法拉第电磁感应定律的实验创新设计和教学设计

南京市金陵中学　崔卫国

一、实验教学目标

（一）借助自主设计的创新实验装置进行法拉第电磁感应定律的定量研究。

探究感应电动势E与匝数n、磁通量 φ ∆ 成正比，探究感应电动势 E 与磁通量变化的时间 t ∆ 成反比。

（二）通过定量的实验探究可以让学生对法拉第电磁感应定律有更为深刻的理性理解。

二、实验内容

（一）实验名称：探究法拉第电磁感应定律

（二）实验器材：自主设计的演示实验装置两套

第1套：绕有不同匝数线圈的竖直透明管（图1）、柱状强磁（图2）、电压传感器（图 3）

第2套：倾斜透明管（图4）、扇形线圈a、b（图5）、柱状强磁、电压传感器

三、实验教学设计思路

（一）设计背景

在高中阶段，法拉第电磁感应定律是实验教学实施中“难啃的骨头”，难在不容易定量说明。教师往往从定性的角度演示一些较为简单直观的实验，如可以形象地说明匝数越多，磁通量的变化越快，产生的电动势就会越大。因此，如何精确地探究法拉第电磁感应定律成为高中物理教学迫切需要突破的瓶颈。本人经过若干次的设计、实验、检测和改进，终于制作成一组简单可行，可以精确探究法拉第电磁感应定律的演示实验装置。

演示实验教学重点：探究感应电动势与匝数成正比，与磁通量的变化率成正比。

教学策略：控制变量法

（二）设计思路：

1. 控制磁通量变化率 t ∆∆φ相同，探究感应电压 E 与匝数 n 的关系。

在第1套装置中将不同匝数的线圈固定在的某一位置，测出柱状磁铁在管中下落到该位置时的电压，可以比较得到感应电动势与匝数成正比。

2.控制匝数n和变化时间 t ∆ 相同，探究感应电压E与磁通量变化 φ ∆ 的关系。

第2套装置中a、b线圈匝数相同，面积不等。在相同的实验时间内可以得到感应电压与磁通量的变化成正比。该实验操作方便，数据也比较精确，突破了该部分的教学难点。

3. 控制匝数 n 和磁通量的变化 φ ∆ 相同，探究感应电压 E 与时间 t ∆ 的关系。

通过第1套装置，将相同匝数线圈固定在不同的位置，从同一起点自由释放磁铁，可以得到感应电动势与时间成反比的结论。