2.2 法拉第电磁感应定律（创新实验）说课稿-2024-2025学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

高中物理选择性必修二第二章第二节创新实验：电磁感应定律实验说课稿 本次说课内容主要由以下5个版块构成 一、实验教学目标 二、实验方案设计 三、实验创新改进 四、实验数据处理 五、实验教学评价 一、实验教学目标 1.教材分析 ①电磁感应定律选自高中物理选择性必修二第二章第二节。从教材编写顺序看，它既是楞次定律的延伸，又是整个电磁学的核心。占据这十分重要的地位 ②本节通过叙述线圈电阻不变，从而感应电流的大小正比于感应电动势，由此完成了第一节磁通量变化对感应电流的影响（定性）到本节探究决定感应电动势大小的因素（定量）的过渡。 ③教材编排合理，法拉第电磁感应定律源于实验，故教材一开始便给出了探究“磁通量变化对感应电动势的影响”的方法。让学生有了感性的认识，再给出法拉第电磁感应定律。并配以例题习题进行知识巩固 2.学情分析 ①学生在学习之前，已经知道了产生感应电流的条件，也对一些磁生电的实验有所了解。 ②学生对于电磁感应的有关现象具有好奇心，对于搞清楚现象背后的原理具备一定的探索精神和对应的知识储备。 3.核心素养 (1)物理观念 学生能够理解法拉第电磁感应定律的基本概念，认识到磁场变化会产生电动势 (2)学生能够通过实验验证法拉第电磁感应定律，培养探究精神和实践能力。 (3)学生能够通过实验观察磁场变化与感应电动势之间的关系，培养科学探究能力。 (4)学生能够关注科技发展，关注法拉第电磁感应定律在现实生活中的应用，提高社会责任感。[1] 二、实验方案设计 (一)教材实验过程 由于第一堂课楞次定律的基础，学生已经能初步认识到磁通量的变化会产生感应电流，感应电流又对应着感应电动势。那么感应电动势的大小和磁通量的变化又具有怎样的关系呢？教材设计了如下实验： 对于同一线圈而言，电阻不变。所以感应电动势的大小正比于感应电流。因此教材使用灵敏电流表去反应螺线管的感应电流。通过1.改变条形磁体的南北极方向，从而改变穿过螺线管的磁场方向；2.改变条形磁体插入螺线管的快慢，从而改变穿过螺线管的磁场量变化率。 (二)教材实验分析 优点： 1.器材容易获得，实验条件容易实现，学生容易上手操作； 2.利用转换思想，将不容易直接测得的感应电动势转化为测感应电流； 3.条形磁体缓慢插入和快速插入（指针小角度/大幅度偏转）以及对调南北极时（指针反向偏转），实验现象比较明显。 不足： 1.该实验只能定性描述出磁通量变化率越大则感应电动势越大的结论，至于是不是正比关系，还值得商榷； 2.改变磁通量变化率这一操作很难保证每次都一相同的速度进入螺线管，不具备同一数据的可重复性。 三、实验创新改进 1.实验目的 定量得出磁通量变化率与感应电动势的关系 2.实验方法：控制变量法 3.实验器材 交流电源、滑动变阻器、螺线管(一大一小)、数字万用表、导线若干。 4.软件介绍 数字万用表可以直接测得感应电动势的大小，但磁通量变化率是一个较难直接测量的物理量。专业的磁通量传感器价格昂贵，很多学校的条件设施达不到。所以本次实验采用了能从网络上免费下载的APP：phyphox。 2016年德国亚琛工业大学第二物理研究所发布了Phyphox的初级版本的物理实验手机软件，该软件可以依托手机内部内置的传感器实时采集数据，例如:压力传感器、陀螺仪传感器、压力传感器、加速度传感器等等。[2] 本次实验运用到的是软件中的磁力计（见图1、图2），它能利用手机测得磁感应强度的大小。在螺线管面积一定的情况下，磁通量的变化率正比于磁感应强度的变化率。 5.实验原理图及实物图（见图3） 6.实验操作步骤 1.按照电路图连接好如图所示的实物图（见图4）。（注意1.电源应接最左侧的交流电，并将电压调节到最小的2V档位；2.滑动变阻器调节到最大阻值处） 2.接通电源，打开手机软件和数字万用表，调节滑动变阻器至适当位置，记录下此时万用表的电压。（说明：1.万用表的档位根据实际情况，打到交流电压“200mv”或“2V”；2.软件自带有图像记录功能，所以操作时不需要管软件的数据记录） 3.保持滑动变阻器位置不变，逐步增加电源电压，观察并记录多组万用表数据，并填入表格。 4.断开电源，关闭万用表，并停止手机软件记录。 5.计算手机软件上各个峰值的斜率，此即为磁感应强度随时间的变化率。将这几组数据填入到表格对应位置。 6.利用excel表格的图表功能自动拟合出磁感应强度变化率与感应电动势大小的关系图。 四、实验数据处理 结合数字万用表测的电压见图5以及手机软件测得的磁感应强度随时间变化率（见图6）的数据填入到excel表格中（见表1）。拟合出来的关系图7所示。 由于磁通量变化率等于磁感应强度随时间变化率与面积的乘积即，而螺线管的面积是一定的。因此得出感应电动势大小与磁感应强度变化率成正比可等效为感应电动势大小与磁通量变化率成正比即法拉第电磁感应定律：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量变化率成正比 五、实验教学评价 1.育人效果：通过对教材实验的改进，让学生更直观感受到正比关系，提升了学生的学科素养，体会物理思想的创新。 2.创新之处： (1)通过对教材实验的改进，将实验由定性过渡到定量，精确性得到了大幅提升，使实验结果更具说服力； (2)该实验装置可通过调节电源电压来改变通过螺线管的磁通量，还可对调电源正负极，使通过螺旋管的磁感应强度方向发生改变; (3)可通过调节滑动变阻器获得同一电压下更多数据使结果更具普遍性和可重复性。 3.不足之处：对于软件的使用，特别是通过软件测得磁感应强度的斜率需要一定适应时间，对同学们在规定时间内完成本次实验有一定的挑战。需在平时加以训练。 参考文献： [1]教育部.高中物理物理课程标准(2022年版)[M].北京师范大学出版社, 2022. [2]钟靖.基于Phyphox高中物理实验教学研究[D].华东师范大学，2022. 学科网（北京）股份有限公司 $$