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2019-2020年高中物理 《探究感應(yīng)電流的方向》教案 滬科版選修3-2 一、教學(xué)目標(biāo) 1、知識(shí)與技能 （1）理解楞次定律, 會(huì)運(yùn)用定律解決有關(guān)問題。 （2）提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?、思維能力、推理能力和運(yùn)用知識(shí)解決問題的能力. 2、過(guò)程與方法 （1）實(shí)驗(yàn)探究:學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)，分析實(shí)驗(yàn)，探究物理規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、自主探究能力。 （2）比較總結(jié)：通過(guò)對(duì)現(xiàn)象的分析、比較及總結(jié)規(guī)律的過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生的分析能力和歸納能力。 3、情感、態(tài)度、價(jià)值觀 （1）通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，樹立從實(shí)踐中來(lái)，再到實(shí)踐中去的辨證唯物主義世界觀。 （2）分組實(shí)驗(yàn)，相互交流，師生互動(dòng)培養(yǎng)學(xué)生的合作交流能力、 二、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn) 本節(jié)內(nèi)容重點(diǎn)首先是實(shí)驗(yàn)的探究過(guò)程，其次是對(duì)探究的結(jié)果進(jìn)行分析、歸納和總結(jié)出楞次定律，并能正確的理解楞次定律。 本節(jié)內(nèi)容難點(diǎn)是由探究結(jié)果分析、歸納和總結(jié)楞次定律以及對(duì)楞次定律的本質(zhì)理解。 三、教具 （1）輕質(zhì)閉合鋁環(huán)（或者用10匝細(xì)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(guò)大）（2）條形強(qiáng)磁鐵（3）鐵架臺(tái)、細(xì)線等（4）靈敏電流計(jì)，線圈，導(dǎo)線等 四．教學(xué)過(guò)程 1、新課引入 （1）產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是什么？ （2）在探究電磁感應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中（如圖），請(qǐng)學(xué)生觀察將磁鐵插入線圈時(shí)，電流表的指針向什么方向偏轉(zhuǎn)？將磁鐵拔出線圈時(shí)，電流表的指針向什么方向偏轉(zhuǎn)？為什么會(huì)有不同的偏轉(zhuǎn)方向？這個(gè)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了什么？ （3）多媒體展示磁懸浮列車的運(yùn)動(dòng)（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(dǎo)材料制成的超導(dǎo)圓環(huán),現(xiàn)將超導(dǎo)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(xué)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(shí)驗(yàn)，探索研究 學(xué)生每?jī)扇私M成一個(gè)實(shí)驗(yàn)小組，按教材中的實(shí)驗(yàn)裝置1— 15(如右圖)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。教師強(qiáng)調(diào)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(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并思考下列問題： 問題1、當(dāng)條形磁鐵的任一端靠近鋁環(huán)和遠(yuǎn)離鋁環(huán)時(shí)，分別看到什么現(xiàn)象？ 問題2、當(dāng)條形磁鐵N極靠近鋁環(huán)時(shí)，鋁環(huán)被“排斥”，說(shuō)明了鋁環(huán)中有了感應(yīng)電流，能根據(jù)什么原理判斷此鋁環(huán)中感應(yīng)電流的方向？ 問題3、當(dāng)條形磁鐵的N極靠近和遠(yuǎn)離鋁環(huán)時(shí)，穿過(guò)鋁環(huán)的磁通量是怎樣變化的？ 磁通量的變化與感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向有無(wú)關(guān)系？ 問題4、能否采用此實(shí)驗(yàn)法來(lái)研究感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與磁通量變化的關(guān)系？如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)表格？在學(xué)生討論的基礎(chǔ)上，學(xué)生自己設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)表格。學(xué)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(xué)參考。 