電磁感應教學設計方法探究

范興祥

【摘 要】 電磁感應是高中物理選修3-2的第一章內容，涉及考點有探究電磁感應的產生條件、法拉第電磁感應定律、楞次定律、感生電動勢和動生電動勢、互感和自感、渦流，是歷年高考的重點、難點，也是熱點，特別是經常將電磁感應與電路規律、力學規律、電場規律、磁場規律、能量轉化問題、數學函數與圖像等相結合，試題的難度和廣度均有明顯體現。因此，如何做好教學設計，如何把握好教學重點，是老師需要研究的課題。

【關 鍵 詞】 電磁感應；教學設計；重要考點

一、明確教學重點和流程

第一，學情分析。本課題是大學物理中電磁感應部分的一個重要內容，是學習后續內容的前提和基礎，也是統領第八章的綱要。學生已學習了《靜電場》與《穩恒磁場》的內容，為本課題的學習奠定了理論基礎。中學楞次定律的學習，便于學生理解電磁感應定律數學表達式中“一”的具體物理意義。

第二，教學目標。知識目標：理解產生電磁感應現象的條件；掌握電磁感應定律的內容；了解電磁感應定律的應用。能力目標：增強學生的探究興趣，培養學生嚴謹的物理思維方法，提高學生運用電磁感應定律分析問題解決實際問題的能力。情感目標：通過三峽水電站的介紹，增強學生們的民族自信心和自豪感。

第三，要采用有新意的教學引入，為本課題開一個好頭。如1820年奧斯特發現電流磁效應；1831年8月，法拉第通過一系列的實驗發現了“磁生電”現象；1831年11月24日，法拉第向皇家學會提交的一個報告中，把這種現象定名為“電磁感應現象”，并概括了可以產生感應電流的五種類型：變化著的電流、變化著的磁場、運動的穩恒電流、運動的磁鐵、在磁場中運動的導體。這樣的設計意圖在于，通過物理學史，介紹科學家探索磁生電的過程，使學生體會科學發現的不易，進入本節課教學。并設疑：在現在我們看來，法拉第總結的這五種類型都是引起了某一個物理量的變化，具體是哪個物理量呢？下面就來研究一下電磁感應現象，探究一下磁生電的條件。

二、教授重要考點

（一）法拉第電磁感應定律

這是本課題最核心的知識和考點。需要通過經典例題引導學生正確理解知識、掌握解題方法。如某學習小組設計了一種發電裝置如圖2甲所示，圖乙為其俯視圖。將8塊外形相同的磁鐵交錯放置組合成一個高h=0.5m、半徑r=0.2m的圓柱體，其可繞固定軸OO′逆時針（俯視）轉動，角速度ω=100rad/s。設圓柱外側附近每個磁場區域的磁感應強度大小均為B=0.2T、方向都垂直于圓柱體側表面。緊靠圓柱體外側固定一根與其等高、電阻R1=0.5Ω的細金屬桿ab，桿與軸OO′平行。圖丙中阻值R=1.5Ω的電阻與理想電流表A串聯后接在桿a、b兩端。下列說法正確的是（ ）

A. 電流表A的示數約為1.41A

B. 桿ab移產生的感應電動勢的有效值E=2V

C. 電阻R消耗的電功率為2W

D. 在圓柱體轉過一周的時間內，流過電流表A的總電荷量為零

導線切割磁感線運動產生感應電動勢的即時值用公式E=BLv計算，桿ab移產生的感應電動勢的有效值E=2V，B正確；電流表A的示數I===1A，A錯誤；電阻R消耗的電功率為P=I2R=1.5W，C錯誤；電量q=It=

t===，在圓柱體轉過一周的時間內，流過電流表A的總電荷量為零。D正確。故答案為BD。

講解例題時，老師還要做好方法總結：E=是求整個回路的總電動勢，并且求出的是△t時間內的平均感應電動勢，而公式E=BLV求出的只是切割磁感線的那部分導體中的感應電動勢，不一定是回路中的總感應電動勢，并且它一般用于求某一時刻的瞬時感應電動勢。

（二）電磁感應中的電路問題

這是本課題中較難的知識，需要老師通過例題引導學生做知識遷移，掌握相關解題方法。例如：兩根足夠長的光滑平行直導軌MN、PQ與水平面成θ角放置，兩導軌間距為L，M、P兩點間接有阻值為R的電阻。一根質量為m的均勻直金屬桿ab放在兩導軌上，并與導軌垂直。整套裝置處于磁感應強度為B的勻強磁場中，磁場方向垂直于導軌平面向上，導軌和金屬桿接觸良好，它們的電阻不計。現讓ab桿由靜止開始沿導軌下滑。

（1）求ab桿下滑的最大速度vm；

（2）ab桿由靜止釋放至達到最大速度的過程中，電阻R產生的焦耳熱為Q，求該過程中ab桿下滑的距離x及通過電阻R的電量q。

根據法拉第電磁感應定律、歐姆定律、安培力公式和牛頓第二定律，有：E=BLv，I=，FA=BIL，mgsinθ-FA=ma，即mgsinθ-=ma，當加速度a為零時，速度v達最大，速度最大值vm=

（2）根據能量守恒定律有mgxsinθ=mv+Q，得x =+

（3）根據電磁感應定律有=

根據閉合電路歐姆定律有=

感應電量q=Δt==

得q=+

對于電磁感應中的能量轉化問題，應弄清在過程中有哪些能量參與了轉化，什么能量減少了，什么能量增加了，由能的轉化和守恒定律即可求出轉化的能量。能量的轉化和守恒是通過做功來實現的，安培力做功是聯系電能與其他形式的能相互轉化的橋梁。因此，也可由功能關系（或動能定理）計算安培力的功，從而確定電能與其他形式的能相互轉化的量。

（三）電磁現象中的功能關系

功能關系在近幾年高考中常考，需要學生引起高度重視，尤其在新高考實施之后，老師更應該引導學生掌握。可舉例題如：

如圖所示，在與水平面成θ=30°角的平面內放置兩條平行、光滑且足夠長的金屬軌道，其電阻可忽略不計。空間存在著勻強磁場，磁感應強度B=0.20T，方向垂直軌道平面向上。導體棒ab、cd垂直于軌道放置，且與金屬軌道接觸良好構成閉合回路，每根導體棒的質量m=2.0×10-2kg，回路中每根導體棒電阻r=5.0×10-2Ω，金屬軌道寬度l=0.50m。現對導體棒ab施加平行于軌道向上的拉力，使之勻速向上運動.在導體棒ab勻速向上運動的過程中，導體棒cd始終能靜止在軌道上。g取10m/s2。

老師可做如下設問：（1）導體棒cd受到的安培力大小；（2）導體棒cd運動的速度大小；（3）拉力對導體棒ab做功的功率。并為學生解答：

（1）導體棒cd靜止時受力平衡，設所受安培力為F安，則F安=mgsinθ=0.10N。

（2）設導體棒ab的速度為v，產生的感應電動勢為E，通過導體棒cd的感應電流為I，則E=Blv，I=，F安=BIl，解得v==1.0m/s。

（3）設對導體棒ab的拉力為F，導體棒ab受力平衡，則F=F安+mgsinθ=0.20N，拉力的功率P=Fv=0.20W。

方法總結：導軌上雙金屬棒運動切割磁感線產生感應電動勢的模型的處理方法一般用動量守恒和能量守恒處理。

三、善于為課堂做總結

通過對物理教材和高中物理課程教材的分析，本次課題的設計使得教學內容更緊密聯系實際。除了有精心的課程設置，也有與考試密切相關的考點分析，更有解題思維和方法的指導。

教師一方面采用傳統實驗演示，另一方面充分利用各種現代教學技術手段，全面整合文本形式、圖片、試題等教學資源，引導學生進行分析推倒，發揮學生的主觀能動性，培養學生分析能力和利用所學知識解決實際問題的能力。通過對電磁感應在實際應用中的介紹，鍛煉學生解題能力的同時也鍛煉了其發散性思維。

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