2.2 法拉第电磁感应定律 教学设计-2025-2026学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

一、课程基本信息 课题 《法拉第电磁感应定律》 教科书 人教版普通高中教科书物理选择性必修第二册第二章第二节 学科 物理 年级 高二 课型 新授课 课时 2课时 教材分析 1、单元分析： 人教版普通高中教科书物理选择性必修第二册第二章《电磁感应》包含4节内容，是在必修第三册电磁感应现象的此基础上，进一步研究电磁感应的规律： 第1节《楞次定律》，通过实验探究影响感应电流方向的因素，阐述楞次定律的内容，这是从感应电流角度来认识电磁感应现象。 第2节《法拉第电磁感应定律》，从感应电流深入到感应电动势来理解电磁感应现象的本质。 第3节《涡流、电磁阻尼和电磁驱动》，本节与前面研究电路中的电磁感应现象不同，研究的是导体中的感应电流，并解释电磁炉等现代设备的原理，属于应用阶段。学生通过电磁阻尼和电磁驱动两种情境的运用，领会应用能量守恒定律分析电磁感应现象的方法，进一步形成电磁相互转化的物理观念。 第4节《互感和自感》，阐述了两种典型的电磁感应现象，揭示了电场与磁场之间相互作用的复杂性和多样性，更深层次地理解电磁感应现象的本质。 2、章节分析： 《法拉第电磁感应定律》作为电磁学领域的核心理论，其地位举足轻重。它不仅紧密联结电场、磁场与恒定电流的基础知识，更是后续学习交变电流、电磁振荡乃至电磁波不可或缺的理论基石。在能力培养层面，该定律不仅促进了力学、运动学、电磁学、热学等多领域知识的综合应用，强化了综合分析能力的训练，还深刻体现了能量守恒的普遍原理。因此，它既是教学的重点，也是挑战学生理解深度的难点。 本节的教学内容非常重视对学生科学思维的培养。物理规律的得出，要经历对事实经验的思考，定性或定量实验的探究，对实验结果和大量经验的总结和归纳，最终得到比较完备的物理规律，让学生体验和经历这样的建构过程，有助于学生学科素养的提高。 学情 分析 1.电磁感应现象的理解：学生在学习法拉第电磁感应定律之前，已经掌握了电磁感应现象的基本知识，包括感应电流的产生条件以及恒定电流等基本知识，这些基础知识为学习法拉第电磁感应定律提供了必要的铺垫。 2.变化量与变化率的理解：在学习法拉第电磁感应定律时，学生需要明确区分磁通量的变化量（ΔΦ）和磁通量的变化率（）。在本节教学之前学生已经学习了位置变化的快慢——速度、速度变化的快慢——加速度，因此可以类比速度和加速度的定义来过度学习，降低学习的难度，同时凸显物理思想方法。 3.实验操作能力：法拉第电磁感应定律的实验探究是理解该定律的重要途径。学生需要具备一定的实验操作能力，能够独立完成或参与实验，观察实验现象，分析实验结果、归纳实验结论的能力。 4.逻辑推理能力：在学习法拉第电磁感应定律的过程中，学生需要运用逻辑推理能力，从实验现象中抽象出物理规律，理解感应电动势与磁通量变化率之间的正比关系。 二、教学目标 核心素养 1．物理观念 （1）法拉第电磁感应定律的理解：学生能准确阐述法拉第电磁感应定律的内容，以及知道E=BLvsinθ是法拉第电磁感应定律的特殊形式。 （2）电磁感应现象的认识：学生能够明确电磁感应现象是磁通量变化引起电路中产生电动势的现象，理解这是能量转换的一种形式，形成能量观。 （3）电磁场相互作用的理解：进一步认识到电磁感应是电磁场相互作用的一种表现，加深对电磁场统一性的理解。 2．科学思维 （1）经历分析推理得出法拉第电磁感应定律的过程，培养逻辑推理思维。 （2）体会类比思维，会用变化率定义物理量的思维方法。 （3）知道E= n 与E=BLvsinθ 的内在联系，感悟事物的共性与个性之间的关系，体会辩证唯物主义的方法和观点。 3．科学探究 通过实验探究感应电动势的大小与磁通量变化率、线圈匝数的关系，提升实验探究过程中的实验设计、数据分析和归纳总结等能力。 4．