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法拉第电磁感应定律徐汇区教师进修学院桑嫣一．教学任务分析感应电动势比感应电流更能反映电磁感应现象的本质，其大小的描述最终归纳为法拉第电磁感应定律。

历史上关于该定律是通过理论推导得出的，由于磁通量的变化率难以测量，迄今未见直接验证该式的实验，实际上这个定律的数学表达式是1845年和1846年先后由诺埃曼和韦伯经过理论分析后得出的。

但若研究导体切割磁感线而产生的感应电动势大小的实验相对更容易。

相比艰深的理论分析推导，实验探究更符合高二学生的认知水平和学习能力。

因而本节课打破该内容传统的教学模式，尝试将实验探究与理论推导相结合，有利于学生在建立该知识概念体系时，理解更直观深入。

授课学校为南模中学。

本节课之前，学生已学习了电磁感应现象、电磁感应产生的条件、右手定则、楞次定律、感应电动势等内容。

结合已学内容和学生思维能力，教学中先是采用了定性探究的方法得到感应电动势的大小与磁通量的变化率之间的关系，然后给出定量公式。

然后根据定律推导得出导体切割磁感线这一特殊情况下产生的感应电动势大小的计算式，通过实验证明该公式的正确，不仅加深学生对电磁感应现象本质的理解，还说明了理论推导出的规律也需经过实际的检验。

通过学生定性、定量探究等实验过程，还注重了对学生思维能力和科学探究能力的培养。

二、教学目标1、知识与技能（1）理解影响导体切割磁感线产生的感应电动势大小的因素；（2）理解法拉第电磁感应定律；（3）运用法拉第电磁感应定律解决实际问题。

2．过程与方法（1）通过定性探究实验分析得出感应电动势大小和磁通量变化率之间关系的过程，感受运用实验探究物理量关系的分析方法。

（2）通过回顾功能关系推导、运用法拉第电磁感应定律推导、实验验证等多种途径得到E ＝NBLv的过程，感受得到一物理规律的多种方法。

3．情感、态度与价值观通过实验探究理解法拉第电磁感应定律，体会在发现和认识物理规律中物理实验的重要作用，感受科学家在探究客观规律时不懈努力的科学精神。

三、教学重点与难点重点：理解法拉第电磁感应定律的内容。

难点：（1）理解感应电动势大小和磁通量变化率之间的关系。

（2）理解导体切割磁感线时产生的感应电动势的表达式与法拉第电磁感应定律表达式之间的关系。

四、教学资源实验仪器：（1）感应发光白炽灯：白炽灯、线圈、电磁炉（2）探究影响感应电动势大小因素：学生电源、螺线管、线圈、磁传感器、电压传感器（3）验证导体切割磁感线产生感应电动势大小：电磁感应实验仪（4）定性探究感应电动势与磁感应强度大小之间关系：线圈、磁铁五、教学设计思路和教学流程本设计的基本思路是：以电磁感应现象为情景引入，通过定性实验分析得出感应电动势大小随磁通量变化快慢的增大而增大，然后介绍定律内容。

在了解定律内容的基础上，先根据该定律推导得出导体切割磁感线时感应电动势的计算式，然后通过定量实验验证该定律，从而从一个侧面间接证明了法拉第电磁感应定律。

最后运用电磁感应定律分析解决实际问题。

本设计要突出的重点是：理解法拉第电磁感应定律的内容。

方法是：先通过实验定性分析得到磁通量变化的快慢是影响感应电动势大小的根本原因，然后再介绍定律的内容，使学生在切实感受到两者的关系的基础上，比较自然地接受并建立法拉第电磁感应定律的内容。

为进一步加深对定律的理解，通过运用法拉第电磁感应定律推导得出导体切割磁感线情况下感应电动势的表达式，并通过实验验证该表达式，使学生理解了两个表达式之间的关系。

最后运用定律内容解决实际问题，使学生在应用定律的过程中进一步深入理解。

本设计要突破的难点是：（1）理解感应电动势大小和磁通量变化率之间的关系。

方法是：通过演示实验得到感应电动势和磁通量随时间变化的关系图线，分析图像之间的关系，能较直观的看到，当磁通量变化大小相同时，变化时间越短，产生的感应电动势越大，从而进一步接受两者的定量关系。

