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2019-2020年高中物理 《探究感應電流的方向》教案 滬科版選修3-2 一、教學目標 1、知識與技能 （1）理解楞次定律, 會運用定律解決有關問題。 （2）提高學生實驗能力、思維能力、推理能力和運用知識解決問題的能力. 2、過程與方法 （1）實驗探究:學生觀察實驗，分析實驗，探究物理規(guī)律，培養(yǎng)學生的觀察能力、自主探究能力。 （2）比較總結：通過對現(xiàn)象的分析、比較及總結規(guī)律的過程，培養(yǎng)學生的分析能力和歸納能力。 3、情感、態(tài)度、價值觀 （1）通過實驗探究過程，培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，樹立從實踐中來，再到實踐中去的辨證唯物主義世界觀。 （2）分組實驗，相互交流，師生互動培養(yǎng)學生的合作交流能力、 二、教學重點與難點 本節(jié)內容重點首先是實驗的探究過程，其次是對探究的結果進行分析、歸納和總結出楞次定律，并能正確的理解楞次定律。 本節(jié)內容難點是由探究結果分析、歸納和總結楞次定律以及對楞次定律的本質理解。 三、教具 （1）輕質閉合鋁環(huán)（或者用10匝細漆包線繞成的圓線圈替代，漆包線的接頭用焊錫焊牢，面積不宜過大）（2）條形強磁鐵（3）鐵架臺、細線等（4）靈敏電流計，線圈，導線等 四．教學過程 1、新課引入 （1）產(chǎn)生感應電流的條件是什么？ （2）在探究電磁感應的實驗中（如圖），請學生觀察將磁鐵插入線圈時，電流表的指針向什么方向偏轉？將磁鐵拔出線圈時，電流表的指針向什么方向偏轉？為什么會有不同的偏轉方向？這個實驗說明了什么？ （3）多媒體展示磁懸浮列車的運動（如右圖） 多媒體展示磁懸浮列車的原理圖：如圖所示是磁懸浮列車的原理圖,圖中A是圓柱形磁鐵,B是用高溫超導材料制成的超導圓環(huán),現(xiàn)將超導圓環(huán)B水平放在磁鐵A上,它就能在磁力的作用下懸浮在磁體A上方的空中.學生思考磁懸浮列車為什么能懸浮在空中？由此引入新課。 2．新課講授 一、分組實驗，探索研究 學生每兩人組成一個實驗小組，按教材中的實驗裝置1— 15(如右圖)進行實驗。教師強調要能觀察到明顯的現(xiàn)象，磁鐵接近或離開鋁環(huán)的速度要快。讓學生觀察實驗現(xiàn)象，并思考下列問題： 問題1、當條形磁鐵的任一端靠近鋁環(huán)和遠離鋁環(huán)時，分別看到什么現(xiàn)象？ 問題2、當條形磁鐵N極靠近鋁環(huán)時，鋁環(huán)被“排斥”，說明了鋁環(huán)中有了感應電流，能根據(jù)什么原理判斷此鋁環(huán)中感應電流的方向？ 問題3、當條形磁鐵的N極靠近和遠離鋁環(huán)時，穿過鋁環(huán)的磁通量是怎樣變化的？ 磁通量的變化與感應電流的磁場方向有無關系？ 問題4、能否采用此實驗法來研究感應電流的磁場方向與磁通量變化的關系？如何設計實驗表格？在學生討論的基礎上，學生自己設計出實驗表格。學生的表格是多樣性的，在多樣性的表格中選最佳的，如下表格供全體同學參考。 采取的措施 鋁環(huán)被吸引或被排斥（向左或右偏轉） 感應電流的磁場方向（向左或右） 原磁場的方向（向左或右） 原磁場的變化（增或減） 兩磁場方向的關系（相同或向反） 磁鐵N極插入 磁鐵N極從鋁環(huán)離開 磁鐵S極插入 磁鐵S極從鋁環(huán)離開 觀察并記錄當條形磁鐵N極或S極移近或插入輕質鋁環(huán)過程中鋁環(huán)的偏轉情況，并將實驗觀察到的結論填入表格中，然后用多媒體展示不同小組的表格填寫情況。 