科学态度与责任 （1）知道法拉第电磁感应定律并非由法拉第本人归纳得到，因其在电磁感应现象研究工作中的杰出贡献，人们故以其名命名，体会科学精神的实质。 （2）经历法拉第电磁感应定律的构建过程，感受科学研究的方法。 教学重点 （1）通过实验观察和讨论，让学生深入理解电磁感应现象的实质。 （2）电磁感应定律的理解及其应用。 教学难点 （1）磁通量的变化率的正确理解。 （2）学生对电磁之间的相互关系的理解。 三、教学策略 设计思路 教学方法 演示教学法、实验探究法、问题教学法、并辅以分享交流法。 板书设计 四、教学过程 教学 程序 教师行为 学生活动 设计意图 （一）激趣入题激发学习兴趣 （1）教师展示与演示： 教师通过PPT向学生展示智能手机的新型充电方式——无线充电，并现场演示无线充电现象。 （2）提出问题：无线充电过程中的电流是如何产生的？ 观看实验现象，思考猜想教师提出的问题。 以智能手机的无线充电为切入点，进行情境创设，激发学生对新知识产生兴趣，同时突出物理在实际生活中的意义，激发习物理的热情。 （二）巧用魔术实验激活学生思维 引出核心概念 （1）教师演示：设计如图所示的实验装置。当开关拨向右边时，灯泡与电池组成回路，灯被点亮。 提出问题：这里谁在为灯泡提供电能？ （2）教师演示：开关拨向左边时，灯泡与线圈组成回路。 提出问题：灯为什么不亮？ （3）教师演示：教师进行魔术表演，将藏有强磁铁的手快速划过线圈，灯泡闪亮一下。 提出问题：灯为什么会闪亮？ （4）魔术揭秘：教师向学生展示手中的强磁铁，让学生自主思考魔术背后的秘密，并让学生表述自己的观点。 （5）提出核心概念：基于前面所学知识的基础上，教师将其与电路中产生电流的条件进行类比分析，进一步总结得出灯泡的亮暗与电流的大小有关，而电流的大小又与电动势有关，从而引出感应电动势的概念。 观看实验现象，思考回答教师提出的问题。 【学生思考讨论、表述】感应电动势的产生条件：只要穿过电路的磁通量发生变化，电路中就会产生感应电动势。 （1）惊奇的实验对学生有很强的吸引力，能让学生带着强烈的求知欲主动参与课堂。 （2）师生通过情境回顾电动势和电流之间的关系，让学生体会电磁感应现象的实质是产生感应电动势。 （三）分组 实验 探究培养学生创造能力 （三）分组 实验 探究培养学生创造能力 活动1.观察实验，提出猜想 教师演示:将条形磁铁快速或者缓慢插入、拔出螺线管，让学生仔细观察灵敏电流计指针偏转角的角度大小。 提出问题：偏转角大小说明了什么？与感应电动势大小有什么关系？ 提出问题：哪些因素可能影响感应电动势大小？用什么实验方法可以探究影响感应电动势大小的因素呢？ 【学生观察实验并回答】磁铁插入、拔出越快,灵敏电流计指针偏转角越大，感应电流越大，说明产生的感应电动势越大。 【学生猜想,讨论、交流】 该实验在《楞次定律》的学习时已经熟悉，因此由悉的实现象再过渡到实验现象背后的本质，降低了学习的难度。 活动2.学生设计,分组探究 【实验前准备】教师提供实验器材:强磁铁、铜漆包线(缠线圈时使用)、PVC管、灵敏电流计、导线、铁架台、固定夹等。 请根据提供的实验器材,自主思考教材中做一做的实验方案。 提出问题： (1)如何设计实验,实现磁通量变化的时间相同，但是磁通量的变化量不同? (2)如何设计实验,实现磁通量的变化量相同,但磁通量变化的时间不同呢? 【学生分组实验探究】将学生分为6个实验小组，每2个小组讨论设计实验，探究一个影响因素，并作分享，提升课堂实验效率。 探究一：线圈匝数相同,高度相同,逐渐增加从管口下落的磁铁数量,定性比较灵敏电流计的示数,分析感应电动势大小与磁通量的变化量的关系。 【多媒体展示】 探究二：线圈匝数相同,相同的磁铁从高度不同的管口下落,定性比较灵敏电流计的示数,分析感应电动势大小与磁通量变化时间的关系。 【多媒体展示】 探究三：探究线圈匝数不同,高度相同,相同的磁铁从管口同一位置下落,定性比较灵敏电流计的示数,分析感应电动势大小与线圈匝数的关系。 【多媒体展示】 【学生思考,讨论,交流】强磁铁分别从不同的高度下落,通过线圈时速度的大小不同,穿过同一线圈的时间不同。