《探究电磁感应的产生条件》教学设计

　　【教材分析】

 

　　电磁感应问题，在初中物理的教学中，只进行了初步的介绍，但仅限于现象的认知和描述。而高中物理对电磁感应的教学要求非常高，因为，《电磁感应》的内容整合了电场、恒定电流和磁场的相关知识，并且与力学的力和运动、冲量动量关系、功能关系等都发生密切的联系，因而具有很强的综合性，对培养学生的创新精神和实践能力有着十分重要的作用。本节教学内容高中物理（选修3-2）第四章第二节《探究电磁感应的产生条件》，属于电磁感应的基础课，主要是让学生在实验探究的基础上，从理论的高度分析和掌握电磁感应的概念和产生条件，为后继教学中对电磁感应规律的研究打下良好的实验基础和理论基础。

 

　　【学情分析】

 

　　学生在初中虽然对电磁感应有了初步的认识，但还比较肤浅，仅存留在现象上，例如，知道“闭合电路中的一部分导体在磁场中运动时产生电流的现象称为电磁感应现象”；“发电机、话筒等都是利用电磁感应原理工作的”等，但对产生电磁感应的根本原因还缺乏全面的和理性的认识。同样的，绝大多数学生虽然在初中经历了不少“科学探究”，但对科学探究的理论分析能力和拓展性推理能力还较弱。这是本节课教学的主要困难。

 

　　【教学策略】

 

　　从初、高中教学的衔接来看，本节很好地体现了从感性认识上升到理性认识的认知规律。鉴于学生对电磁感应的感性认识基础，以及理性分析能力不强的现状。本节课的教学从复习回顾开始，通过“回忆—探究—分析—探究—归纳—巩固—设疑”等环节，完成教学任务，实现教学目标。

 

　　【教学目标】

 

　　一、知识与技能

 

　　1．掌握电磁感应的概念。

 

　　2．理解产生电磁感应现象的条件。

 

　　二、过程与方法

 

　　1．通过实验探究过程，培养和强化学生科学探究的基本思想和理性分析方法。

 

　　2．通过探究性实验之间逻辑关系的分析，使学生感悟“由现象到本质”的实验设计思想。

 

　　三、情感、态度与价值观

 

　　1．经历科学探究的过程，培养学生的科学态度和科学精神。

 

　　2．通过科学进步和科技成果对生产生活方式的改变，激发学生热爱科学、热爱祖国的优秀品质！

 

　　【教学重点和难点】

 

　　教学重点：电磁感应的概念和产生条件。

 

　　教学难点：电磁感应的实验探究、理性分析，以及实验之间的逻辑关系。

 

　　【教学方法和手段】

 

　　教学方法：实验探究法、分析法、讨论法、图示法。

 

　　教学手段：分组实验、演示实验、计算机多媒体教学，PPT课件。

 

　　【教学过程】

 

　　一、提出问题，导入课题

 

　　（一）提出问题、讨论评价

 

　　1．在初中，我们就初步学习和认识了电磁感应。请问：什么叫电磁感应现象？

 

　　2．你知道电磁感应现象在生产和生活中有哪些应用？

 

　　PPT展示：我们在初中对电磁感应的认知

 

　　1．闭合电路中的一部分导体在磁场中运动时产生电流的现象称为电磁感应现象。电磁感应中产生的电流称为感应电流。

 

　　2．导体在磁场中产生电流的条件是：闭合电路的部分导体在磁场中做“切割磁感线”运动。

 

　　3．发电机、话筒、电话机等，都是利用电磁感应原理工作的。

 

　　4．英国科学家法拉第经过10年的不懈努力，于1831年发现了电磁感应现象。

 

　　（二）实验演示：闭合电路的部分导体切割磁感线，产生感应电流。

 

　　

 

　　（三）导入新课

 

　　1．描述：科学技术对社会发展的巨大推动作用。

 

　　电动机和发电机；磁悬浮列车；机场安检系统

 

　　射频识别（Radio Frequency  Identification，缩写RFID）俗称电子标签，广泛用于零售业。许多人把射频识别技术看作为继“互联网”和“移动通信”两大技术大潮后的又一次大潮。

 

　　2．引入：感受科学研究的历程，探究电磁感应的实质。

 

　　二、知识构建，方法梳理

 

　　（一）科学探究Ⅰ—实验探究

 

　　磁铁插入、抽出或停留在线圈中时，电路中是否产生感应电流？

 

　　1．认识实验器材，并组装。

 

　　2．进行实验探究，并记录。

 

　　3．实验成果交流：展示、提问、研讨。

 

　　4．拓展性分析：

 

　　①图4．2-1实验和图4．2-2实验有什么逻辑联系？

 

　　②在图4．2-2实验中，还有其他方法获得感应电流吗？

 

　　③如果“磁场”和“部分导体”不发生“相对运动”，即导体不切割磁感线，那么会产生电磁感应现象吗？

 