（2）理解导体切割磁感线时产生的感应电动势的表达式与法拉第电磁感应定律表达式之间的关系。

方法是：先运用法拉第电磁感应定律推导得出导体切割磁感线情况下感应电动势的表达式，然后通过实验验证该表达式，从而理解导体切割磁感线是电磁感应现象的一种，NBLv E =是计算该情况下产生的感应电动势大小，tk E ∆∆=ϕ是描述电磁感应现象普遍适用的公式，因而也能计算切割情况下产生的感应电动势大小。

六、教学流程图:七、教案示例（一）情景创设【演示实验1】感应发光白炽灯：一个白炽灯、一个线圈，用两根导线连成闭合电路。

将闭合线圈放置在一个正在工作的电磁炉上，灯泡发光了。

学生思考1：同学们都看到灯泡发光了，此时回路中并没有像电池之类的电源，这里发生了什么现象？并请解释这一现象发生的原因。

发生了电磁感应现象。

当电磁炉工作后，电磁炉周围产生了磁场，当该磁场发生变化时，也即通过线圈的磁通量发生变化，于是在线圈中产生了感应电动势，进而产生了感应电流，从而使灯泡发光。

通过前面的学习，我们已经知道了磁通量的变化是产生电磁感应现象的条件（板书）；通过楞次定律和右手定则的学习，我们学会了判断感应电动势的方向。

今天我们进一步来学习感应电动势的大小。

（二）法拉第电磁感应定律学生思考2：首先我们来猜想一下，感应电动势的大小可能和什么因素有关呢？ （磁感应强度的变化、磁通量的变化、磁通量的变化快慢、速度快慢等）【演示实验2】磁通量发生变化产生感应电动势：将一螺线管接电源，螺线管上放置一线圈。

改变电源电压，使螺线管内的磁感应强度发生变化，从而改变了通过线圈的磁通量，使线圈内产生感应电动势。

用磁传感器记录磁感应强度的变化，用电压传感器测量线圈内产生的感应电动势大小。

图中蓝线为磁感应强度随时间变化的情况，红线为线圈内产生的感应电动势的大小变化情况。

学生思考3：由这个图像你认为感应电动势的大小到底和什么因素有关？（磁通量变化的快慢）中间一段说明当磁通量不变时，感应电动势为零；第一段和最后一段说明磁通量的变化是相同的，但由于变化的时间不同，因而产生的感应电动势也不同，而且变化越快，产生的感应电动势约大。

（为什么说磁通量变化快慢呢，因为磁感应强度变化可以产生电磁感应现象，而我们曾学过导体切割磁感线时也可以产生电磁感应现象，两者的共同点都是磁通量发生变化）经过法拉第、诺埃曼、韦伯等科学家工作的基础上，人们最终认识到：闭合导体回路中感应电动势的大小与穿过回路的磁通量的变化率成正比。

为纪念法拉第对电磁感应现象的杰出贡献，我们把这个公式称为法拉第电磁感应定律。

用数学表达式可表示为tk E ∆∆=ϕ 在国际单位制中，磁通量变化率的单位是Wb/s ，感应电动势单位是V 。

在实际应用中，为了获得较大的感应电动势，一般都采用多匝线圈，而穿过每匝线圈的磁通量总是相同的。

因此若线圈的匝数为N ，相当于有N 个单匝线圈串联，那么整个线圈中的感应电动势就等于单匝线圈的N 倍，即tN E ∆∆=ϕ。

（PPT ） （三）导体切割磁感线时感应电动势的大小1、公式推导电磁感应现象的一种常见情况就是导体切割磁感线，我们曾经从外力做功使能量发生转变的角度，推导得出切割磁感线时感应电动势大小是E ＝BLv 。