二、分析現(xiàn)象，得出結論 學生在完成表格填寫的同時，實際上也就完成了對實驗現(xiàn)象的分析。為降低難度，教師在巡視學生實驗時幫助點撥指導：當磁鐵靠近線圈時，線圈被推開，線圈本身無磁性，說明線圈中產(chǎn)生了感應電流，感應電流的磁場與磁鐵的磁場方向相反，根據(jù)安培定則可以判斷感應電流的方向。當磁鐵離開線圈時，線圈被吸引，說明線圈中產(chǎn)生了感應電流，感應電流的磁場與磁鐵的磁場方向相同。 教材圖1— 16（如右圖）是分析得出楞次定律得出的關鍵，利用多媒體展示這個圖形的動態(tài)過程。 在學生分析討論的基礎上，教師要引導學生分析由特殊到一般的規(guī)律：當閉合電路中原磁場的磁通量增大時，感應電流產(chǎn)生的磁場跟原磁場方向相反，阻礙原磁場磁通量的增加；當閉合電路中原磁場的磁通量減小時，感應電流產(chǎn)生的磁場跟原磁場方向相同，阻礙原磁場磁通量的減小，總結出楞次定律內容。 楞次定律：感應電流具有這樣的方向，就是感應電流的磁場總要阻礙引起感應電流的磁通量的變化。 通過上述實驗，引導學生認識到：凡是由磁通量的增加引起的感應電流，它所激發(fā)的磁場一定阻礙原來磁通量的增加；凡是由磁通量的減少引起的感應電流，它所激發(fā)的磁場一定阻礙原來磁通量的減少，在兩種情況中，感應電流的磁場都阻礙了原磁通量的變化。 引導學生逐字分析楞次定律的內容，討論阻礙的物理含義。并利用本節(jié)的實驗探究，總結出利用楞次定律判斷感應電流方向的步驟： （1）明確研究的閉合回路，判斷此回路中原磁場的方向 （2）判斷原磁場磁通量的增減情況 （3）根據(jù)楞次定律確定感應電流磁場方向 （4）根據(jù)安培定則確定感應電流的方向 應當指出的是，楞次定律雖然沒有直接明確感應電流的方向，但指出了感應電流的磁場方向，感應電流的方向只需進一步由安培定則確定。所以說楞次定律是判斷感應電流方向的普適規(guī)律。 三、提出問題，突破難點 教師提問：楞次定律的核心是什么？怎樣理解“阻礙變化”？ 學生對教師的提問展開討論，各抒己見。在學生討論的基礎上教師總結：楞次定律的核心是“阻礙變化”，“阻礙變化”并不是說感應電流的磁場方向總是跟原磁場方向相反，而是指當△＞0時，感應電流的磁場方向跟原磁場方向相反，阻礙磁通量的增大；當△Φ＜0時，感應電流的磁場方向總是跟原磁場方向相同，阻礙磁通量的減小。概括地說，即感應電流的磁場總是阻礙原磁場的磁通量的變化。 四、楞次定律與能量轉化 教師提問：在探究實驗中，鋁環(huán)機械能增加了，什么能量減少了？能量是怎樣轉化的？ 學生結合教材中的問題討論回答。教師再通過多媒體展示例題： (1)導體ab向右勻速運動，閉合回路的感應電流方向怎樣？能量是如何轉換的？學生根據(jù)閉合回路的磁通量增加，“感應電流的磁通量阻礙原磁通量的增加”，因此知道回路中感應電流為逆時針方向，在這一過程中外力克服磁場力做功，完成了機械能→電能→內能的轉化。 (2)條形磁鐵自上向下運動時，擱置在光滑軌道上的金屬棒ab、cd將如何運動，這個過程能量是怎樣轉化的？ 學生分析：通過閉合回路的磁通量增加，感應電流“阻礙原磁通增加”，盡管不知條形磁鐵下端是什么極，但可以肯定，導體ab、cd互相靠攏以阻礙內部磁通量增加。在這一過程中重力克服磁場力做功，完成了機械能→電能→機械能+內能的轉化。上述的“阻礙”過程，事實上就是一個其它形式能向電能轉化的過程。 