磁通量的变化量不同可以借助磁铁的个数来控制。 【学生自主探究实验】 学生自主整理实验设计、探究过程,记录本组实验现象与数据,交流分析，总结实验结论。 通过设计分组实验，让学生亲自参与探究活动，既充分尊重学生主体，又体现了教师主导，既培养了学生的自主探究能力和团结协作精神，又提高了课堂教学效率。 让学生亲自参与实验的过程，小组代表分享交流,整合探究结果,能恰当使用证据证明物理结论,并能试着从不同的角度解释现象。 （四）归纳总结强化规律突出重点 【多媒体展示】 教师讲述：德国物理学家纽曼、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。因法拉第对电磁感应现象研究的巨大贡献，后人称之为法拉第电磁感应定律。 提出问题：那么如何描述磁通量变化的快慢？ （教师提示：可以类比加速度——速度变化的快慢。） 【师生推导】设在t1时刻穿过线圈的磁通量为Φ1，在t2时刻穿过线圈的磁通量为Φ2。在Δt=t2 - t1的这段时间内，磁通量的变化量为：ΔΦ=Φ2-Φ1，ΔΦ与时间Δt的比值可以放映出磁通量变化的快慢，这一比值也称为磁通量的变化率。则法拉第电磁感应定律可以表示为：E , 写成数学表达式为：E=k 。 提出问题：以往我们借助国际单位制、物理量纲分析讨论表达式中的比例系数，同学们能不能试着分析法拉第电磁感应定律表达式中的系数呢？ 【师生总结】在国际单位制中，磁通量的变化量的单位是 Wb，时间的单位是s，电动势的单位是V。则： 1 = 1 = 1 = 1V 因此k=1。法拉第电磁感应定律的表达式为E= 。 提出问题：大家分组探究的过程中,电磁感应电动势的大小和线圈的匝数也有关系,那线圈匝数的物理意义是什么呢? 【师生总结】根据实验探究和讨论分析,我们得到法拉第电磁感应定律的表达式E=n。 【实验整理】通过整合其他组的实验现象与数据,分析影响感应电动势大小的因素,形成结论。 【学生思考回答】 【学生思考交流、尝试推导】 【学生思考、讨论、交流】相当于n个电源串联。 （1）通过师生共同总结得到影响感应电动势大小的因素，锻炼学生的逻辑推理论证等方面的思维能力。 （2）类比描述速度变化的快慢，得出用磁通量的变化量与时间的比值来描述磁通量变化的快慢，锻炼学生的类比思维，让学生感受，利用已有的理论，去类比建立新的理论。 （3）引导学生理解公式中n的含义，进一步理解法拉第电磁感应定律。 （五） 学 以 致 用 以 旧 带 新 促 思 考 【多媒体展示】 如图将矩形导体框CDMN放在磁感应强度为B的匀强磁场里，线框平面与磁感线垂直。设线框可动部分MN的长度为L，它以速度v水平向右运动，在Δt时间内，由原来的位置MN移到M1N1。 提出问题：电路中有部分导体做切割磁感线运动,引起磁通量变化，产生感应电动势，能将其计算出来吗？ 【师生总结】当导体在磁场中做切割磁感线运动，使磁通量发生变化时，法拉第电磁感应定律可以表示为更简单的形式。物理学上，把这种由于导体相对磁场运动而产生的感应电动势，叫作动生电动势，E=BLv。 提出问题：想一想下面情境,如图甲所示,如果导体运动方向与导体本身垂直,但与磁感应强度方向不垂直,有夹角θ。那么产生的感应电动势有多大呢? 回顾新课引入的问题：解释智能手机无线充电的原理。 提出问题：地球周围也存在磁场，是否可以利用地磁场发电呢？——摇绳发电。 【学生思考,讨论,交流】独立演算、个别展示、全体核对。 （1）将教材内容编制成练习题,既可以巩固知识,又可以培养学生利用已有知识去分析解决问题的能力,增强学生课堂的成就感﹑获得感。 （2）通过对推导的结果的分析，提出有效切割速度，推导出动生电动势的一般表达式。 （3）课堂首尾呼应，解决新课提出的问题，体现学以致用。 （4）提出摇绳发电问题旨在引发学生思考，培养学生的创新思维，延伸课堂。 （六）建构知识网络发展高阶思维 教师让学生回顾并梳理本节课所学的“法拉第电磁感应定律”的相关知识，并用思维导图的形式呈现出来。