評課電磁感應

一）介紹學史，引入新課1820年奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應利用圖片幫助學生回憶實驗過程，明確實驗裝置和實驗現(xiàn)象，總結(jié)實驗的意義。它（該實驗）使整個科學界受到了極大的震動，它證實電現(xiàn)象與磁現(xiàn)象是有聯(lián)系的。法拉第贊揚道:“它突然打開了科學中一個黑暗領域的大門，使其充滿光明?！贝拍苌妴?？法拉第于1821年提出“由磁產(chǎn)生電”的大膽設想，并開始了十年艱苦的探索。在這十年中，他失敗了，再探索，再失敗，再探索....終于于1831年取得了成功！在初中，我們曾經(jīng)學過電磁感應現(xiàn)象：閉合電路的部分導體，在磁場中做切割磁感線的運動時，電路中就產(chǎn)生了感應電流，產(chǎn)生感應電流的現(xiàn)象被稱為電磁感應現(xiàn)象。那大家是否知道法拉第發(fā)現(xiàn)這個過程為什么如此艱難？電磁感應產(chǎn)生的條件是什么？遵循什么規(guī)律？這正是本章學習的主要內(nèi)容。我們可以采取什么研究方法？需要什么器材？師：如何利用實驗驗證，需要哪些器材檢驗電流的存在？生：要用到磁鐵、電流表、導線。【教師演示實驗】實驗裝置如圖1所示。教師先出示一根小的條形磁鐵，一個螺線管，一個電流表。將條形磁鐵插入螺線管之后，連通電流表。發(fā)現(xiàn)電流表指針不動。生：磁鐵的磁性不強。師操作：斷開電路，換一根磁性強的磁鐵，再接通電路，仍無現(xiàn)象！師：歷史上很多科學家最初的思路和大家一樣。人們無論怎么增加磁鐵的磁性，提高電流表的靈敏度，都無法產(chǎn)生電流！原因是大家已經(jīng)習慣了靜態(tài)的思維方式，介紹科拉頓的小故事，當一種思維走入死胡同時，應該換一個角度思考問題，應當另辟奚徑。設計目的：本節(jié)課的核心問題是如何由磁生電，學生探究的難點正是歷史上科學家們遇到的難點，即：要從以往靜態(tài)的思維方式（奧斯特實驗中通電導線是不動的，電生磁是個瞬時過程）轉(zhuǎn)變?yōu)閯討B(tài)的思維方式（磁通量變化或切割磁感線的過程）。教學中許多學生都認為只要有一個磁鐵，它的周圍就能產(chǎn)生電流，因此我調(diào)整了教材中的第二個實驗，設計了這樣一個環(huán)節(jié)。即激發(fā)學生的探究興趣，又有助于學生體會思想對人的禁錮和科學家們追求思想解放的過程，提高學科思想方法，抒發(fā)對科學家的敬仰。（二）實驗回顧，繪圖建模初中我們做的閉合電路中的一部分導體切割磁感線產(chǎn)生感應電流的實驗中，“切割”正是一個動態(tài)的過程?，F(xiàn)在我這里有線框、電流計、導線、條形磁鐵、蹄形磁鐵等器材，哪位同學可以演示一下我們初中時是如何利用磁來生電的？【學生演示實驗】選一名學生上講臺演示。學生選擇、組裝儀器裝置，如圖2所示。注意：要求學生邊演示邊陳述操作步驟，明確說出產(chǎn)生感應電流的條件。教師追問學生：①你做的這個實驗中，哪是閉合電路？②該閉合電路在靜止時為什么沒有電流？（沒有電源）③哪部分導體在做切割磁感線運動？全體學生在教師帶領下將t1、t2時刻的電路結(jié)構草圖和磁場分布情況繪制在筆記本上。過渡：電磁感應現(xiàn)象是“磁生電”的過程，但是，部分導體切割磁感線運動是產(chǎn)生感應電流的普遍條件嗎？也就是說，在沒有任何導體切割磁感線運動的情況下，是否也有可能產(chǎn)生感應電流？下面我們研究這個問題。