1 設(shè)計思想
本節(jié)課采用探究式規(guī)律教學(xué)的形式,按照“魔術(shù)引題一提出問題一實驗探究一規(guī)律總結(jié)一規(guī)律應(yīng)用”的思路展開教學(xué),從中嘗試運用控制變量、實驗歸納等科學(xué)方法,總結(jié)出歷史上物理學(xué)家曾經(jīng)得到的科學(xué)結(jié)論。主要的特色體現(xiàn)在以下幾個方面:
(1)由魔術(shù)表演引題,揭密魔術(shù)結(jié)束,前后遙相呼應(yīng);新穎的演示實驗穿梭于課堂的各個環(huán)節(jié),盡顯其能。
(2)采用半開放式的探究教學(xué)策略,給定實驗器材,引導(dǎo)學(xué)生合作進行實驗設(shè)計和操作,以及對實驗現(xiàn)象的分析、討論和總結(jié)。
(3)在對規(guī)律的總結(jié)過程中,留足時間讓學(xué)生思考,表達自己的想法,在民主、寬松的氛圍中實現(xiàn)“枯燥”規(guī)律的自然生成。
(4)充分利用學(xué)生的前認知,適時鋪設(shè)臺階,解決新課疑難。
2 教材分析
“楞次定律”是人民教育出版社2005年出版的《物理(選修3—2)》(普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教材)第四章“電磁感應(yīng)”中第三節(jié)的內(nèi)容,主要內(nèi)容包括:楞次定律的探究、理解和應(yīng)用。
楞次定律是繼牛頓三大定律、動能定理、能量守恒定律之后的又一個重要規(guī)律,它是力學(xué)和電學(xué)的融合,是高中階段最為綜合、最為抽象的一個規(guī)律。從某種意義上來說,楞次定律可稱之為電磁學(xué)中的“慣性定律”或是電磁學(xué)中的“能量守恒定律”。
3 學(xué)情分析
對于高二的學(xué)生,雖然已經(jīng)具備一定的探究學(xué)習(xí)的能力,但楞次定律是對他們多方位、多層次的全新考驗。在面對電磁感應(yīng)這一新課題中眾多的物理量以及它們千絲萬縷的聯(lián)系時,學(xué)生不免有些手足無措。首先,在面對多個物理量的復(fù)雜關(guān)系時,學(xué)生不知從何去何從,看不透現(xiàn)象背后的物理本質(zhì),需要在老師不留痕跡的引導(dǎo)下,撥開云霧見月明;其次,對“阻礙”的理解不深刻,只流于表面,需要在具體的情景和生動的實驗演示中加以理解和深化。
4 教學(xué)目標(biāo)
(1)知識與技能:
?、俪醪搅私鉀Q定感應(yīng)電流方向的因素;
?、谀軈^(qū)別原磁場與感應(yīng)電流的磁場;
?、劾斫饫愦味傻膬?nèi)容和操作步驟,能運用楞次定律判斷感應(yīng)電流的方向。
(2)過程與方法:
?、偻ㄟ^實驗探究,培養(yǎng)學(xué)生的分析問題和總結(jié)歸納的能力;
?、谕ㄟ^讓學(xué)生嘗試利用所學(xué)知識說明和解釋生產(chǎn)、生活現(xiàn)象,發(fā)展學(xué)生邏輯說理和表達能力,以及創(chuàng)造性地解決實際問題的能力。
(3)情感與價值觀:
學(xué)生在經(jīng)歷規(guī)律建立的過程中,體驗和學(xué)習(xí)科學(xué)思維方法,形成科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神,提高科學(xué)素養(yǎng)。
5 重點難點
①由實驗現(xiàn)象分析、歸納出感應(yīng)電流的方向所遵循的規(guī)律
②楞次定律內(nèi)容的理解和應(yīng)用
6 教學(xué)過程
魔術(shù)引入
通過跳環(huán)魔術(shù)的生動表演,奇特的現(xiàn)象有效地調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探求新知識的欲望,自然地引入新課。
問題提出
回憶感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件,并給出一些實驗裝置(螺線管,條形磁鐵,靈敏電流計,若干導(dǎo)線),和學(xué)生一起完成產(chǎn)生感應(yīng)電流實驗裝置的組裝和測試,在測試中發(fā)現(xiàn)條形磁體的不同極在靠近和遠離螺線管時,靈敏電流計的指針時而左偏,時而右偏,自然地聚集到本課的核心問題:感應(yīng)電流的方向由哪些因素決定?遵循什么規(guī)律?
