《电磁感应》教学中的知识衔接与整合 福建省莆田第十中学 物理组 林秀花 《电磁感应》这一章鲁科版教材编排内容只有三节，在高中物理知识的整体教学过程中，它既与电场、磁场和恒定电流，闭合电路欧姆定律有紧密联系，又是后面学习交流电、电磁振荡和电磁波的基础，也是能量守恒和动能定理运用最普遍的内容。法拉第电磁感应定律是电磁学的核心内容。它既是教学重点，也是教学难点。如何让本章课起到承上启下使所学知识连贯，达到前呼后应的作用呢？教学过程中应做好铺垫，有意识的进行知识迁移和整合。 一、电磁感应与电场、磁场和恒定电流的过渡与渗透 备课要对教材整体作个规划，在吃透高中教材全部内容的基础上，进行有步骤的、循序渐进的教学 奥斯特实验架起了一座连通电和磁的桥梁，此后人们对电能生磁已深信不疑，但磁能否生电呢？在磁能否生电这个问题上，十九世纪初有几位物理学家进行了不懈的探索，英国物理学家法拉第坚信，电与磁决不孤立，有着密切的联系．为此，他做了许多实验，想得到在磁场中产生电流需要的条件，他以坚韧不拔的意志历时10年，终于找到了这个条件，从而开辟了物理学又一崭新天地．这一发现具有划时代的贡献，是十九世纪最伟大的发现，也是整个科学史上最伟大的发现之一。利用物理学史对学生进行情感态度和价值观的教育，并过渡引入电磁感应 课前要求学生复习几种特殊磁体和通电直导线、环形电流、通电螺线管周围的磁感线分布，有利于新课程教学。 学生探究完成以下三个实验，并思考讨论：如下图所示的三个实验中，分别是哪部分相当于电源？ 图3 图2 图1 图1中电源是导体棒AB，图2中电源是螺线管B，图3中电源也是螺线管B。 学生通过实验探究出电磁感应产生的条件、及影响感应电动势大小的因素， 利用多媒体课件，创设物理情境，启发、引导学生按照新课标中科学探究的七个要素进行实验探究。达到“问题由学生自己提出，方法由学生自主确定，实验由学生自主设计，证据让学生自己收集，规律让学生自主发现，结论让学生自己得出，最后问题由学生自主解决”的目的。本章课的一大特点是实验多，通过实验让学生观察、讨论、分析、归纳、总结。 让学生在探究过程中体验解决问题的成功喜悦，增进学生学习物理的情感。 通过学生之间的讨论、交流与协作探究，培养学生之间的团队合作精神。 教师启发学生探究各实验中能量之间的转化关系，指出感应电动势才是电磁感应现象的本质，电磁感应现象重要的是：是否产生了感应电动势？ 二、注意细节方面的讲解，包括矩形线框从不同方位观察的侧视图的图形画法，培养学生空间想象能力、立体感和抽象思维能力 教学内容 要承上启下，要为后面的知识点做个铺垫，使学生前后所学内容衔接起来，并为后面所教知识埋下伏笔，因为该图形不只是在电磁感应这一章中需要搞清楚，在交变电流中矩形线框在匀强磁场中绕垂直磁感线的轴转动也要分析讲解，在这里可先给做个剖析，并指出后面学习交变电流中也需要画各种侧视图。 如利用导体棒切割磁感线产生感应电动势，进行知识迁移和整合 学生思考讨论：如图所示把矩形线框abcd放在磁感应强度为B的匀强磁场里，线框平面跟磁感线垂直。设线框可动部分ab的长度是Ｌ，以速度υ向右做匀速直线运动，产生的感应电动势怎么表示？ 图4 图5 在Δt时间内可动部分由原来的位置ab移到a1b1，这时线框的面积变化量 让学生总结上述物理过程成立的条件是：⑴匀强磁场；⑵B、L、υ相互垂直，该公式由导体做匀速直线运动推导得到，但也适用于e-t瞬时关系 当V与B方向不垂直，而是与磁场方向有夹角θ。此时产生的感应电动势又如何表示呢？ 我们知道，只有在导体棒做切割磁感线运动时，才产生感应电动势，若导体棒平行磁感线运动，则不能产生感应电动势。所以可将其速度分解为垂直磁感线的分量υ1＝υsinθ和平行磁感线的分量υ2＝υcosθ，后者不切割磁感线，不产生感应电动势。前者切割磁感线，产生的感应电动势为Ｅ＝BLυ1＝BLυsinθ。 可见，导体棒切割磁感线时产生的感应电动势的大小，跟磁感应强度B、导线长度L、运动速度υ以及运动方向和磁感线方向的夹角θ的正弦sinθ成正比。 通过本节课的学习，让学生掌握计算感应电动势大小的方法，理解公式 三、电磁感应与交变电流、电磁振荡和电磁波的联系 课前让学生明确电感器元件在电路中作用的情况下，进一步指出电感器对交变电流的阻碍作用表现在自感电动势阻碍线圈中电流的变化，在这个过程中，一部分电能转变为磁场能储存在线圈的磁场中，随着电流的变化，这些磁场能又转变成电能，让学生根据前面所学的电磁感应和楞次定律内容画出各时刻对应的e-t,i-t图形