設計目的：（1）通過一名學生對教材中實驗1的操作，一方面使學生回憶起初中所學相關知識，另一方面使處在“操作興趣”階段的學生產(chǎn)生持續(xù)注意。（2）通過追問及畫圖過程，使學生明確這類問題的研究對象和建模方法，在畫圖過程中突出研究對象一一閉合電路和穿過電路的磁場，教給學生如何進行狀態(tài)分析和過程分析。（三）實驗探究，記錄現(xiàn)象明確研究問題我們需要在不同的電路或裝置中研究切割磁感線運動是否是產(chǎn)生感應電流的普遍條件。明確研究方法要證明“部分導體切割磁感線運動是產(chǎn)生感應電流的普遍條件”用做實驗來“證實”的方法是不行的，即使做了一千次、一萬次實驗，凡切割磁感線運動的都產(chǎn)生了感應電流，也不能說明它就是普遍適用的結(jié)論，但用實驗的方法“證偽”則是可行的，即只要有一次在沒有導線切割磁感線運動的情況下產(chǎn)生了感應電流，就說明它不是普遍適用的結(jié)論。明確研究對象不管裝置如何變化，研究對象是不能變的，裝置中要有：閉合電路：由導線、電表、電阻構成，剛才的電阻是導體棒，我們還可以給大家提供線圈，與導線、電表構成閉合電路（教師出示原線圈）；磁場：提供磁場的裝置可以用蹄形磁體，也可以用條形磁體、通電導線等產(chǎn)生磁場。（教師出示副線圈和鐵芯，明確用它可以和電源、開關、滑動變阻器構成直流電路，產(chǎn)生磁場）學生分工研究產(chǎn)生感應電流的條件教材中提供了相同的閉合電路和產(chǎn)生磁場的不同裝置，圖3中是條形磁鐵，圖4中是電磁鐵（教師將實驗裝置圖投影給學生）。將學生分為兩大組，通過插拔條形磁鐵、電磁鐵、電磁鐵鐵芯、通斷開關、改變滑動變阻器阻值等方式進行實驗探究。并完成如下幾個內(nèi)容：觀察是否有感應電流產(chǎn)生？如何操作能產(chǎn)生感應電流？繪制剖面圖，明確t1、t2時刻的電路和磁場分布情況。得出研究結(jié)論。分組實驗學生分組完成實驗，對猜想進行實驗驗證，做完后嘗試不同的方法。教師巡視過程中注意發(fā)現(xiàn)新問題。設計目的：經(jīng)驗表明當課題探究時間較充裕時，學生中總會出現(xiàn)有創(chuàng)意的想法、操作與結(jié)果，這些創(chuàng)造思維的火花就是教師引導學生進行科學探究的開始，也是學生體驗創(chuàng)造樂趣之處。因此，此處要給學生較充裕的時間，引導學生控制實驗條件、觀察現(xiàn)象變化、與同學之間合作交流，最后歸納、概括出實驗結(jié)果。（四）學生匯報，得出初步結(jié)論學生邊演示邊匯報：按照采用的裝置、是否產(chǎn)生了感應電流、如何操作能產(chǎn)生感應電流以及研究結(jié)論等環(huán)節(jié)匯報，教師對學生研究過程及成果進行評價。使用條形磁鐵完成圖3實驗的小組的匯報過程磁鐵相對線圈向下運動的過程中，相當于線圈那部分電路向上運動，切割了磁感線產(chǎn)生感應電流，因此可以說切割磁感線運動是產(chǎn)生感應電流的普遍條件。教師指導下學生畫出此實驗過程的示意圖，并鼓勵學生提出不同意見。實驗引申。有一名學生用蹄形磁鐵做實驗，發(fā)現(xiàn)沿與線圈平面平行的方向橫著移動磁鐵時沒有感應電流產(chǎn)生（如圖5所示，以下簡稱“平行”情況），但沒有說出原因。學生討論得出結(jié)論：由于蹄形磁鐵產(chǎn)生的磁場與線圈截面平行，相對移動過程中線圈沒有切割磁感線，因此從另一側(cè)面說明切割磁感線運動是產(chǎn)生感應電流的普遍條件。使用電磁鐵完成圖4實驗的小組的匯報過程使用電磁鐵完成實驗的小組，學生提出了不同的觀點。