第2节 法拉第电磁感应定律（表格式教学设计） 物理鲁科版选择性必修第二册

该高中物理教学设计聚焦法拉第电磁感应定律，通过汽车ABS传感器原理与魔术表演导入，从电磁感应现象的定性认知过渡到感应电动势大小的定量探究，搭建“磁通量变化→感应电动势”的学习支架。 以科学探究为主线，学生分组设计实验探究磁通量变化率、线圈匝数的影响，结合“赚钱速度”类比强化科学思维，联系无线充电等应用培养科学态度与责任，助力学生提升实验能力与物理观念，为教师提供生动高效的教学方案。

第2节 法拉第电磁感应定律（教学设计） 年级 高二 学科 物理 教师 课题 第2节 法拉第电磁感应定律 教学 目标 物理观念 能理解法拉第电磁感应定律的内涵，掌握感应电动势大小公式，建立“磁通量变化率→感应电动势”的定量认知。 科学思维 能结合实验现象推导法拉第电磁感应定律，区分磁通量、磁通量变化量与变化率，运用定律分析切割磁感线等场景的电动势，提升逻辑推导与定量分析能力。 科学探究 能参与“探究感应电动势与磁通量变化关系”实验，设计方案、控制变量、处理数据，归纳感应电动势与磁通量变化率的正比关系，培养实验设计与数据处理能力。 科学态度 与责任 认识法拉第电磁感应定律对发电机等电力设备的奠基作用，体会科学家探索电磁规律的执着精神，增强运用物理规律服务能源发展的责任意识。 教学 重难点 重点：理解法拉第电磁感应定律内涵，掌握及切割式的应用。 难点：区分磁通量、变化量与变化率，分析定律在复杂情境中的定量计算。 教学过程 教师活动 学生活动 教学引入 图为现代汽车的ABS（防抱死制动系统）中装有电磁脉冲传感器，用于检测车轮是否转动。其原理是：当齿轮（与车轮同步转动）靠近永久磁铁外的线圈时，磁通量变化产生感应电流；齿轮离开时，磁通量反向变化，产生反向电流‌；转速变化，电流信号的强弱也发生变化。为什么车轮转速变化会影响电流信号强弱呢？ 思考猜想教师提出的问题 新课讲授 一、感应电动势 环节1：情境导入 魔术表演： （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。 环节2：深入探究 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？ 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。 课件展示：实验装置如图所示，线圈的两端与电压表相连。将强磁体从长玻璃管上端由静止下落，穿过线圈。分别使线圈距离上管口20cm、30cm、40cm和50cm,记录电压表的示数以及发生的现象。 分别改变线圈的匝数、磁体的强度，重复上面的实验，得出定性的结果。 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。 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。 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。 思考交流、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，电路中就产生感应电动势。 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。 新课讲授 二、法拉第电磁感应定律 环节3：发现规律 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。 【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? 环节4：拓展应用 1.无线充电 解释智能手机无线充电的原理。 2.摇绳发电 地球周围也存在磁场，是否可以利用地磁场发电呢？ 【例题1】某品牌电瓶车的动能回收系统的结构原理如图所示，传动轴与磁铁固定连接，当车辆下坡时，车轮通过传动装置带动磁铁在绕有多匝线圈的铁芯间转动，线圈通过端给电池充电，不考虑磁铁转速的变化，穿过线圈的磁通量按正弦（或余弦）规律变化，某时刻磁铁的位置和转动方向如图所示，下列说法正确的是（　　） A．在图示位置，线圈中的感应电动势最大 B．从图示位置开始的一小段时间内，线圈端的电势比端高 C．从图示位置转过时，线圈中的感应电动势最大 D．从图示位置转过时，线圈端的电势比端高 【答案】C 【详解】A．图示位置线圈中的磁通量最大，磁通量变化率为零，则线圈中的感应电动势为零，故A错误； B．从图示位置开始的一小段时间内，线圈中的磁场竖直向下且磁通量减小，根据楞次定律，感应电流由到端的电势比端高，故B错误； C．