實驗探究
(一)實驗猜想
猜想是解決問題的前奏,科學(xué)的猜想能為問題解決指明方向,在此,引導(dǎo)學(xué)生依據(jù)已有的知識以及剛才的實驗,進行有理有據(jù)地科學(xué)猜想是關(guān)鍵。
學(xué)生的猜想主要有以下幾個方面:與磁體的運動方向有關(guān),與磁體的磁極有關(guān),與螺線管線圈的繞制有關(guān),與磁通量及變化有關(guān)……這些的猜想是不是都有價值,值得我們一一研究,需要審核和篩選,最終提煉出兩個主因素,即:與磁場方向有關(guān),與磁通量的變化有關(guān)。
(二)實驗過程
(1)實驗準(zhǔn)備
通過環(huán)環(huán)相扣的問題鏈,引導(dǎo)學(xué)生理清實驗研究思路,解決實驗設(shè)計中的具體問題,即:實驗探究的方法、磁場和磁通量的變化如何控制、實驗中需要觀察和記錄的現(xiàn)象、靈敏電流計指針偏轉(zhuǎn)與電流流向的關(guān)系、實驗的具體操作、實驗電路的連接。
課堂實錄
師:當(dāng)我們要研究一個量與其他量之間的關(guān)系時,一般選用什么樣的方法?
生:控制變量法。
師:那么,我們?nèi)绾慰刂拼磐康淖兓痛艌龅姆较?磁場的方向如何控制?這里的磁場由誰來提供?
生:磁體!
師:其實除了磁體能夠產(chǎn)生磁場外,在初中的時候我們也學(xué)過,還有誰也是能夠產(chǎn)生磁場的?(為后面感應(yīng)電流產(chǎn)生感應(yīng)磁場作鋪墊)
生:電流!
師:但是這里我們用磁體產(chǎn)生的磁場相對比較方便。我們?nèi)绾慰刂拼磐康淖兓?
生:磁體向下運動,靠近磁體;磁體向上運動,遠離磁體。
師:也就是說,我們在實驗中需要進行這些操作:讓條形磁鐵的N極靠近和遠離磁體,讓條形磁鐵的S極靠近和遠離磁體,一共是四組操作。那么,在每一次操作過程中,我們需要觀察和記錄什么呢?
生:感應(yīng)電流的方向、磁通量的變化、磁場的方向。
師:感應(yīng)電流的方向由誰在幫我們檢測?
生:靈敏電流計。
師:那么,當(dāng)靈敏電流計的指針,左偏時,通過螺線管中的電流是從上往下流,還是從下往上流呢?看來我們需要先來檢測一下靈敏電流計的指針偏轉(zhuǎn)和電流流向的關(guān)系,怎么檢測呢?如果有一個已知方向的電流,讓它流過靈敏電流計,再看看指針是怎么偏轉(zhuǎn)的就可以了‘。誰能提供已知方向的電流呢?
生:電源!
師:現(xiàn)在,我就來檢測一下,我把靈敏電流計直接接在一節(jié)干電池上,能直接接嗎?
生:不能!
師:需要一個保護電阻。我已經(jīng)在這個表筆里面串聯(lián)了一個電阻,大家看,它的體積很小,但容量卻是很大的,有三千歐,所以,我們可以大膽地接上去?,F(xiàn)在,我把電源的正極接在靈敏電流計的右接線柱上,電流就從右接線柱流進,大家觀察指針的偏轉(zhuǎn)情況——
生:右偏。
師:把電源兩極換一下,電流從左接線柱流入,指針是?