学生使用思维导图展示学习成果，进行课堂总结，教师补充其不完整的部分，并对其认识不准确的部分作出反馈与纠正。 围绕“法拉第电磁感应定律”这一主题，寻找本节课所学内容间的联系，形成本节内容的知识网络，构建思维导图。 通过思维导图展示学生对于该部分知识理解的深度，有助于教师对学生思维水平的了解，也能够进一步促进学生高阶思维能力的发展。 五、课堂练习 典例讲解 典例1.如图所示，面积为0.2 m2的100匝线圈处在匀强磁场中，磁场方向垂直于线圈平面向里，已知磁感应强度随时间变化的规律为B＝(2＋0.2t)T，定值电阻R1＝6 Ω，线圈电阻R2＝4Ω，求： (1)回路中的感应电动势； (2)通过R1的电流大小及方向； (3)a、b两点间电压Uab。 典例2.如图所示，水平放置的两平行金属导轨相距L＝0.50 m，左端接一电阻R＝0.20Ω，磁感应强度B＝0.40 T的匀强磁场方向垂直于导轨平面向下，导体棒ac(长为L)垂直放在导轨上，并能无摩擦地沿导轨滑动，导轨和导体棒的电阻均可忽略不计。当棒ac以v＝4.0 m/s的速度水平向右匀速滑动时，求： (1)ac棒中感应电动势的大小； (2)回路中感应电流的大小； (3)维持ac棒做匀速运动的水平外力的大小。 通过典例讲解有助于深化学生的理解、提升解题能力、培养学生的分析能力、促进知识迁移、提高教学质量和学生的学习效果。 六、作业设计 法拉第电磁感应定律课后作业 作业层次1 夯实基础 作业时长 15分钟 题目 1.关于感应电动势的大小,下列说法中正确的是（ ） A.穿过线圈的磁通量Φ最大时,所产生的感应电动势就一定最大 B.穿过线圈的磁通量的变化量△Φ增大时,所产生的感应电动势也增大 C.穿过线圈的磁通量Φ等于0,所产生的感应电动势就一定为0 D.穿过线圈的磁通量的变化率越大,所产生的感应电动势越大 2．如图所示，电阻为0.4Ω的导体棒ab垂于导线框放置，在水平力F的作用下，以速度5m/s沿光滑导线框向右做匀速运动，线框的左端接有电阻R为0.6Ω。导线框放在磁感应强度B为1T的匀强磁场中，磁场的方向垂直导线框平面向里。导体棒ab的长度为0.4m，和导线框宽度相同。导线框的电阻不计，则下列正确的是（　　） A．导体棒中电流的方向由b指向a B．导体棒ab两端的电压为2V C．1s内通过R的电荷量为2C D．电阻R的热功率为4W 3． 如图甲所示，线圈的匝数匝，横截面积。线圈总电阻，沿线圈轴向 有水平方向的磁场，设图示磁场方向为正方向，磁场 的磁感应强度随时间按如图乙所示规律变化，在 0-0.1s内，下列说法正确的是（　　） A．线圈内磁通量的变化量为0.25Wb B．线圈内磁通量的变化率为 C．在a，b间接一个的电阻时，该ab两端的电压为2.5V D．在a，b间接一个的电阻时，该ab两端的电压为1.25V 答案与错因分析 题号 答案 错因分析 1 2 3 作业评价反思 学生自评： 优秀 良好 合格 教师评价： 优秀 良好 合格 设计意图 1.巩固基础知识：基础题目是学习和掌握新知识的起点，通过练习可以加深对基本概念、原理和方法的理解和记忆。 2.增强自信心：成功解答基础题目可以带来成就感和自信心，这种积极的情感体验有助于激发学习兴趣和动力。 3.为进阶学习打基础：基础题目是进阶学习的基础，只有牢固掌握基础知识，才能更好地理解和应用更高级的概念和方法。 作业层次2 应用提高 作业时长 25分钟 题目 1．如图所示，用同种材料制成的质量相等、粗细均匀的闭合金属圆环，它们围成的面积之比为，把它们垂直放在磁感应强度随时间均匀变化的磁场中，则两环内的感应电流之比为（　　） A． B． C． D． 2．如图所示，宽为L的金属导轨竖直放置，上端接有一阻值为R的电阻，导轨上有一质量为m、电阻也为R的金属棒，与导轨始终接触良好且无摩擦，且保持水平。垂直于导轨平面向里的匀强磁场，磁感应强度为B。不计导轨的电阻，重力加速度为g。