从图示位置转过时，线圈中的磁通量最小，磁通量变化率最大，则线圈中的感应电动势最大，故C正确； D．从图示位置转过时，线圈中的磁通量最大，感应电动势为零，端的电势等于端的电势，故D错误。 故选C。 针对训练1如图所示，在竖直向下的匀强磁场中，将一水平放置长度为L的金属棒ab从距地面高为h处，以水平初速度抛出。设运动的整个过程中棒的取向不变，且不计空气阻力，已知重力加速度为g，则落地时金属棒a、b两端产生的感应电动势和电势高低，判断正确的是（　　） A．， B．， C．， D．， 【答案】C 【详解】金属棒在运动过程中切割磁感线的分速度为水平速度，保持不变，则金属棒a、b两端产生的感应电动势大小为 根据左手定则可判断金属棒中电子在洛伦兹力的作用力下向a端移动，所以金属棒b端比a端电势高，即有 故选C。 思考交流、尝试推导 独立演算、个别展示、集体核对。 按提示分步回答问题。 课堂首尾呼应，解决新课提出的问题，体现学以致用。 课 堂 练 习 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ΔΦ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就越大 【答案】　D 【详解】　根据法拉第电磁感应定律可知，感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比，与磁通量Φ及磁通量的变化量ΔΦ没有必然联系．当磁通量Φ很大时，感应电动势可能很小，甚至为0；当磁通量Φ等于0时，其变化率可能很大，产生的感应电动势也可能很大，而ΔΦ增大时，可能减小．如图所示，t1时刻，Φ最大，但E＝0；0～t1时间内，ΔΦ增大，但减小，E减小；t2时刻，Φ＝0，但最大，即E最大，故A、B、C错误，D正确。 2.电磁轨道炮是利用安培力使金属炮弹获得极大动能的先进武器。如图所示为电磁炮的原理简图，炮弹为阻值为的导体，放置在光滑的电阻不计的金属轨道上，轨道水平放置，电源内阻为。当炮弹放入轨道后，受到垂直纸面向内的匀强磁场对其的安培力作用，使其加速后射出。下列说法正确的是（　　） A．电源输出的电能完全转化为了炮弹的动能 B．炮弹所受到的安培力大小恒定不变 C．炮弹在轨道上的加速度逐渐减小 D．炮弹出膛时获得的动能与轨道长度成正比 【答案】C 【详解】A．电源输出的电能并不是完全转化为炮弹的动能，还转化为电路的焦耳热，故A错误； BCD．炮弹运动过程中切割磁感线产生反向感应电动势，使得电路总电动势逐渐减小，则电路电流逐渐减小，根据可知，炮弹所受到的安培力逐渐变小，合外力逐渐减小，在轨道上的加速度逐渐减小，当反向感应电动势等于电源电动势时，炮弹不再受安培力作用，炮弹速度达到最大，则有 可得 可知不断增加轨道的长度，当炮弹已经达到最大速度后，出膛时获得的动能就不再增加，故BD错误，C正确。 故选C。 3.如图甲所示，一辆电动汽车在北京的一段平直公路上以速度v自东向西匀速行驶，金属车头上左右对称的B点与A点间距为L。图乙是从外侧看汽车左前轮转动的示意图，C点在金属轮毂边缘，D点在转轴中心。已知当地地磁场磁感应强度竖直分量大小为、水平分量大小为。下列说法正确的是（　　） A．B点电势比A点电势低 B．C点电势比D点电势低 C．A、B之间的电势差 D．A、B之间的电势差 【答案】B 【详解】ACD．北京在北半球，所以地磁场竖直分量向下，根据右手定则，拇指指西，磁感线穿入手心，此时四指指向B点，所以B点相当于电源正极，即B点电势比A点电势高，则A、B之间电势差，故ACD错误； B．地磁场的水平分量向北，根据右手定则，拇指指向与C、D连线上点的线速度方向相同，磁感线穿入手心，此时四指指向D点，所以D点相当于电源正极，即D点电势比C点电势高，故B正确。 故选B。 4.国庆阅兵时，我国的JH-7型歼击轰炸机在天安门上空沿水平方向自东向西呼啸而过。该机的翼展为12.7m，北京地区地磁场的竖直分量为，该机水平飞过天安门时的速度为860km/h，则有（　　） A．机翼北面端点电势最高 B．机翼南面端点电势最高 C．机翼两端的电势差约为0.51V D．机翼两端的电势差约为0.14V 【答案】BD 【详解】AB．根据地球磁场方向判断，北京地区磁场的竖直分量方向为竖直向下，飞机在水平自东向西飞过天安门上空，可看作为该机的机翼做导体切割磁感线运动，根据右手定则，可以判断感应电流方向由北向南，则南面端点的电势较高。故A错误，B正确； CD．该机两翼端的电势差 故C错误，D正确。 故选BD。 5.如图是某种明暗交替的警示灯装置，磁铁可在水平方向做周期性往复运动。磁铁左右相同高度处固定有直径相同，但匝数不同的两个线圈。不考虑线圈间的互感，则磁铁左右运动过程中（　　） A．两个线圈中产生交变电流的周期不同 B．