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袁勇完整获奖版
《楞次定律》教学设计与课堂实录
教学目标:
知识与技能:
1.理解、掌握楞次定律;2.培养观察实验的能力以及对实验现象分析、归纳、总结的能力;3.能够熟练应用楞次定律判断感应电流的方向。
过程与方法:
1.通过实践活动,观察得到实验现象,再通过分析论证、归纳总结,得出结论;2.通过应用楞次定律判断感应电流的方向,培养学生应用物理规律解决实际问题的能力。
情感态度与价值观:
学会合作,体会科学探索过程的艰辛,体会物理定律的概括性和简洁性。
重点:
楞次定律的得出过程。
难点:
楞次定律的概括表述。
教法学法:
探究式教学、合作学习。
辅助手段、教具:
电磁炉、铝箔、楞次环、磁铁、易拉罐、自制线圈。
教学过程设计:
一、演示实验引入新课
将纸筒立在电磁炉上,套上环形铝箔,接通电源的瞬间,铝箔突然向上升起。
要解释为什么会发生这个现象,需要学习本节内容。
学生活动:
观看,认真思考。
设计意图:
设疑,激趣。
二、新课教学
1.提出问题。
要产生感应电流,只须使磁铁靠近或远离一个闭合回路即可,但是回路中产生的感应电流是微观的、不可见的。
怎样才能获知感应电流的方向?
学生活动:
小组讨论,回答问题。
设计意图:
转换思维方式,培养运用已有知识解决实际问题的能力,培养创造能力,预期生成性资源。
2.教师演示“楞次环”实验。
使磁铁靠近或远离铝环,引导学生发现二者间存在斥力或引力,继而提出问题:
若不借助刚才大家提出的各种手段,能否依据观察到的现象判断出铝环内的感应电流方向?
待各小组都找到办法后,请学生汇报。
同时教师进行板书,把具体办法体现在黑板上。
学生活动:
小组讨论,回答问题。
设计意图:
培养推理能力,使学生养成合作学习的习惯,及时鼓励,增强信心。
3.分组实验:
探究感应电流的方向遵循的规律。
(1)教师提问:
要找到具有普遍性的规律,须要多研究一些情况,从中进行归纳。
请学生思考讨论两个问题:
①若用这套铝环装置,还可以研究哪几个不同的情形?
②在具体实验过程中,应该记录哪些相关信息?
(此环节实际是让学生对影响感应电流方向的可能因素进行猜想。
)
学生活动:
小组讨论,汇报方案。
设计意图:
培养设计实验的能力,预期生成性资源。
(2)将要展开研究的情形和要记录的信息制成表格,并分组动手实验,填写表格。
学生活动:
动手实验,填写表格,汇报结果。
设计意图:
培养实验能力,提高实验素养。
4.请学生根据实验结果,归纳感应电流的方向遵循的规律。
学生活动:
积极思考,小组讨论,与教师互动探讨。
设计意图:
让学生经历由物理现象概括出物理规律的过程,追求物理规律的概括性和语言上的简洁性。
5.理解楞次定律。
从以下两个不同的角度体会楞次定律:
从磁通量变化角度——“增反减同”;从相对运动角度——“来拒去留”。
学生活动:
认真倾听,积极思考。
设计意图:
加深理解规律的内涵。
6.应用楞次定律解决实际问题。
(1)竞技小游戏。
教师介绍器材:
按上图原理缠绕的线圈,若产生顺时针电流则红色二极管亮,若产生逆时针电流则绿色二极管亮。
竞技要求:
使红色二极管亮,20秒思考讨论,20秒后请学生举起器材,做好预备动作,教师下口令,各组一起开始操作。
(2)体验小游戏。
利用分组实验器材,按下图操作,观察现象并尝试做出解释。
学生活动:
积极思考,动手操作。
设计意图:
练习使用楞次定律,培养合作精神。
7.课堂总结:
总结本节课的探究过程,让学生再次体会科学探究的一般过程。
结合板书指出科学发现和进步的循序渐进性,教育学生对历代科学家为人类文明进步做出的贡献心怀感恩。
学生活动:
回忆梳理。
设计意图:
升华认识。
8.板书设计:
第3节楞次定律
教学设计评析:
本节课在教学设计上突出了以下特点:
1.不拘泥于教材提供的探索实验,而是创造性地利用“楞次环”实验,装置简单,涉及因素少,现象明显且易于理解,很容易让学生自发地从实验中发现“感应电流的磁场”这一重要中介,易于总结概括出感应电流方向所遵循的规律。
2.充分贯彻《普通高中物理课程标准》,从探索实验中的“提出猜想”“设计实验”“根据实验结果归纳规律”,到“竞技游戏(线圈二极管实验)”、体验并解释“易拉罐实验”以及最后让学生解释“电磁炉实验”,处处给学生以自主学习、合作学习的时间和空间,充分体现了学生在课堂上的主体地位。
3.精彩纷呈的特色实验,可使学生怀着极大的兴趣完成整堂课的学习。
哈师大附中物理组多年来一贯倡导“实验、观察、探索、求真”,本节课设置的几个特色实验充分体现了这一深刻理念。
课堂实录(节选):
师:
请大家来观看一个小实验,注意观察!