　　（二）科学探究Ⅱ—理论探究

 

　　1．提问：什么叫磁通量？

 

　　2．展示、点评

 

 

　　3．联系、回归：把磁通量的概念引入上述实验，会有什么新发现？

 

　　4．探讨、交流、点评。Flash动画展示：磁通量的变化．

 

　　

 

　　5．师生交流、猜想：“磁场”和“部分导体”不发生“相对运动”，即导体不切割磁感线，但只要通过闭合电路的磁通量发生变化，电路中也会产生感应电流，即产生电磁感应现象。

 

　　（三）科学探究Ⅲ—感受法拉第的研究，为科学假设插上翅膀

 

　　教师演示图4．2-3实验，学生观察、记录、分析、讨论。

 

 

　　1．多媒体实物展示台：介绍实验器材。

 

　　2．连接实验电路。

 

　　3．实验演示。

 

　　4．讨论、拓展：

 

　　（1）闭合开关后，不改变滑动变阻器的值，能否用其它方式获得感应电流？

 

　　（2）该实验能否转换为前面两个实验？

 

　　5．总结。

 

　　（四）科学探究成果

 

　　1．电磁感应的概念：不论使用什么方法，只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就有感应电流。这种现象称做电磁感应。

 

　　2．电磁感应的条件：穿过闭合电路的磁通量发生变化

 

　　3．本节三个实验的逻辑关系：

 

 

　　三、典题分析，引深拓展

 

　　【例1】结合本节的实验探究和磁通量的概念，谈谈你对“电磁感应的产生条件”的理解。

 

　　【解析】从探究实验来看，包括“磁场不动导体动”、“导体不动磁场动”和“导体磁场都不动”等三种情况；从磁通量的概念来看，包括B不变S变化、S不变B变化和B、S都变化等三种情况。

 

　　【例2】教材P7“做一做”──理想实验：《摇绳能发电吗？》

 

 

　　【解析】1、从探究实验来看，闭合电路的部分导体—“摇绳”在做切割磁感线运动；从磁通量变化来看，在“摇绳”运动的过程中，B不变S变化。可见，发生电磁感应，产生感应电流。显然，两位同学东西方向站立并迅速摇动电线时，产生的电磁感应现象比较明显。

 

　　【拓展】电流是有能量的。请问“摇绳”中的电能从哪来？

 

　　【例3】教材“问题与练习”第4题（变化）

 

　　矩形线圈ABCD位于通电长直导线附近，线圈与导线在一个平面内，线圈的两个边与导线平行。下列哪种情况线圈中产生感应电流？

 

　　（1）在这个平面内，线圈远离或靠近长直导线时；

 

　　（2）在这个平面内，线圈沿着平行与导线的方向上下运动时；

 

　　（3）线圈以AB边为轴转动时；

 

　　（4）线圈以AD边为轴转动时；

 

　　（5）线圈以长直导线为轴转动时；

 

　　（6）长直导线中的电流发生变化时；

 

　　（7）在中心点不变的情况下，把矩形线圈ABCD拉成圆形时。

 

　　【解析】从引起磁通量变化的两个因素：磁感应强度B和有效面积S入手进行分析。答案：（1）（3）（4）（6）（7）

 

　　【例4】教材“问题与练习”第7题

 

　　如图所示，固定于水平面上的金属架CDEF处在竖直向下的匀强磁场中，金属棒MN沿框架以速度v向右做匀速运动。t=0时，磁感应强度为B₀，此时MN到达的位置恰好使MDEN构成一个边长为L的正方形。为使MN棒中不产生感应电流，从t=0开始，磁感应强度B应该怎样随时间t变化？请推导出这种情况下B与t的关系式。

　　【解析】

 

　　（1）为使MN棒中不产生感应电流，必须保证闭合电路的磁通量不发生变化；

 

　　（2）磁通量Ф₀=Ф_t=B₀S₀=B₀L²；

 

　　（3）金属棒MN沿框架以速度v向右做匀速运动时，矩形区域MDEN的面积为：S=L（L+vt）；

 

　　（4）由于S随时间不断增加，可见B随时间逐渐减小；

 

　　（5）Ф₀=B₀S₀=B₀L²=Ф_t =BS=B L（L+vt）；所以，B= B₀ L /（L+vt）

 

　　四、课堂小结与设疑

 

　　1．三个探究实验及其逻辑关系。

 

　　2．电磁感应概念及其产生条件。

 

　　3．科学探究的理性化和延续性（前后知识的逻辑关系）。

 

　　问题：闭合电路中有电源就有电流；闭合电路中发生磁通量变化就有电流。从这两句话中，我们得到什么启示？！

 

　　这正是我们后继将要学习的内容。

 

　　五、课后作业

 

　　1．问题与练习第3、6题；

 

　　2．阅读后两节内容；

 

　　3．尝试回答本节课预设的疑问。