两个线圈中的磁通量始终相同 C．两个线圈中感应电动势的大小始终相同 D．两个线圈对磁铁的作用力方向始终相同 【答案】D 【详解】AB．磁铁的中心位于O点时，两个线圈的磁通量相等，磁铁距离左侧线圈最近时，左侧线圈的磁通量最大，右侧线圈的磁通量最小，此时两线圈的磁通量变化率均为零，两线圈产生的电动势均为零，磁铁距离右侧线圈最近时，左侧线圈的磁通量最小，右侧线圈的磁通量最大，此时两线圈产生的电动势也均为零，磁铁做周期性往复运动的过程中，当左侧线圈磁通量增加时，右侧线圈的磁通量就减少，故两个线圈磁通量的变化周期是相同的，磁通量可能相等，可能不等，故AB错误； D．磁铁运动过程中两线圈的磁通量变化率是相同的，因两线圈匝数不同，由法拉第电磁感应定律可知产生的电动势的大小不相等，故C错误； D．根据“来拒去留”可知，两个线圈对磁铁的作用力方向始终相同，故D正确。 故选D。 6.如图所示，甲图是游乐场的“空中摩托”设备示意图，为了缩短项目收尾时的制动时间，某兴趣小组设计了乙图所示的简化模型、平行光滑金属导轨AG和DE、GC和EF的间距均为L，与水平面夹角均为θ，在最低点G、E平滑连接且对称固定于水平地面上，导轨的两端AD、CF间均接有阻值为R的电阻，在导轨的NMGE和GEKJ两个矩形区域内存在着匀强磁场，磁感应强度大小均为B，方向分别垂直于两轨道平面向上；区域边界MN和JK的离地高度均为h。现将“空中摩托”简化为电阻为r，质量为m，长为L的导体棒QT，它垂直导轨由离地为H的高度处从静止释放，若导体棒QT第一次到达GE时速度大小为v，第一次到达JK时速度恰好为0，假设整个过程QT均垂直于导轨且与导轨接触良好，不计导轨电阻，不计空气阻力和摩擦，重力加速度为g，求： （1）导体棒QT第一次经过MN时它两端的电压大小； （2）导体棒QT从静止释放后到最终状态的整个过程中它的发热量； （3）导体棒QT从静止释放后到它第一次到达JK的时间。 【答案】（1）；（2）；（3） 【详解】（1）导体棒QT从静止释放到第一次经过MN的过程，由机械能守恒定律得 解得 导体棒QT第一次经过MN时产生的感应电动势为 导体棒QT第一次经过MN时它两端的电压为 （2）由于电磁感应产生电流，从而使QT的重力势能mgH全部转化为焦耳热，考虑到电路结构，故QT上的发热量为 （3）下滑阶段，由动量定理得 上滑阶段，由动量定理得 又 q1是下滑阶段通过QT的电荷量，q2是上滑阶段通过QT的电荷量。根据 知 q1=q2 所以解得 课 堂 小 结 磁通量的 “变化快慢”才是硬道理 咱今天的核心：不是“磁通量变没变”，而是“变得快不快”——就像赚钱，不是看赚了多少（变化量），是看多久赚的（变化率），感应电动势只认“磁通量变化率”这个老板！ 法拉第老爷子早就看穿：感应电动势E和磁通量变化率ΔΦ/Δt是“铁哥们”，成正比，还带个“小弟”n（线圈匝数），匝数越多，“势力”越壮大，E就越大～ 一句话总结：想搞出感应电动势？别纠结磁通量变了多少，让它“快快变”才管用——手摇发电机摇得越快，灯越亮，就是这道理！ 板 书 设 计 第2节 法拉第电磁感应定律 一、核心问题：咋让电动势“上线”？ 不是磁通量“变没变”，是变得“快不快”（磁通量变化率才是关键） 二、定律本尊（法拉第老爷子的“发现”） 1.内容：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 2.公式： · ：线圈匝数（“帮手”越多，电动势越给力） · ：磁通量变化率（“变身速度”，比变化量重要！） 三、关键辨析：别搞混“变化量”和“变化率” 物理量 类比理解 通俗说法 磁通量变化量 赚了多少钱 总量差 磁通量变化率 赚钱速度（日薪/时薪） 快慢程度 例：赚100万（大）花10年，不如赚10万花1个月（变化率大），后者“电动势”更强！ 四、应用：手摇发电机为啥摇越快灯越亮？ 摇得快→变化快→变大→变大→电流变大→灯更亮 作业 布置 1.完成教材课后习题，重点练习感应电动势与磁通量变化率的关系，结合法拉第定律分析具体情境。 2.设计一个小实验（如改变线圈转速或磁场强度），记录感应电动势的变化，并简要解释原理。 3.查阅资料，列举生活中利用法拉第电磁感应定律的实例（如发电机、变压器），说明其工作过程。 教学反思 1.部分学生操作感应电流实验时耗时过长，影响进度。应提前明确步骤，或改用模拟演示辅助理解，确保课堂效率。 2.学生能记住公式，但难以解释实际应用（如发电机原理）。需增加生活案例讨论，强化电磁感应与能量转化的关联。 3.学生基础差异导致部分人跟不上推导过程。后续可设计分层任务，如基础组聚焦现象观察，进阶组尝试公式推导。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $