电磁感应教学设计方法探究

范兴祥

【摘 要】 电磁感应是高中物理选修3-2的第一章内容，涉及考点有探究电磁感应的产生条件、法拉第电磁感应定律、楞次定律、感生电动势和动生电动势、互感和自感、涡流，是历年高考的重点、难点，也是热点，特别是经常将电磁感应与电路规律、力学规律、电场规律、磁场规律、能量转化问题、数学函数与图像等相结合，试题的难度和广度均有明显体现。因此，如何做好教学设计，如何把握好教学重点，是老师需要研究的课题。

【关 键 词】 电磁感应；教学设计；重要考点

一、明确教学重点和流程

第一，学情分析。本课题是大学物理中电磁感应部分的一个重要内容，是学习后续内容的前提和基础，也是统领第八章的纲要。学生已学习了《静电场》与《稳恒磁场》的内容，为本课题的学习奠定了理论基础。中学楞次定律的学习，便于学生理解电磁感应定律数学表达式中“一”的具体物理意义。

第二，教学目标。知识目标：理解产生电磁感应现象的条件；掌握电磁感应定律的内容；了解电磁感应定律的应用。能力目标：增强学生的探究兴趣，培养学生严谨的物理思维方法，提高学生运用电磁感应定律分析问题解决实际问题的能力。情感目标：通过三峡水电站的介绍，增强学生们的民族自信心和自豪感。

第三，要采用有新意的教学引入，为本课题开一个好头。如1820年奥斯特发现电流磁效应；1831年8月，法拉第通过一系列的实验发现了“磁生电”现象；1831年11月24日，法拉第向皇家学会提交的一个报告中，把这种现象定名为“电磁感应现象”，并概括了可以产生感应电流的五种类型：变化着的电流、变化着的磁场、运动的稳恒电流、运动的磁铁、在磁场中运动的导体。这样的设计意图在于，通过物理学史，介绍科学家探索磁生电的过程，使学生体会科学发现的不易，进入本节课教学。并设疑：在现在我们看来，法拉第总结的这五种类型都是引起了某一个物理量的变化，具体是哪个物理量呢？下面就来研究一下电磁感应现象，探究一下磁生电的条件。

二、教授重要考点

（一）法拉第电磁感应定律

这是本课题最核心的知识和考点。需要通过经典例题引导学生正确理解知识、掌握解题方法。如某学习小组设计了一种发电装置如图2甲所示，图乙为其俯视图。将8块外形相同的磁铁交错放置组合成一个高h=0.5m、半径r=0.2m的圆柱体，其可绕固定轴OO′逆时针（俯视）转动，角速度ω=100rad/s。设圆柱外侧附近每个磁场区域的磁感应强度大小均为B=0.2T、方向都垂直于圆柱体侧表面。紧靠圆柱体外侧固定一根与其等高、电阻R1=0.5Ω的细金属杆ab，杆与轴OO′平行。图丙中阻值R=1.5Ω的电阻与理想电流表A串联后接在杆a、b两端。下列说法正确的是（ ）

A. 电流表A的示数约为1.41A

B. 杆ab移产生的感应电动势的有效值E=2V

C. 电阻R消耗的电功率为2W

D. 在圆柱体转过一周的时间内，流过电流表A的总电荷量为零

导线切割磁感线运动产生感应电动势的即时值用公式E=BLv计算，杆ab移产生的感应电动势的有效值E=2V，B正确；电流表A的示数I===1A，A错误；电阻R消耗的电功率为P=I2R=1.5W，C错误；电量q=It=

t===，在圆柱体转过一周的时间内，流过电流表A的总电荷量为零。D正确。故答案为BD。

讲解例题时，老师还要做好方法总结：E=是求整个回路的总电动势，并且求出的是△t时间内的平均感应电动势，而公式E=BLV求出的只是切割磁感线的那部分导体中的感应电动势，不一定是回路中的总感应电动势，并且它一般用于求某一时刻的瞬时感应电动势。

