流、電磁感應現象和磁通量的相關知識，並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，而且本節課的實驗也是上節課所演示過的，只不過研究的側重點不同。因此，有條件的學校可將本節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**等方面的能力有了較高的水平。
本節課的重點法拉第電磁感應定律的建立過程，設計中採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。對於公式，讓學生自己根據法拉第電磁感應定律，動手推導，使學生深刻理解。
本節課的難點是對、、物理意義的理解，在難點的突破上，採用了模擬的方法。把、、、e和υ、δυ、、a模擬起來，使學生更容易理解、、和e之間的聯絡。
二、教學目標
（一）知識和能力目標
1．知道感應電動勢的概念，會區分φ、δφ、的物理意義。
2．理解法拉第電磁感應定律的內容和數學表示式，並能應用解答有關問題。
3．知道公式的推導過程及適用條件，並能應用解答有關問題。
4．通過學生對實驗的操作、觀察、分析，找出規律，培養學生的動手操作能力，觀察、分析、總結規律的能力。
（二）過程與方法目標
1．教師通過模擬法引入感應電動勢，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，通過觀察實驗現象的分析討論，總結影響感應電動勢大小的因素。
（三）情感、態度、價值觀目標
1．通過學生之間的討論、交流與協作**，培養學生之間的團隊合作精神。
2．讓學生在**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
（一）引入新課
教師和學生一起回顧第一節中的三個實驗。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。在電磁感應現象中產生的電動勢叫做感應電動勢。
那麼感應電動勢的大小跟哪些因素有關呢？本節課我們就來共同研究這個問題。
（二）講授新課
＊ 感應電動勢
電源能夠產生電動勢，那麼在電磁感應現象中，產生感應電動勢的那部分導體就相當於電源。
學生思考討論：如下圖所示的三個實驗中，分別是哪部分相當於電源？
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：電路斷開就相當於接入乙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象的本質，電磁感應現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**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：對於閉合電路電阻是一定的，可以通過電流錶指標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（為了節省時間，可將學生分為三大組，每一大組只做上述方案中的乙個實驗，每一大組適當的分為幾個小組。做完實驗後由各組長上報實驗結果，然後由教師在提煉總結）。
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生變化。
對於圖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，則迴路面積變化也越快，使得磁通量的變化越快，而電流錶指標偏轉角度越大，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。（對於φ、δφ、和e，學生很難理解它們之間的關係的，教師可將φ、δφ、、e和υ、δυ、、a模擬起來，學生較容易接受。）
＊ 法拉第電磁感應定律
電磁感應小結
d 如果斷開b線圈的電鍵s2，延時將延長 圖49 1 例2 如圖49 2所示，豎直放置的螺線管與導線abcd 構成迴路，導線所圍區域內有一垂直紙面向裡的變化的勻強磁場，螺線管下方水平桌面上有一導體圓環，導線abcd所圍區域內磁場的磁感強度按圖中那一圖線所表示的方式隨時間變化時，導體圓環將受到向上的磁...
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