(教师操作实验。
)
为什么通电瞬间铝箔会升起来?
要弄清楚这个问题,就需要学习本节课的内容。
通过上一节课的学习,我们已经知道了,要想产生感应电流,就要让穿过闭合回路的磁通量发生变化。
继续思考下去,自然地会产生新的疑问:
感应电流的方向和大小由哪些因素决定,具体遵循着怎样的规律?
本节课只研究感应电流的方向由哪些因素决定,以及遵循着怎样的规律。
如果由你来探索这个规律,你会发现:
改变磁通量容易做到,比如手持磁铁靠近回路,ф会增加,远离回路,ф会减少。
但是回路中即使产生了感应电流,也是微观的、不能用肉眼直接观察到的,你有办法确定感应电流的方向吗?
生1:
用灵敏电流计!
生2:
二极管或电流传感器!
生3:
将能够感知磁场的物体放在导线周围,比如小磁针!
师:
大家的办法都很好!
假如不使用这些手段,能否判断电流的方向呢?
我们来看这个装置(楞次环),用磁铁的N极逐渐插入铝环,你看到了什么现象?
生:
相斥!
师:
将N极先放在铝环中,再逐渐拔出,注意磁铁始终没有和铝环接触,你又看到了什么现象?
生:
相吸!
师:
假如不使用刚才提到的电流计、二极管等技术手段,而是用最简单的器材,能否知道当N极插入铝环的过程中产生的感应电流的方向呢?
(学生动手体验该过程,并讨论交流,多数人都得到方法后,请学生回答。
)
生:
将磁铁的N极靠近铝环时,看到铝环做远离磁铁的运动。
根据同极相斥,可知铝环靠近磁铁这一侧相当于N极,再根据安培定则,可以判断感应电流的方向。
(教师板书,把学生思路体现在黑板上。
)
师:
这个办法好!
判断出感应电流的磁场方向,相当于找到了感应电流的方向,因为二者间遵从安培定则。
看来B感这个中介很重要!
但是这只是一种情形,我们希望找到具有一般性的规律。
所以须要多研究一些情况,尝试从中归纳出更深层次的规律。
请大家思考两个问题:
第一,若用这套装置,除了让N极插入这个情形外,还可以研究哪几个不同的情形?
第二,具体按照各个情形进行实验的过程中,你认为应该记录哪些相关信息?
(小组讨论。
)
生:
总共可以研究四种情形:
N极插入、S极插入、N极拔出、S极拔出。
须要记录的信息应该有:
第一,产生的感应电流I感的方向。
第二,由于感应电流I感的方向是依据感应电流的磁场B感的方向结合安培定则判断出来的,所以要记录感应电流的磁场B感的方向,而先记录环形电流等效的N极和S极有利于确定感应电流的磁场B感的方向。
第三,要判断感应电流的磁场B感的方向,须要记录磁铁和铝环之间的相互作用(排斥或吸引)情况。
第四,因为要探究感应电流方向的普遍性的规律,而感应电流的产生普遍与磁通量变化有关,所以有必要记录原磁场的磁通量变化(增加或减少)情况以及B原的方向。
第五,因为感应电流的磁场B感的方向与产生感应电流的原磁场B原有关系,所以也有必要记录B感与B原的方向关系。
师:
好,梳理一下可以制成表格。
我把刚才已经完成的第一种情形的结果填上,大家按照我的示范,动手实验并填写其余三个情形的表格(表格填写情况略)。
现在各小组开始实验!
(完成实验后,由一个小组进行汇报,汇报内容在投影上体现。
)
师:
其他组和他填写的内容一致吗?
生:
一致!
师:
接下来,请各小组根据实验结果,试着归纳判断感应电流方向的规律!
(小组讨论后汇报。
)
生:
(表述①)感应电流具有这样的方向,即当磁铁靠近回路时,B感与B原反向;当磁铁远离回路时,B感与B原同向。
师:
很好!
这个表述的巧妙之处在于——表述了B感的方向,就相当于表述了I感的方向!
