楞次定律教学设计(富源一中赵云贺

楞次定律教学设计云南省富源县第一中学 物理组 赵云贺一、教学目标1、知识与技能：1.掌握楞次定律的主要内容，能熟练运用楞次定律判断感应电流方向。2.培养观察实验能力以及对实验现象分析、归纳、总结的能力。3.能够熟练应用楞次定律判断感应电流的方向。4.掌握右手定则，并理解右手定则实际上是楞次定律的一种具体表现形式。2、过程与方法：1.通过实践活动，观察得到实验现象，再通过分析论证，归纳总结得出结论。2.通过应用楞次定律判断感应电流的方向，培养学生应用物理规律解决实际问题的能力。 3、 情感态度与价值观：使学生参与物理规律的发现过程，体验自然规律发现过程中的乐趣和美的享受，并在关脑中进一步强化“实践是检验真理的唯一标准”这一辩证唯物主义观点。二、重点难点重点：1.楞次定律的获得及理解2.应用楞次定律判断感应电流的方向3.利用右手定则判断导体切割磁感线时感应电流的方向难点：1.楞次定律与安培定则的结合运用2. 楞次定律中阻碍的理解。3. 难点分析：难点分析（1）从静到动的一个飞跃 学习“楞次定律”之前所学的“电场”和“磁场”只是局限于“静态场”考虑，而“楞次定律”所涉及的是变化的磁场与感应电流的磁场之间的相互关系，是一种“动态场”，并且“静到动”是一个大的飞跃，所以学生理解起来要困难一些。（2）内容、关系的复杂性 “楞次定律”涉及的物理量多，关系复杂。产生感应电流的原磁场与感应电流的磁场两者都处于同一线圈中，且感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化，它们之间既相互依赖又相互排斥。如果不明确指出各物理量之间的关系，使学生有一个清晰的思路，势必造成学生思路混乱，影响学生对该定律的理解。（3）知识、能力的不足 要能理解“楞次定律”必须具备一定的思维能力，而一部分人的抽象思维和空间想象能力还不是很强，对物理知识的理解、判断、分析、推理常常表现出一定的主观性、片面性和表面性，所以在某些问题的理解上容易出差错。学生运用楞次定律大多数要依靠右手定则，但有时候运用右手定则是完全不够的，要灵活的转变思考方向，可能是反的也可能转不止一道弯才能得出正确的答案。三、教具与学具条形磁铁、带有铝环的支架以及楞次定律的课件。四、教法与学法1.教法选择以实验法为主，讲授法和讨论法为辅。主要采用实验探究法得出楞次定律；重点内容和难点知识，由教师以讲授的形式呈现给学生；在教师指导下由学生的分组讨论，得出结论，培养学生的语言交流能力和分析能力。2.学法指导本课结合教法，引导学生通过以下学法进行学习。实验探索法:本课创设了有趣的物理实验，反复思考物理现象的原因和结果，有助于培养学生的实验观察能力和知识的迁移能力。比较总结法：通过对现象的讨论、分析、比较、总结出物理规律的过程，有助于学生分析能力和综合能力的培养。反馈定位法：本课通过实例解析和练习反馈，可以巩固所学知识，有利于学生对概念的准确定位和正确思维的形成。五、教材分析：选自人教版选修3-2第四章第3节1.教材结构：本章教材以“磁通量的变化及变化率”为核心线索贯穿全章，共7节分为四个版块：第一版块：电磁感应现象（条件）；第二版块：楞次定律及其应用（方向）；第三版块：法拉第电磁感应定律（大小）；第四版块：互感和自感（应用）。2.教材的地位与作用：电磁感应作为联系电场和磁场的纽带,不仅是学过的电场和磁场知识的综合和扩展,也是以后学习交流电、电磁振荡和电磁波的基础。楞次定律是电磁感应规律的重要组成部分，是分析和处理电磁感应现象问题的两个重要支柱之一。3.教材的困境：本节从条形磁铁相对螺线管运动的实验出发，引导学生将“感应电流的磁场”作为“中介”，通过填表比较，归纳出楞次定律的表述。这种传统的教学安排，涉及原磁场方向、感应电流方向、线圈绕向、感应电流的磁场方向、磁通量的变化等众多要素，使学生不能够直接从“螺线管四组实验”判断出感应电流的方向，实验把感应电流方向和感应电流的磁场方向两个变量同时呈现，没有使用“控制变量”的实验方法，使教学陷入复杂之中。