生1：當線圈A、B相對靜止時，閉合電磁鐵電路開關時，電流表有示數(shù)，說明有感應電流產(chǎn)生；當斷開電磁鐵電路開關時，也會產(chǎn)生感應電流，此時線圈并沒有切割磁感線運動。生2：當開關一直接通時，沒有感應電流。當調(diào)節(jié)滑動變阻器接入電路的阻值時，線圈B中會產(chǎn)生感應電流。生3：當開關一直接通時，拔出線圈A中的鐵芯，線圈B中會產(chǎn)生感應電流。歸納：以上三種方法均沒有導線切割磁感線，而是靠改變電流大?。ɑ蚋淖兙€圈中的鐵芯），從而引起線圈B中的磁場強弱發(fā)生變化，產(chǎn)生了感應電流，所以說切割磁感線運動不是產(chǎn)生感應電流的普遍條件。師：在我們完成的三個實驗中產(chǎn)生感應電流的條件都是什么呢？其共性是？教師引導學生注意副板書中的剖面圖，學生討論，得出結(jié)論：不論用什么方法，只要穿過閉合電路的磁感線條數(shù)發(fā)生變化，閉合電路中就有電流產(chǎn)生。注意事項：教師要將學生說的都演示一遍，以便沒有完成相關實驗的小組進行觀察研究。并且邊演示邊將實驗的初末狀態(tài)畫在副板書處，完成的副板書如右圖。設計說明：通過學生匯報使其內(nèi)化電磁感應現(xiàn)象的研究對象和研究方法，為磁通量概念的引入做好鋪墊。并在感應電流產(chǎn)生條件的探究過程中，培養(yǎng)學生的物理學科素養(yǎng)。（五）磁通量概念物理意義對比三個實驗我們會發(fā)現(xiàn)，感應電流的產(chǎn)生都與閉合電路中磁場的分布情況有關。為此，我們引進一個新的物理概念描述穿過某一面積的磁感線條數(shù)，稱之磁通量①。（板書見后）磁通量是對某一面積而言的，而且是“穿過”這個面積的，籠統(tǒng)的講磁通量是沒有意義的。對某一確定的面積而言，與該面積垂直的磁感線越密，磁通量越大。如果磁感線與一個面平行，那么磁感線再密，穿過這個面積的磁通量也是零。定義為了方便，對垂直放置的情況進行定義。（板書見后）設在磁感應強度為B的勻強磁場中，有一個與磁場方向垂直面積為S的平面。定義穿過面積S的磁通量為磁感應強度B與面積S的乘積。即O=BS適用條件：①勻強磁場；②BLS國際單位：韋伯，簡稱韋，符號Wb1Wb=1T?1m2磁通量是標量，不遵循矢量的平行四邊形定則，不能合成和分解。討論由磁通量的定義式可知，在磁場中由于所取面積方位的變化，即使對應穿過同一個面的磁通量也是不同的，是個變值：0-BS，當面積與磁場方向平行時磁通量為0；垂直時磁通量最大，為BS。如果面不是這兩個特殊位置，如何處理？（①=BSL）。由圖6可知，如果平面S與磁感線的夾角為。時，穿過平面S的磁通量與穿過S在垂直于磁感線方向的投影面SL的磁通量是完全相等的。即穿過S面的磁通量①為O=BS±=BSsin0問題討論：手持一個線框，放在一個條形磁鐵N極邊上（如圖7所示），再把線框換一個面（調(diào)換180°），仍放在剛才的位置，穿過線框的磁通量是否變化？我們知道磁感線是有方向的，磁感線的方向即該處磁感應強度的方向，也是磁場的方向；一個面有正面和反面，磁感線是從正面穿進還是從反面穿進？從這個意義上講，磁通量存在正負。因此如果將a處的線框翻面后放回去，穿過線框的磁通量會變化。過渡：我們建立了描述磁場在空間分布特點的物理量一磁通量后，就可以進一步歸納出感應電流產(chǎn)生的條件了。（六） 產(chǎn)生感應電流的條件磁通量的有無是產(chǎn)生感應電流的條件嗎？師：（指副板書圖3中）開始時電路中磁通量為0，沒有感應電流，后來電路中有了磁通量，是否就產(chǎn)生了感應電流呢？