采取的措施 鋁環(huán)被吸引或被排斥（向左或右偏轉(zhuǎn)） 感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向（向左或右） 原磁場(chǎng)的方向（向左或右） 原磁場(chǎng)的變化（增或減） 兩磁場(chǎng)方向的關(guān)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(dāng)條形磁鐵N極或S極移近或插入輕質(zhì)鋁環(huán)過(guò)程中鋁環(huán)的偏轉(zhuǎn)情況，并將實(shí)驗(yàn)觀察到的結(jié)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(jié)論 學(xué)生在完成表格填寫的同時(shí)，實(shí)際上也就完成了對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析。為降低難度，教師在巡視學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)幫助點(diǎn)撥指導(dǎo)：當(dāng)磁鐵靠近線圈時(shí)，線圈被推開，線圈本身無(wú)磁性，說(shuō)明線圈中產(chǎn)生了感應(yīng)電流，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)與磁鐵的磁場(chǎng)方向相反，根據(jù)安培定則可以判斷感應(yīng)電流的方向。當(dāng)磁鐵離開線圈時(shí)，線圈被吸引，說(shuō)明線圈中產(chǎn)生了感應(yīng)電流，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)與磁鐵的磁場(chǎng)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(guān)鍵，利用多媒體展示這個(gè)圖形的動(dòng)態(tài)過(guò)程。 在學(xué)生分析討論的基礎(chǔ)上，教師要引導(dǎo)學(xué)生分析由特殊到一般的規(guī)律：當(dāng)閉合電路中原磁場(chǎng)的磁通量增大時(shí)，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)跟原磁場(chǎng)方向相反，阻礙原磁場(chǎng)磁通量的增加；當(dāng)閉合電路中原磁場(chǎng)的磁通量減小時(shí)，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)跟原磁場(chǎng)方向相同，阻礙原磁場(chǎng)磁通量的減小，總結(jié)出楞次定律內(nèi)容。 楞次定律：感應(yīng)電流具有這樣的方向，就是感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。 通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到：凡是由磁通量的增加引起的感應(yīng)電流，它所激發(fā)的磁場(chǎng)一定阻礙原來(lái)磁通量的增加；凡是由磁通量的減少引起的感應(yīng)電流，它所激發(fā)的磁場(chǎng)一定阻礙原來(lái)磁通量的減少，在兩種情況中，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)都阻礙了原磁通量的變化。 引導(dǎo)學(xué)生逐字分析楞次定律的內(nèi)容，討論阻礙的物理含義。并利用本節(jié)的實(shí)驗(yàn)探究，總結(jié)出利用楞次定律判斷感應(yīng)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(chǎng)的方向 （2）判斷原磁場(chǎng)磁通量的增減情況 （3）根據(jù)楞次定律確定感應(yīng)電流磁場(chǎng)方向 （4）根據(jù)安培定則確定感應(yīng)電流的方向 應(yīng)當(dāng)指出的是，楞次定律雖然沒有直接明確感應(yīng)電流的方向，但指出了感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向，感應(yīng)電流的方向只需進(jìn)一步由安培定則確定。所以說(shuō)楞次定律是判斷感應(yīng)電流方向的普適規(guī)律。 三、提出問題，突破難點(diǎn) 教師提問：楞次定律的核心是什么？怎樣理解“阻礙變化”？ 學(xué)生對(duì)教師的提問展開討論，各抒己見。在學(xué)生討論的基礎(chǔ)上教師總結(jié)：楞次定律的核心是“阻礙變化”，“阻礙變化”并不是說(shuō)感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向總是跟原磁場(chǎng)方向相反，而是指當(dāng)△＞0時(shí)，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向跟原磁場(chǎng)方向相反，阻礙磁通量的增大；當(dāng)△Φ＜0時(shí)，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向總是跟原磁場(chǎng)方向相同，阻礙磁通量的減小。概括地說(shuō)，即感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總是阻礙原磁場(chǎng)的磁通量的變化。 四、楞次定律與能量轉(zhuǎn)化 教師提問：在探究實(shí)驗(yàn)中，鋁環(huán)機(jī)械能增加了，什么能量減少了？能量是怎樣轉(zhuǎn)化的？ 學(xué)生結(jié)合教材中的問題討論回答。教師再通過(guò)多媒體展示例題： (1)導(dǎo)體ab向右勻速運(yùn)動(dòng)，閉合回路的感應(yīng)電流方向怎樣？能量是如何轉(zhuǎn)換的？學(xué)生根據(jù)閉合回路的磁通量增加，“感應(yīng)電流的磁通量阻礙原磁通量的增加”，因此知道回路中感應(yīng)電流為逆時(shí)針方向，在這一過(guò)程中外力克服磁場(chǎng)力做功，完成了機(jī)械能→電能→內(nèi)能的轉(zhuǎn)化。 (2)條形磁鐵自上向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，擱置在光滑軌道上的金屬棒ab、cd將如何運(yùn)動(dòng)，這個(gè)過(guò)程能量是怎樣轉(zhuǎn)化的？ 