生:左偏的。
師:我們來小結(jié)一下,當(dāng)通過靈敏電流計的電流從左流進(左進)時,指針就左偏,當(dāng)從右邊流進時(右進),指針就右偏。簡單地說就是左進左偏,右進右偏。根據(jù)這樣的規(guī)律,大家看這一電路中,當(dāng)靈敏電流計的指針是左偏時,流過螺線管的電流是從上往下,還是從下往上?
生:從下往上。
師:那如果是俯視著看,是逆時針還是順時針?
生:逆時針。
師:那么,當(dāng)指針是右偏時,靈敏電流計中的電流就是?
生:順時針。
師:好!接下來我們一起來連接電路,為了待會兒大家檢測電流方向的方便以及我們研究的統(tǒng)一性,請大家都按這個電路圖來進行連接。
(2)實驗操作
教師在巡視、指導(dǎo)學(xué)生探究活動的過程中,留心觀察學(xué)生活動的特別之處,巧妙、自然地引入感應(yīng)電流表產(chǎn)生感應(yīng)磁場的話題。
(三)實驗歸納
(1)尋找感應(yīng)電流方向與磁場方向、磁通量變化之間的關(guān)系
表格中記錄的實驗現(xiàn)象是多變的、復(fù)雜的,從中尋找感應(yīng)電流的方向與兩因素之間的關(guān)系,是對學(xué)生的巨大挑戰(zhàn),基本上無法獨立完成。因此,需要大家通過討論,群策群力,并且在教師適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)下逐步地逼近實驗結(jié)論。
經(jīng)過反復(fù)比較、分析、討論,我們發(fā)現(xiàn),當(dāng)感應(yīng)電流方向都為逆時針時:磁通量可以增加,也可以減??;磁場方向可以向下,也可以向上。當(dāng)感應(yīng)電流方向都為順時針時:磁通量可以增加,也可以減??;磁場方向可以向上,也可以向下。說明感應(yīng)電流的方向與磁場方向以及磁通量的變化之間并沒有明確的關(guān)系。
(2)引入中介——感應(yīng)磁場
當(dāng)在尋找感應(yīng)電流方向與磁場方向、磁通量變化的關(guān)系無果的情況下,學(xué)生深感“山窮水盡疑無路”,急需尋找一條新的出路一尋找感應(yīng)磁場方向與兩因素的關(guān)系;而這條路怎樣出現(xiàn)在學(xué)生面前也是本節(jié)課一直以來有待突破的地方。這里,首先肯定感應(yīng)電流方向與兩因素有關(guān)系,然后探討這個關(guān)系為什么這么難找的原因,從而對癥下藥;最后在學(xué)生前認知的基礎(chǔ)上,逐步引導(dǎo),自然而巧妙地引出感應(yīng)磁場這一中介,終于見到“柳岸花明又一村”。
課堂實錄
師:實驗事實真實地告訴我們,感應(yīng)電流的方向與磁場的方向、磁通量的、變化之間是一定有關(guān)系的,只是我們還沒能找到而已,為什么這么難找呢?大家一起來看,感應(yīng)電流方向要么順時針,要么逆時針,總是在水平面上的;磁場方向要么向上,要么向下,總是在豎直方面上的,方向在兩個不平面的兩個物理量的關(guān)系相對要難找一點,那么,我們能不能把它們轉(zhuǎn)化為同一方向上的呢?比如,把感應(yīng)電流的方向轉(zhuǎn)化為豎直方向上的某個相關(guān)量,有沒有這樣的物理量,它的方向是在豎直方向上的,又與感應(yīng)電流方向有關(guān)?
生:磁場!
師:誰產(chǎn)生的磁場?