（二）电磁感应中的电路问题

这是本课题中较难的知识，需要老师通过例题引导学生做知识迁移，掌握相关解题方法。例如：两根足够长的光滑平行直导轨MN、PQ与水平面成θ角放置，两导轨间距为L，M、P两点间接有阻值为R的电阻。一根质量为m的均匀直金属杆ab放在两导轨上，并与导轨垂直。整套装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨平面向上，导轨和金属杆接触良好，它们的电阻不计。现让ab杆由静止开始沿导轨下滑。

（1）求ab杆下滑的最大速度vm；

（2）ab杆由静止释放至达到最大速度的过程中，电阻R产生的焦耳热为Q，求该过程中ab杆下滑的距离x及通过电阻R的电量q。

根据法拉第电磁感应定律、欧姆定律、安培力公式和牛顿第二定律，有：E=BLv，I=，FA=BIL，mgsinθ-FA=ma，即mgsinθ-=ma，当加速度a为零时，速度v达最大，速度最大值vm=

（2）根据能量守恒定律有mgxsinθ=mv+Q，得x =+

（3）根据电磁感应定律有=

根据闭合电路欧姆定律有=

感应电量q=Δt==

得q=+

对于电磁感应中的能量转化问题，应弄清在过程中有哪些能量参与了转化，什么能量减少了，什么能量增加了，由能的转化和守恒定律即可求出转化的能量。能量的转化和守恒是通过做功来实现的，安培力做功是联系电能与其他形式的能相互转化的桥梁。因此，也可由功能关系（或动能定理）计算安培力的功，从而确定电能与其他形式的能相互转化的量。

（三）电磁现象中的功能关系

功能关系在近几年高考中常考，需要学生引起高度重视，尤其在新高考实施之后，老师更应该引导学生掌握。可举例题如：

如图所示，在与水平面成θ=30°角的平面内放置两条平行、光滑且足够长的金属轨道，其电阻可忽略不计。空间存在着匀强磁场，磁感应强度B=0.20T，方向垂直轨道平面向上。导体棒ab、cd垂直于轨道放置，且与金属轨道接触良好构成闭合回路，每根导体棒的质量m=2.0×10-2kg，回路中每根导体棒电阻r=5.0×10-2Ω，金属轨道宽度l=0.50m。现对导体棒ab施加平行于轨道向上的拉力，使之匀速向上运动.在导体棒ab匀速向上运动的过程中，导体棒cd始终能静止在轨道上。g取10m/s2。

老师可做如下设问：（1）导体棒cd受到的安培力大小；（2）导体棒cd运动的速度大小；（3）拉力对导体棒ab做功的功率。并为学生解答：

（1）导体棒cd静止时受力平衡，设所受安培力为F安，则F安=mgsinθ=0.10N。

（2）设导体棒ab的速度为v，产生的感应电动势为E，通过导体棒cd的感应电流为I，则E=Blv，I=，F安=BIl，解得v==1.0m/s。

（3）设对导体棒ab的拉力为F，导体棒ab受力平衡，则F=F安+mgsinθ=0.20N，拉力的功率P=Fv=0.20W。

方法总结：导轨上双金属棒运动切割磁感线产生感应电动势的模型的处理方法一般用动量守恒和能量守恒处理。

三、善于为课堂做总结

通过对物理教材和高中物理课程教材的分析，本次课题的设计使得教学内容更紧密联系实际。除了有精心的课程设置，也有与考试密切相关的考点分析，更有解题思维和方法的指导。

教师一方面采用传统实验演示，另一方面充分利用各种现代教学技术手段，全面整合文本形式、图片、试题等教学资源，引导学生进行分析推倒，发挥学生的主观能动性，培养学生分析能力和利用所学知识解决实际问题的能力。通过对电磁感应在实际应用中的介绍，锻炼学生解题能力的同时也锻炼了其发散性思维。

【参考文献】

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[2] 张晴，李汉军，袁晓梅. 劈尖干涉教学设计案例[J]. 教学探索与实践，2010（12）：128～130.

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