學(xué)生分析：通過(guò)閉合回路的磁通量增加，感應(yīng)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(dǎo)體ab、cd互相靠攏以阻礙內(nèi)部磁通量增加。在這一過(guò)程中重力克服磁場(chǎng)力做功，完成了機(jī)械能→電能→機(jī)械能+內(nèi)能的轉(zhuǎn)化。上述的“阻礙”過(guò)程，事實(shí)上就是一個(gè)其它形式能向電能轉(zhuǎn)化的過(guò)程。 教師總結(jié)：楞次定律實(shí)質(zhì)上是能的轉(zhuǎn)化和守恒定律在電磁感應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的內(nèi)容，通過(guò)本案例讓學(xué)生知道楞次定律與右手定則都能判斷感應(yīng)電流的方向。右手定則可以看作是楞次定律的特殊情況。對(duì)于閉合電路的一部分導(dǎo)體切割磁感線而產(chǎn)生感應(yīng)電流的情況，用右手定則來(lái)判斷感應(yīng)電流的方向往往比用楞次定律簡(jiǎn)便。 六．課堂講練，鞏固知識(shí) 教材案例1（課本插圖1— 17）：由學(xué)生討論完成 案例3：解釋引入新課時(shí)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(dǎo)材料制成的超導(dǎo)圓環(huán),現(xiàn)將超導(dǎo)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(dāng)B放入磁場(chǎng)的過(guò)程中,B中將產(chǎn)生感應(yīng)電流；當(dāng)穩(wěn)定后,感應(yīng)電流消失. B.在B放入磁場(chǎng)的過(guò)程中,B中將產(chǎn)生感應(yīng)電流；當(dāng)穩(wěn)定后,感應(yīng)電流仍存在. C.如A的N極朝上,B的感應(yīng)電流方向如圖中所示. D.如A的N極朝上,B中的感應(yīng)電流方向與圖中所示相反 答案：BD 案例4：如圖所示，導(dǎo)體桿ab向右運(yùn)動(dòng)對(duì)，請(qǐng)用兩種方法判斷電路中產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向。通過(guò)學(xué)生分析，讓學(xué)生體會(huì)用楞次定律判定感應(yīng)電流的方向跟用右手定則判斷的結(jié)果是一致的，對(duì)于閉合電路的一部分導(dǎo)體切割磁感線而產(chǎn)生感應(yīng)電流的情況，用右手定則來(lái)判斷感應(yīng)電流的方向往往比用楞次定律簡(jiǎn)便。 4．小結(jié) 在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，確定感應(yīng)電流的方向是一個(gè)重要問題。當(dāng)穿過(guò)閉合電路的磁通量無(wú)論經(jīng)何種方式發(fā)生變化時(shí)，閉合電路中都要產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向總可由楞次定律得以確定，所以說(shuō)楞次定律是判定感應(yīng)電流方向的普適規(guī)律。當(dāng)閉合電路的磁通量變化由閉合電路的一部分導(dǎo)體作切割磁感線運(yùn)動(dòng)而引起時(shí)，感應(yīng)電流的方向用右手定則判定比較方便，所以說(shuō)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(dòng) 6．設(shè)計(jì)說(shuō)明 “楞次定律”是高中物理電磁學(xué)部分的重要內(nèi)容，傳統(tǒng)的教學(xué)設(shè)計(jì)是：教師演示實(shí)驗(yàn)→學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)→教師引導(dǎo)學(xué)生分析得出楞次定律→講解例題→課堂訓(xùn)練→課后鞏固，按照這樣的流程操作，雖然也能讓學(xué)生學(xué)會(huì)如何應(yīng)用楞次定律來(lái)判斷感應(yīng)電流的方向，但不難看出這種教學(xué)模式仍為“師傳生受”，學(xué)生還是被動(dòng)地接收知識(shí)，即使學(xué)會(huì)了，也不能算會(huì)學(xué)，而且學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力亦難以得到進(jìn)一步培養(yǎng)?！段锢?—2》中“探究感應(yīng)電流方向”是一節(jié)科學(xué)探究課，采用“探究式”教學(xué)，即：“創(chuàng)設(shè)一個(gè)問題情景→學(xué)生討論→猜想→設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)→探索實(shí)驗(yàn)→分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象→得出楞次定律→課堂講練→鞏固練習(xí)”。教材中給出的實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程也簡(jiǎn)單。為了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，宜采用磁性較強(qiáng)的圓柱型磁鐵，該強(qiáng)磁鐵市場(chǎng)能買到。細(xì)線長(zhǎng)度約為60cm，輕質(zhì)鋁環(huán)可以用十匝細(xì)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(guò)大，以方便柱形磁鐵插入和抽出圓線圈為宜。這種通過(guò)讓學(xué)生自己動(dòng)手操作、動(dòng)眼觀察、動(dòng)腦思考，引導(dǎo)他們自己獲取知識(shí)，不僅活躍了課堂氣氛，還發(fā)展了學(xué)生的思維能力和創(chuàng)新能力。如果這個(gè)實(shí)驗(yàn)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(guò)程與教材中實(shí)驗(yàn)相似。