教師總結：楞次定律實質上是能的轉化和守恒定律在電磁感應現(xiàn)象中的體現(xiàn)。 五、案例分析，得出右手定則 教材案例2（課本插圖1— 18）：引出了右手定則，右手定則是課程標準規(guī)定的內容，通過本案例讓學生知道楞次定律與右手定則都能判斷感應電流的方向。右手定則可以看作是楞次定律的特殊情況。對于閉合電路的一部分導體切割磁感線而產(chǎn)生感應電流的情況，用右手定則來判斷感應電流的方向往往比用楞次定律簡便。 六．課堂講練，鞏固知識 教材案例1（課本插圖1— 17）：由學生討論完成 案例3：解釋引入新課時的磁懸浮列車的原理圖，再用多媒體展示：如圖所示是磁懸浮列車的原理圖,圖中A是圓柱形磁鐵,B是用高溫超導材料制成的超導圓環(huán),現(xiàn)將超導圓環(huán)B水平放在磁鐵A上,它就能在磁力的作用下懸浮在磁體A上方的空中. A.當B放入磁場的過程中,B中將產(chǎn)生感應電流；當穩(wěn)定后,感應電流消失. B.在B放入磁場的過程中,B中將產(chǎn)生感應電流；當穩(wěn)定后,感應電流仍存在. C.如A的N極朝上,B的感應電流方向如圖中所示. D.如A的N極朝上,B中的感應電流方向與圖中所示相反 答案：BD 案例4：如圖所示，導體桿ab向右運動對，請用兩種方法判斷電路中產(chǎn)生的感應電流方向。通過學生分析，讓學生體會用楞次定律判定感應電流的方向跟用右手定則判斷的結果是一致的，對于閉合電路的一部分導體切割磁感線而產(chǎn)生感應電流的情況，用右手定則來判斷感應電流的方向往往比用楞次定律簡便。 4．小結 在電磁感應現(xiàn)象中，確定感應電流的方向是一個重要問題。當穿過閉合電路的磁通量無論經(jīng)何種方式發(fā)生變化時，閉合電路中都要產(chǎn)生感應電流，感應電流的磁場方向總可由楞次定律得以確定，所以說楞次定律是判定感應電流方向的普適規(guī)律。當閉合電路的磁通量變化由閉合電路的一部分導體作切割磁感線運動而引起時，感應電流的方向用右手定則判定比較方便，所以說右手定則是楞次定律的特殊情況。 5．布置家庭作業(yè)與活動 6．設計說明 “楞次定律”是高中物理電磁學部分的重要內容，傳統(tǒng)的教學設計是：教師演示實驗→學生觀察實驗→教師引導學生分析得出楞次定律→講解例題→課堂訓練→課后鞏固，按照這樣的流程操作，雖然也能讓學生學會如何應用楞次定律來判斷感應電流的方向，但不難看出這種教學模式仍為“師傳生受”，學生還是被動地接收知識，即使學會了，也不能算會學，而且學生的創(chuàng)新精神和實踐能力亦難以得到進一步培養(yǎng)?！段锢?—2》中“探究感應電流方向”是一節(jié)科學探究課，采用“探究式”教學，即：“創(chuàng)設一個問題情景→學生討論→猜想→設計實驗→探索實驗→分析實驗現(xiàn)象→得出楞次定律→課堂講練→鞏固練習”。教材中給出的實驗裝置簡單，實驗操作過程也簡單。為了實驗現(xiàn)象明顯，宜采用磁性較強的圓柱型磁鐵，該強磁鐵市場能買到。細線長度約為60cm，輕質鋁環(huán)可以用十匝細漆包線繞成的圓線圈替代，漆包線的接頭用焊錫焊牢，面積不宜過大，以方便柱形磁鐵插入和抽出圓線圈為宜。這種通過讓學生自己動手操作、動眼觀察、動腦思考，引導他們自己獲取知識，不僅活躍了課堂氣氛，還發(fā)展了學生的思維能力和創(chuàng)新能力。如果這個實驗現(xiàn)象不太明顯，也可以采用楞次定律演示儀，如圖所示。其原理和操作過程與教材中實驗相似。