生:感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場。
師:好!初中時我們學(xué)過電流能夠產(chǎn)生磁場,感應(yīng)電流也不例外,我們把感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場叫作感應(yīng)磁場,原來條形磁鐵產(chǎn)生的磁場叫作原磁場。感應(yīng)磁場的方向可以用什么定則判斷?
生:右手螺旋定則。
師:根據(jù)右手螺旋定則,彎曲的四指指向電流方向,大拇指的方向就是磁場的方向,可以看到,感應(yīng)磁場的方向是豎直方向的,而且與感應(yīng)電流方向有關(guān),看來,我們可以引入感應(yīng)磁場這個物理量,以此作為中介來幫助我們找到感應(yīng)電流方向與磁通量變化以及磁場方向間的關(guān)系。現(xiàn)在,我們的任務(wù)就是來尋找感應(yīng)磁場與磁通量變化以及磁場方向的關(guān)系,我們還是從實驗現(xiàn)象中去進行總結(jié)。
(3)尋找感應(yīng)磁場方向與磁場方向、磁通量變化之間的關(guān)系
有了第一次分析表格的經(jīng)歷,再從表格所呈現(xiàn)的現(xiàn)象中分析總結(jié)感應(yīng)磁場方向與兩因素的關(guān)系就相對容易了,學(xué)生能夠獨立找到以下關(guān)系:當(dāng)磁通量增加時,感應(yīng)磁場與原磁場方向是相反的當(dāng)磁通量減少時,感應(yīng)磁場與原磁場方向是相同的。簡單地說就是“增反減同”。
(四)理論演繹——楞次定律
“增反減同”是對實驗表象的初淺歸納,我們需要挖掘其更深層的本質(zhì),從而形成一個科學(xué)的物理規(guī)律,為此,在這里設(shè)置了以下對話環(huán)節(jié)。
師:當(dāng)磁通量增量時,感應(yīng)磁場卻與原磁場是相反的,那么感應(yīng)磁場對磁通量的增加有什么影響嗎?
生:阻礙!
師:當(dāng)磁通量減少時,感應(yīng)磁場卻與原磁場是相同的,那么感應(yīng)磁場對磁通量的增加有什么影響嗎?
生:阻礙!
看來感應(yīng)磁場是一個“叛逆”的磁場,它總是在阻礙磁通量的增加和減少,也就是說阻礙磁通量的變化。其實這個規(guī)律早在1853年,俄國的物理學(xué)家楞次就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了,我們來看一下他的具體闡述:感應(yīng)電流的磁場總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化,這就是楞次定律。
楞次定律的本質(zhì)是“阻礙”,對阻礙的準(zhǔn)確理解很關(guān)鍵,通過三個串連的問題使學(xué)生明確:阻礙的對象是磁通量的變化,阻礙的方式是“增則反,減則同”,阻礙的效果是“延緩”了磁通量的變化。
規(guī)律應(yīng)用
規(guī)律的應(yīng)用是對規(guī)律理解的細化、活化和深化,在此,分三步走。
第一步:通過一個典型例題的示范,初步形成感應(yīng)電流方向判斷的一般步驟,從而細化對規(guī)律的具體操作。
第二步:在解決實際問題中活化對規(guī)律的理解。首先,通過對魔術(shù)的揭密,尋找到魔力的來源,初步體驗電磁感應(yīng)中的相互作用;然后,演示一個實驗——在一輛鋁制的小車上面固定一個鋁環(huán),置于水平軌道上,讓超強磁體靠近和遠離鋁環(huán),小車將被驅(qū)動。讓學(xué)生在具體生動的情境中,不斷地體會電磁感應(yīng)中的相互作用力,以及這種力在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用,比如磁懸浮列車。
第三步:通過分析學(xué)生實驗中磁體與產(chǎn)生感應(yīng)電流的螺線管間的相互作用,歸納總結(jié)出這種相互作用力的特點——“近斥遠吸”,體會“近斥遠吸”的本質(zhì)仍然是“阻礙”磁通量的變化,從而深化對規(guī)律的理解。
(欄目編輯 羅琬