由于导体切割磁感线也是电磁感应现象，因而其产生的感应电动势大小应该也是和磁通量的变化率成正比的。

法拉第电磁感应定律描述的是电磁感应现象的普适规律，那么它也一定能用来描述导体切割磁感线这种情况。

学生思考4：用法拉第电磁感应定律推导得出导体切割磁感线时感应电动势的大小。

如图，导体MN 向右做（垂直）切割磁感线运动，运动速度为v ，MN 长为L ，那么在时间△t 内导体移动距离是v ·△t ，根据法拉第电磁感应定律，可得：NBLv t t BLv N t S B N t N E =∆∆=∆∆=∆∆=ϕ 推导结果和我们用功能关系推导得出的结论是完全一致的。

这也说明法拉第电磁感应定律同样反映了能的转化和守恒的规律。

这里需注意的是，虽然推导是针对匀速运动的特殊状态，但如果是变速运动，该推导也应该是成立的，只不过公式中的v 指的是瞬时速度，E 指的是瞬时感应电动势。

2、实验验证法拉第电磁感应定律是一个理论推导得出的定律，那么它是否正确，则还需要实验来验证。

但是由于磁通量的变化快慢非常难测量，迄今为止几乎没有看到直接进行验证的实验。

如果不能直接证明，我们也可采用间接证明的方法。

根据法拉第电磁感应定律推导得出的切割情况下的计算式，其中涉及到的物理量都比较容易测量，如果能用实验验证这一规律的正确性，也就从一个侧面间接说明了法拉第电磁感应定律的正确性。

学生思考5：提出验证导体切割磁感线运动E ＝NBLv 的简单实验方案。

控制变量，分别研究感应电动势E 与磁感强度B 、导体切割速度v 、导线长度NL 的关系。

实验装置介绍：在这一实验装置中，支架的底部固定着一块磁铁，该磁铁在周围产生了一磁场，当线圈下落时，水平部分的导体就会切割磁感线，从而产生感应电动势。

我们可以通过光电门来测量线圈通过磁场某处时的瞬时速度，改变下落高度，就会改变线圈通过该处的速度；在支架底端固定一个与线圈相连的电压传感器，通过数据线可以将线圈通过磁场中该处时产生的感应电动势大小传输到电脑。

我们要研究的就是在磁场强弱、导线长度不变的情况下，感应电动势的大小与导体切割速度之间的定量关系。

同时，这个实验装B M置还能研究感应电动势的大小与导体匝数之间的关系。

当然，在研究感应电动势的大小与某个量之间的关系时，必须控制其他的变量保持不变。

实验中导线的长度是不变的，固定光电门位置，也就使我们测量的总是线框下落到磁场中相同位置时的速度。

（然后介绍使用软件时需注意的操作步骤：清零、选择测量数据区域、先按钮再放、高度每次改变约1cm—2cm）学生实验：（1）匝数一定时，改变导体下落速度，得到Ε与v的定量关系。

（2）改变匝数，再完成两组测量。

比较三组数据，得到Ε与NL的定量关系。

实验结论：感应电动势的大小与导体切割速度成正比关系。

（1）感应电动势的大小与导体切割速度成正比关系。

（2）得到3条过原点的直线，每一条都说明感应电动势的大小与导体切割速度成正比关系。

将三组取相同的纵坐标，即速度相同时，可看到产生的感应电动势随线圈匝数的增大而增大，且成正比关系。

综合两次实验，可得结论Ε∝v、Ε∝NL。

（板书）本次实验只研究了Ε与v、Ε与NL的定量关系，由于磁感强度的测量需要的装置比较复杂，我们今天不能完成Ε与B的定量关系的测量，但我们可以通过定性实验来看看感应电动势是否随磁场强度的增大而增大。

【演示实验3】两个相同线圈，铷磁铁，电压传感器经过精确的实验，测得Ε∝B（板书）。

根据实验结论，最终我们验证了在导体切割磁感线时，感应电动势大小Ε＝NBL v是正确的，从而从一个方面间接说明了法拉第电磁感应定律的正确性。