将金属棒由静止释放，当运动达到稳定时，其速度大小为（　　）   A． B． C． D． 3．如图所示，搭载着单匝矩形导线框的小车在水平外力F的作用下以速度v=4m/s向右匀速穿过一边长a=20cm正方形匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度大小B=0.5T，线框的宽度为10cm，高度为30cm，总电阻R=2Ω，小车运动时，磁场能被导线框完全切割，下列说法正确的是（　　） A．线框刚进入磁场时，产生的感应电动势为0.6V B．线框刚进入磁场时，线框中产生的感应电流的大小为0.2A C．线框在进入磁场的过程中，外力F的方向应该向右 D．线框在进入磁场的过程中，外力F的大小为0.02N 答案答案与错因分析 题号 答案 错因分析 1 2 3 作业评价反思 学生自评： 优秀 良好 合格 教师评价： 优秀 良好 合格 设计意图 1. 深化理解核心知识：提高题目往往设计得更为复杂和深入，需要学生对所学知识有更全面、更深入的理解。通过解答这类题目，学生可以进一步深化对基本概念、原理和方法的掌握，形成更加牢固的知识体系。 2. 培养综合应用能力：提高题目通常涉及多个知识点的综合运用，要求学生能够灵活地将所学知识应用到实际问题中。通过解答这类题目，学生可以培养综合应用知识的能力，提升解决复杂问题的技能。 3.激发创新思维：提高题目往往没有固定的解题模式，需要学生根据题目的具体情况进行创新性思考。在解答过程中，学生需要尝试不同的方法和思路，寻找最佳的解决方案。这种探索性的解题过程有助于激发学生的创新思维和创造力。 七、教学反思 一、教学设计概述 本次教学设计围绕“探究影响感应电动势大小的因素”这一主线，采用问题导向的教学方法，旨在通过一系列精心设计的问题情境，提炼学习任务，按照思维的发展过程及学习活动过程，设计和优化学生的学习路径，帮助学生理解所学的物理概念和规律，体会认识客观世界所运用的科学思想及方法。整个教学过程中以发现问题、共同讨论、实验操作为核心，没有直接强加给学生观点和结论，而是鼓励学生通过实践探究来发现物理规律。 二、教学设计的亮点 1.问题导向的教学方式：通过提出问题，激发学生的好奇心和求知欲，引导学生主动思考、积极探究。 2.对比演示实验与学生定性探究实验：通过直观的对比实验，帮助学生理解不同条件下感应电动势的变化，再通过学生定性探究实验，加深学生对物理规律的理解。 3.思维导图总结：以思维导图的形式对所学知识进行梳理和总结，帮助学生形成系统的知识框架，提升思维水平。 4.分层作业设计：根据学生不同的学习水平、理解能力，设计不同难度和类型的作业，以满足学生的个性化需求，使每个学生都能在适合自己的难度上得到锻炼和提升。 三、教学不足与改进措施 1.缺少定量探究过程 不足：整个教学过程中通过探究实验得出了法拉第电磁感应定律，但该探究实验是定性的探究，缺少定量的测量过程，导致物理思想的深度和广度未能充分展现，物理学科的严谨性也有所欠缺。 改进措施：在后续的教学中，可以引入数字化传感器，对物理量进行定量测量，使定律的得出更加科学、严谨。同时，这也能培养学生的数字化素养，提升他们的实验技能和数据分析能力。 2.学生总结、分享表面化、杂乱无章 不足：在实验探究过程中，学生的总结和分享会停留在表面，缺乏深度和条理性，甚至可能杂乱无章。 改进措施：教师需要积极引导学生对这些结论进行分析、评估、优化和概括。可以通过提问、讨论、引导等方式，帮助学生深入理解物理规律，体验科学探究的精神。同时，也可以鼓励学生进行小组内的交流和分享，培养他们的团队协作能力和批判性思维能力。 四、总结与展望 本次教学设计有亮点之处，但也存在不足之处。在未来的教学中，我将继续探索更加科学、有效的教学方法，努力提升学生的物理素养和科学探究能力。同时，信息时代应注重培养学生的数字化素养和团队协作能力，为他们未来的学习和生活打下坚实的基础。通过不断改进和优化教学设计，为学生提供更加优质、高效的物理教学服务。 学科网（北京）股份有限公司 $