但是,物理定律的表述追求概括性和简洁性!
还能再浓缩提炼一下吗?
感应电流的产生条件是ф发生变化,可否从ф的角度表述呢?
(小组讨论。
)
生:
(表述②)感应电流具有这样的方向,即当穿过回路的磁通量增加时,B感与B原反向,当穿过回路的磁通量减小时,B感与B原同向。
师:
很好,能不能再把这两句话概括为一句话?
请注意:
穿过回路的磁通量无论是增加还是减少,都属于发生了“变化”!
B感对磁通量的变化起到的是促进作用吗?
生:
不是!
师:
那是什么作用?
生:
阻碍作用!
师:
你能据此做出更简洁、更概括的表述吗?
生:
(表述③)感应电流具有这样的方向,即感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
师:
很好!
这就是最早由物理学家楞次于1834年得出的“楞次定律”。
(投影给出楞次定律内容并配以楞次照片,生卒年代、国籍。
)
我们从不同角度来理解一下楞次定律。
第一,从磁通量角度……怎样理解楞次定律?
实际上,刚才同学们的汇报已经给出了答案——即“当穿过回路的磁通量增加时,B感与B原反向,当穿过回路的磁通量减小时,B感与B原同向”。
我们可以把这个理解简记为“增反减同”!
第二,从相对运动角度看……怎样理解楞次定律?
(小组讨论后汇报。
)
生:
当磁铁做靠近铝环的运动,即ф增加时,感应电流与磁铁间的作用力表现为斥力,抗拒ф的增加;当磁铁做远离铝环的运动,即当ф减少时,感应电流与磁铁间的作用力表现为引力,抗拒ф的减少。
师:
非常好!
我们可以把这个理解简记为“来拒去留”!
你能否用楞次定律来解释一下本节课开头的实验——为什么在通电瞬间,铝箔会突然向上升起?
(打开电磁炉,展示内部大线圈给学生看。
)
生:
在通电瞬间,线圈内突然产生电流,穿过铝箔的磁通量突然增加,根据楞次定律,为阻碍磁通量的增加,二者间应该产生斥力,使它们相互远离,故而铝箔突然向上升起。
师:
非常好!
掌声鼓励!
下面我们一起来玩一个竞技小游戏。
(投影给出游戏器材图片。
)
这个线圈做成了这样的效果:
若产生逆时针电流则红色二极管闪亮,若产生顺时针电流则绿色二极管闪亮。
现在要求使红色二极管闪亮,20秒时间准备!
(20秒后)请做好操作准备,开始!
师:
(待操作完毕)成功的小组请举手!
请回答:
你是怎样操作的?
生:
N极插入线圈。
师:
有与他不同的操作方式吗?
生:
S极拔出线圈。
师:
非常好!
失败的小组是什么原因?
(由失败小组回答。
)
生:
操作方法一样,但是动作太慢了。
师:
好的,看来大家都会使用楞次定律判断感应电流方向了。
至于操作太慢为什么会导致效果不明显,我们将在下节课展开研究。
下面我们再来玩一个体验小游戏。
大家利用提供的磁铁和易拉罐,按照投影的提示进行操作,看看有什么现象,尝试解释发生该现象原因。
(各小组体验并讨论研究,然后汇报现象并做出解释。
)
生:
在第一幅图中看到易拉罐底会跟随磁铁运动并倾倒,在第二幅图中看到易拉罐跟随磁铁来回滚动。
产生这些现象的原因是:
当磁铁相对易拉罐运动时,在金属易拉罐中产生感应电流,根据楞次定律,为阻碍穿过易拉罐的磁通量的减少,易拉罐与磁铁之间应表现为引力。
师:
回答得非常好!
但是易拉罐中的回路在哪里呢?
生:
……
师:
其实,在罐底部分和罐侧面部分都可以构成闭合回路。
看来,我们在课本上研究的一般都是基本的、简单的情形。
而涉及到实际生活中的具体问题时,往往需要我们发挥想象,从现实问题中抽象出曾经学过的模型,继而运用所学知识进行理论分析。
(课堂总结。
)
师:
本节课我们经历了提出问题→做出猜测→设计实验→总结规律→验证规律→应用规律几个环节,这正是科学探究的一般过程。
从板书中的概念图上我们可以看到,法拉第发现了“磁通量变化可以引起感应电流”,奥斯特发现了电流周围存在磁场,楞次发现了感应电流的磁场总是阻碍磁通量的变化。
可见,科学的进步要靠一代又一代科学家的共同努力,我们应该对历代科学家为人类文明进步做出的贡献心怀感恩!
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