高中物理新课程教学设计案例

高中物理新课程教学设计案例——探究感应电流的方向

陆丰市龙山中学　张木升

一、教学过程

(一)实验引入,激发学生探究科学的兴趣

【演示】在如图①所示的电路中,导体在磁场中来回运动,导致灵敏电流计的指针左右来回摆动。

图①

【观察与思考】大家通过观察是否注意到,导体在磁场中向不同的方向运动,导致闭合电路中产生的感应电流的方向不同。那么,感应电流的方向由哪些因素决定呢？遵循什么规律？我们需要通过如下实验来探究这个问题。

(二)学习新知识,开始探究学习

1.教师启发,完成电流方向的指示设计。

【提出问题】

(1)我们要解决的问题是感应电流的方向问题,我们首先要做什么呢？

(2)我们可以利用哪些实验器材指示电流的方向呢？

【学生分组讨论并回答】

(1)感应电流方向的指示。

(2)可以选用以下两种方法:

①利用电路改装实验中的表头,没有电流时,指针在表盘的中央,当电流从不同的接线柱流入时,指针的偏转方向不一样,根据指针的偏转方向可以判定电流的流入方向。

②利用发光二极管的单向导电性,将二极管串联接入闭合回路,当二极管发光,表明感应电流的方向与二极管的导流方向一致。

图②

通过分组讨论后,学生的知识得到了应用,思维能力得到了体现；通过激烈的讨论得出了设计思路,极大地调动了学生的学习热情。

【提出问题】

怎样设计电路来查明电流方向与电表接线柱或者是电流方向与二极管发光的关系？

【学生分组讨论并回答】

每个小组同学进行相互交流,最后共同完成设计,对设计较好的小组及同学给予高度评价,对其他不同的设计方案给予适当的可行性评价。

从多个小组同学的设计中,找到最佳合理设计方案如图③所示。

图③

【注意】按照设计的方案,连接好实验电路,查明电流表指针偏转方向、电流方向、线圈绕向三者之间的关系。

2.通过教师引导,让学生讨论完成实验方案设计和数据收集。

【提出问题】

(1)我们要研究感应电流的方向,接下来该怎样做呢？

(2)可以设计哪些方案来实现呢？

【学生分组讨论并回答】

(1)连接闭合回路,让磁通量发生变化,产生感应电流,并用相应的仪器来指示。

(2)各小组成员相互讨论,依据电磁感应现象,得到如图④和图⑤所示的两种设计方案。

图④

图⑤

【教师引导】

请学生利用小组内现有的器材,选择你认为可以接受的电路,连接器材并完成实验结果记录。(在这一环节中,需要提醒学生注意磁极的方向和螺线管的环绕方向。)

【学生展示】

将做得较好的实验结果记录用投影仪展示在大屏幕上。

【教师展示】

用做好的Flash动画展示实验结果,让学生进行比较。

【教师启发】

根据实验结果,你能直接说出感应电流的方向由哪些因素决定吗？我们知道,穿过闭合回路的磁通量发生变化,回路中形成感应电流,而感应电流本身也能产生磁场。我们能否通过一个“桥梁”——感应电流的磁场,把引起磁通量变化的磁场和感应电流的方向联系起来呢？

【学生分组讨论并回答】

对甲、乙两种不同的实验方案,将以下的实验记录表填写完整。

3.师生共同分析,从个性中找出共性,总结规律。

先由小组汇报实验的结果,并给予积极的评价。

【提出问题】

产生感应电流的条件是什么？总结一下,磁通量的变化存在几种情况？

【学生分组讨论并回答】

只要穿过闭合回路的磁通量发生变化,就能产生感应电流。磁通量的变化有两种情况:增加和减少。

【教师引导】

当磁通量增加时,感应电流产生的磁场与原磁场反向,“削弱”磁通量的增加；当磁通量减少时,感应电流产生的磁场与原磁场同向,“弥补”磁通量的减少。通俗地讲,磁通量增加不行,磁通量减少也不行。怎样用一句话来描述呢？

【学生分组讨论并回答】

感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。

【多媒体显示】

感应电流具有这样的方向,即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化,这就是楞次定律。

【提出问题】

如何理解楞次定律中的“阻碍”两字？有人认为,“阻碍”就是感应电流产生的磁场跟引起感应电流的磁场方向相反；也有人认为,“阻碍”就是不变化；还有人认为,“阻碍”就是阻止。请说说你的看法。

【学生分组讨论并回答】

“阻碍”不等于“阻止”。当由于原磁通量的增加引起感应电流时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相反,其作用仅仅使原磁通量的增加变慢了,但磁通量仍在增加。当由于原磁通量的减少而引起感应电流时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相同,其作用仅仅使原磁通量的减少变慢了,但磁通量仍在减少。另外,“阻碍”也不意味着相反。

4.通过具体例题应用,掌握本节知识点。

例1:如图⑥所示,光滑水平导轨处于竖直向下的匀强磁场B中,导棒ab、cd静置于导轨上,并与导轨垂直,当cd在外力F作用下,以速度v匀速运动时,求:

图⑥

(1)闭合电路中的感应电流方向。

(2)导棒ab的运动方向。

(三)课堂小结

利用本节的实验探究,师生共同总结出利用楞次定律判断感应电流方向的步骤:

(1)明确所研究的闭合电路,判断此电路中原磁场的方向。

(2)判断原磁场磁通量的变化情况。

(3)根据楞次定律,确定感应电流的磁场方向。

(4)根据安培定则,确定感应电流的方向。

【特别提醒】注意原磁场与感应电流产生的磁场。

图⑦

(四)总结归纳(多媒体投影)

二、教学反思

楞次定律这一知识点在磁学部分是极难理解的,如果直接教给学生,那么可能会有不少学生理解不了,因为这些学生无论是在智力因素还是在认知水平上还达不到马上就理解的程度,但是已经具备探究感应电流所用到的知识。本节课的成功之处,在于通过演示实验极大地激发了学生的求知欲,然后通过合理的引导,巧妙地将以前学过的知识点(如二极管的单向导电性、电流表头的工作原理及改装)应用在这一部分,使学生在思维认识有了依据。另外,根据教师对全体学生的了解(哪些学生动手能力强,哪些学生的知识储备多等),对学生的分组进行了合理的搭配,这样就使得这一堂课较为顺利地进行。学生亲自参与讨论,甚至为了解决一个问题讨论得特别激烈,每一个组都选出一个代表来阐述他们组的观点,然后不足之处由其他组来完善、补充。从学生脸上的表情可以看出,他们获得了相当的成就感,从而使这一堂课达到了预期的效果。但是这一堂课也有一些不足之处,譬如:

(1)在上这一堂课之前,应该先让学生把与本节有关的知识点复习一下,如二极管的单向导电性、电流表头的工作原理及改装,因为这些知识点属于选修3-1模块的内容。

(2)由于采用大班(每班六七十名学生)教学,因此,在上这一节课前,应该先让实验协助员清楚本节的目的,让其协助任课教师做好中间指导工作。

(3)在时间安排上还有点仓促,不少学生对探究还意犹未尽。

总之,这节课既有优点也还存在一些缺点,在以后的教学中应该尽量考虑到可能出现的问题,这样可以在教学中少走一些弯路。