引導學生按如下內(nèi)容分析：①研究對象：所討論的電路和穿過電路所圍面積的磁通量。②借助剖面圖說明，是穿過哪個面積？初狀態(tài)①1，末狀態(tài)①2?磁通量的變化是增大還是減??？請四組同學分析實驗中磁通量變化△①的問題①完成圖2演示實驗的學生，分析磁通量增加和減小情況（即切割方向不同）；②完成圖3實驗的學生，分析插入、拔出和“平行”情況的磁通量變化；電鍵閉、開組，分閉合和斷開情況說明；調(diào)節(jié)滑動變阻器組，包括電流增大、減小兩種情況。學生中還可能出現(xiàn)插拔鐵芯的情況，可一并分析?？偨Y(jié)感應電流產(chǎn)生的條件通過比較三個實驗，學生自行發(fā)現(xiàn)“穿過線圈的磁通量變化時有感應電流，磁通量不變時無感應電流”的結(jié)論。（板書）只要穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化，閉合電路中就有電流產(chǎn)生。應用①針對圖5實驗提問：實驗中為什么沒有產(chǎn)生感應電流？生：因為穿過線圈平面的磁通量始終為0，所以沒有感應電流。②針對認為“磁場變就會有感應電流”的情況設問：能否說閉合電路所在處的磁場只要發(fā)生變化，就一定有感應電流產(chǎn)生呢？師：用原副線圈演示，改變二者的相對位置做演示。先把小線圈放在大線圈的一側(cè)，改變磁場，發(fā)現(xiàn)仍能產(chǎn)生感應電流，強調(diào)哪兒的磁場變；然后把接電源的小線圈水平放在大線圈的上方演示一遍，改變磁場，發(fā)現(xiàn)沒有感應電流，可見“磁場變”了，但穿過大線圈平面的磁通量始終為0，所以仍然不會產(chǎn)生感應電流。設計目的：由實驗現(xiàn)象總結(jié)條件，教給學生分析方法，再通過學生分析探究過程中的創(chuàng)新實驗及引申實驗，讓學生運用方法，加深對磁通量概念的理解，強化“穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化”。過渡：我們剛才研究了產(chǎn)生感應電流的條件，知道電磁感應現(xiàn)象就是通過改變閉合電路中的磁通量產(chǎn)生感應電流的，在這個過程中產(chǎn)生了電能，而我們知道自然界中的能量是守恒的，那么產(chǎn)生的這個電能是哪來的？（七） 電磁感應現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化和守恒（板書）利用副板書引導學生分析：圖2實驗中電能是導體運動的動能轉(zhuǎn)化來的，沒有導體的運動也就沒有電磁感應現(xiàn)象，也就沒有電能。圖3實驗中產(chǎn)生的電能也是由物體運動的動能轉(zhuǎn)化而來的，圖4實驗中是電源的電能通過小線圈轉(zhuǎn)化為磁場能，在穿過大線圈的磁通量發(fā)生變化過程中，轉(zhuǎn)化為大線圈電路中的電能。在轉(zhuǎn)化過程中能量的總量保持不變，因而電磁感應現(xiàn)象同樣遵從能量守恒定律。（八） 新課小結(jié)電磁感應的發(fā)現(xiàn)在歷史上有著相當重要的意義，從產(chǎn)業(yè)化的角度講，有了電磁感應，才會有交流發(fā)電機，才會有遠距離輸電，也才會有后面的電氣化時代的到來。這節(jié)課我們研究了電磁感應現(xiàn)象的條件，在初中所學“閉合電路中的一部分導體切割磁感線產(chǎn)生感應電流”的基礎上，我們又建立了磁通量的概念，