【物理】法拉第电磁感应定律实验探究说课文稿 2023-2024学年高二下学期鲁科版（2019）选择性必修第二册.docx

说课题目法拉第电磁感应定律实验探究一、使用教材普通高中教科书（山东科学技术出版社）选择性必修第二册第2章第2节法拉第电磁感应定律。二、实验器材电压传感器数据采集器可改变匝数线圈磁场强度传感器电动机调速器可旋转强磁铁（一）仪器装置图（正面和侧面）线圈电动机调速器电动机图1 仪器装置图（正面） 图2 仪器装置图（侧面）（二）仪器组成与使用：装置支架为亚克力材料，主要器件包含：电动机及调速器、强磁铁（銣铁硼）、电压传感器、磁场强度传感器、数据采集器及电脑等。利用电动机驱动磁铁转动产生非线性的交变磁场，使线圈的磁通量变化产生感应电动势，借助传感器采集实验数据，并用软件定量分析。三、实验的创新点（一）教材中实验的不足之处（1）教材中采用了如图3所示的实验，将条形磁铁以不同速度插入或拔出螺线管，根据电流计指针偏转情况，定性地得出感应电动势的大小与电路中磁通量变化的快慢有关。图3 教材中定性探究不足之处：教材中通过这个定性实验，直接给出了定量的结论即感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比，接着将N匝线圈视为由N个单匝线圈串联组成得到，没有进行定量探究。（2）教材在本节的最后，提供了如图所示的DIS实验，虽然能进行定量探究，但仍然存在不足之处，如：无法定量探究感应电动势E与匝数N的关系、存在局限性只能探究磁场线性变化情况下的电磁感应定律。图4 教材中DIS定量探究（二）本实验的创新之处（1）实验器材的创新利用电动机驱动磁铁转动产生非线性的交变磁场，使线圈的磁通量变化产生感应电动势，借助传感器采集实验数据，并用与朗威公司工程师合作开发的新软件进行定量分析，实现在非线性变化的磁场下探究感应电动势E与线圈匝数N、磁感应强度变化率和线圈面积S的关系。（2）实验设计的创新1）实验中需得出磁感应强度变化率，实现方式是：利用新软件对采集到的B-t数据进行求导，得出关系。2）实验中需控制不变，实现方式是：控制磁铁转速恒定，不改变交变磁场的规律，使磁感应强度变化率的最大值不变。改变N或S时，利用新软件找到感应电动势最大值，该值与磁感应强度变化率的最大值一一对应。四、实验原理线圈面积不随时间变化时，有. 因此利用控制变量法，探究感应电动势E与线圈匝数N、磁感应强度变化率和线圈面积S的关系。（一）通过对磁感应强度B求导，得出，控制N和S不变，找到多组同一时刻的E和的数据，利用最小二乘法拟合，探究E和的关系。（二）在改变改变N或S时，通过控制磁铁转速恒定，使磁感应强度变化率的最大值不变，实现控制不变，接着利用新软件找到感应电动势最大值，该值与一一对应，拟合多组或实现探究。五、实验教学目标（一）物理观念通过实验，理解法拉第电磁感应定律。（二）科学思维对实验现象能用科学的思维方法进行分析、判断、推理，总结出感应电动势的大小与磁通变化率、匝数的关系。（三）科学探究会用控制变量法进行定性、定量的实验探究，体验探究实验的一般过程、方法，能对探究过程情况进行交流和质疑。（四）科学态度与责任通过对法拉第电磁感应定律在生活中的应用，培养学生应用定律发现问题、解决问题的能力。从感应电动势的大小与什么因素有关的问题的提出，到实验探究，归纳总结出物理规律并加以运用, 体验自然规律探究的艰辛、方法与喜悦，提高学生对科学探究的兴趣，提升科学态度与责任。六、实验教学内容利用控制变量法，探究感应电动势与线圈匝数、磁感应强度变化率和线圈面积的关系。七、实验教学过程（一）定性探究，初步认知（1）学生按教材中的实验进行分组探究，定性地得出感应电动势的大小与电路中磁通量变化的快慢有关。图5 学生分组定量探究（2）引导学生控制磁铁从同一高度自由释放，改变线圈匝数重新进行实验，定性地得出感应电动势的大小与线圈匝数有关。（二）定量探究，建构规律磁通量变化的快慢可以用磁通量的变化率来描述，在学生已学过的数学知识中，可以用磁通量对时间的导数来表示磁通量的变化率。在线圈面积不随时间变化的情况下，因此本实验探究与的关系即与的关系。（1）实验一：控制和不变，探究出和的正比关系。图6 实验一探究结果（2）实验二：控制和不变，探究出和的正比关系。图7 实验二探究结果（3）实验三：控制和不变，探究出和的正比关系。图8 实验三探究结果根据实验结果，建构出电磁感应定律.（三）课后拓展，研究学习（1）通过电磁感应定律的学习，引导学生课后开展小组研究性学习，查阅资料并制作小实验，如简易风速仪、自行车车灯等。图9 简易风速仪 图10 自行车车灯（2）课后了解电磁感应定律在生活中的各种应用，如门禁卡、无线充电等。八、实验效果评价（一）理解物理本质定量测得与成正比，理解感应电动势大小与磁通量的变化率的关系。（二）实验的普适性实现在非线性交变磁场下定量探究电磁感应定律，利用传感器和开发的新软件也能实现任意变化的磁场下电磁感应定律的定量探究。（三）核心素养提升通过老师用自制创新教具开展探究式教学和课后学生自制创新实验，培养了学生的实验探究能力和创新能力，提升了学生的科学思维和科学探究核心素养。学科网（北京）股份有限公司