经过电磁感应对侧视图的分析，让学生对应画出（a）（b）（c）（d）（e）从前面观察的截面图为甲、乙、丙、丁、戊，并对应分析得出各时刻速度方向与磁场方向关系、画出各时刻磁通量与时间的关系和磁通量的变化率 通过交变电流的学习进一步理解电磁感应和楞次定律，并通过实验观察结果掌握好楞次定律，线圈在匀强磁场中转动则穿过线圈的磁通量不断发生变化，可用楞次定律加以判断和验证，并指出能量转化关系。 四、电磁感应与安培力及楞次定律之间的因果联系 楞次定律是俄国物理学家楞次通过大量的实验研究后总结出来的，它是判断感应电流方向普遍适用的法则，感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化. 这句定律内容高度概括，（1）楞次定律本身是判断感应电流方向的，但定律本身并没有直接表述感应电流方向如何，而表述的是感应电流的磁场如何。（2）学生对“阻碍”二字的理解往往会产生误区，把阻碍原磁场的磁通量变化，理解为阻碍原磁场。因此，楞次定律的理解是教学的重点、难点。但是由于产生感应电流的情景有好多种，所以楞次定律的表述也有好几种，主要有以下五种： 1.闭合线圈的面积不变，感应电流是因磁场变化引起的则感应电流的磁场阻碍原磁场的变化——克强助弱； 2.磁场不变，感应电流是因回路面积变化而产生的则感应电流的磁场阻碍其面积的变化。 3.感应电流是因为导体与磁场的相对运动产生的则感应电流的磁场阻碍它们的相对运动——“去则吸引，来则排斥”。 4.感应电流是因自身的电流变化而产生的则感应电流的磁场阻碍电流的变化。（这一点将在自感现象中遇到） 5.感应电流是因为闭合电路中的一部分导体切割磁感线产生的，则用右手定则判断感应电流的方向。右手定则是楞次定律的特例，根据楞次定律切割磁感线产生的安培力一定阻碍切割磁感线的运动。由于感应电流还会引起安培力,安培力的作用效果也在电磁感应中也遵循“阻碍原磁通量变化”的规律,所以将楞次定律从安培力的作用效果的角度将其精练表达为:(1)阻碍相对运动:来拒去留;(2)安培力引起的还有增反减同，整个过程也要突出强调能量守恒。 楞次定律的进一步加强学习，让学生对电磁学的学习有更深层次的认识和理解 五、电磁感应、安培力及楞次定律与闭合电路欧姆定律、动能定理、能量守恒等知识的联系和综合应用 学生各种能力的发展，是和他们在学习中的相关行为联系在一起的。要发展某种能力，就必须经历相应的学习过程。为了巩固知识提高应用知识的能力，应结合相关练习进行补充和训练。 例1，如图所示，光滑的平行水平金属导轨MN、PQ相距l，在M点和P点间连接一个阻值为R的电阻，在两导轨间cdfe矩形区域内有垂直导轨平面竖直向上、宽为d的匀强磁场，磁感应强度为B。一质量为m、电阻为r、长度也刚好为l的导体棒ab垂直搁在导轨上，与磁场左边界相距d0。现用一个水平向右的力F拉棒ab，使它由静止开始运动，棒ab离开磁场前已做匀速直线运动，棒ab与导轨始终保持良好接触，导轨电阻不计，F随ab与初始位置的距离x变化的情况如图，F0已知。求： （1）棒ab离开磁场右边界时的速度 （2）棒ab通过磁场区域的过程中整个回路所消耗的电能 （3）d0满足什么条件时，棒ab进入磁场后一直做匀速运动 解答：（1）设离开右边界时棒ab速度为 对棒有： 解得： （2）在ab棒运动的整个过程中，根据动能定理： 由功能关系： 解得： （3）设棒刚进入磁场时的速度为 当 解答：（1）设导体杆在F的作用下运动至磁场的左边界时的速度为v1,由动能定理得 导杆刚进入磁场时产生的感应电动势E=Blv1 此时通过导体杆的电流大小I=E/(R+r)= 根据右手定则可知，电流的方向为由b指向a （2）设导体离开磁场时的速度为v2，运动到圆轨道最高点的速度为v3，因导杆恰好能以最小速度通过圆轨道最高点，由牛顿第二定律有 导体杆从 解得 v2= （3）导体杆穿过磁场的过程中损失的机械能 导体杆穿过磁场的过程中整个电路产生的焦耳热 兴趣是个体积极探究某种事物或进行某种活动，并在其中产生对积极情绪体验的心理倾向。物理学是一门以实验为基础的自然科学，在教学过程中，重视对学生学习物理兴趣的培养，就会使他们在愉快心情下进行主动的学习，形成兴奋中心，注意力集中，提高学习效率。电磁感应教学应让学生在探究实验中充分感受到物理是有趣的，启发式教学方法，进行知识整合和迁移贯穿教学的每个环节，而且环环紧扣，步步深入，承上启下， 培养学生的创新思维方法 |
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