基于以上情况，我采用了“铝环”实验作为基本的出发点和突破口，用简单、直观的实验现象得出楞次定律。由于是新的尝试，不妥之处请同行专家予以指正。六、学情分析优势：1.已经掌握了磁通量的概念及条形磁铁的磁感线的分布，并会分析磁通量的变化;2.通过第二节的学习已经知道了感应电流产生的条件是：穿过闭合电路磁通量发生变化；3.需求心理和好奇心理有助于新课开展。劣势：4.学生虽然已经接触过三维空间的相关知识，但并不能熟练地掌握应用；5.学生的实验、思考、归纳、总结的综合能力不强。七、教学过程()应电流出现的后果是什么填入相关物理量，【】吉 【导入】新课导入 教师活动：播放磁铁在铜管运动的视频。解说视频：这是一个磁铁和铜管，磁铁并不吸引铜管。现将磁铁放入铜管，观察会发生的现象。学生活动：观看视频。教师：提问A同学，你看了视频之后有什么想法？A学生：我想知道磁铁为什么会下落那么慢。教师：好，本节课我们就来学习用于解释这个现象的规律：楞次定律。教师板书本节课题4.3 楞次定律【设计意图】引入新课,利用磁铁下落和日常生活中自由落体运动下落快慢的差别来激发学生的学习兴趣。 【活动】 复习旧知识教师：要想更好的理解本节内容，需要复习一下过去所学的知识：1.初中学过，异名磁极相互吸引，同名磁极相互排斥。请问，相互吸引的两个磁铁对应的磁感线有什么特点？学生：方向相同教师：相互排斥的两个磁铁的磁感线有什么特点？学生：方向相反教师：很好。2.如何判断通过环形电流内部磁感线的方向？学生：用右手螺旋定则教师：3.产生感应电流的条件是什么？学生：一是有闭合回路，二是穿过闭合回路的磁通量发生变化。教师：4.如何直观地判断磁通量的变化？学生：用穿过闭合回路的磁感线条数的多少来判断【设计意图】帮助学生回忆旧知识，以便在接下来的情景中能迅速的应用。【活动】演示铝环实验教师：我这里有一套仪器，由一个支架、两个铝环和一个铝质横梁组成，铝环A是闭合的，铝环B是有缺口的，请大家思考，当我把磁铁靠近闭合的铝环时，铝环内是否有感应电流产生？学生：有。教师：为什么？学生：因为穿过铝环的磁通量增加了。教师：产生的这个感应电流能不能产生磁场？为什么？学生：能，因为电流的周围都存在磁场。教师：如果我们能判断出感应磁场的磁感线方向，你能不能判断出感应电流方向？学生：能。用右手螺旋定则。教师：现在的问题是如何判断感应磁场方向。前面复习时已经知道，磁感线方向相同，表现为吸引，方向相反，表现为排斥。我们可以用磁铁靠近铝环，用铝环和磁铁间的相同作用来判断铝环内的磁感线方向。现在我用磁铁N极靠近铝环，你们观察到什么？学生：铝环和磁铁相互排斥教师：用动画演示一下刚刚的过程。磁铁N极靠近铝环时，磁铁磁感线方向向左，铝环被排斥，说明铝环内磁感线向右，铝环内的磁通量怎么变？铝环内感应电流什么方向？学生：铝环内磁通量增加，从右向左看，根据右手螺旋定则感应电流方向为逆时针。教师：请添一下实验数据表。现在我用磁铁N极远离铝环，注意观察到什么现象？教师用磁铁N极远离铝环，学生观察到铝环被吸引.教师：现在用动画演示一下刚刚的过程。磁铁N极远离铝环时，磁铁磁感线方向向右，铝环被吸引，说明铝环内磁感线向右。铝环内磁通量怎么变？铝环内感应电流什么方向？学生：铝环内磁通量减少，从右向左看，根据右手螺旋定则感应电流方向为顺时针。教师用磁铁S极靠近铝环，学生观察到铝环被排斥；用磁铁S极远离铝环，学生观察到铝环被吸引。【设计意图】 通过演示实验，让学生真正的参与到发现实验规律过程中来，体验自然规律发现过程中的乐趣和美的享受，并在关脑中进一步强化“实践是检验真理的唯一标准”这一辩证唯物主义观点。该实验的优势在于：1.实验装置简单、实验现象直观，可以直接判断出感应电流的磁场方向。至于感应电流的方向，则可由右手螺旋定则判断给出。2.可以控制和分离变量。感生电流的方向与感生电流的磁场方向就被分离了开来。所以，传统教学急于寻找磁场这一“中介”并选用繁复且不能体物理现象的“螺线管四组实验”实验其实是舍本逐末并徒增吃力的。【活动】分析实验现象，填表格。教师：请同学们就观察到的现象填下表实验现象磁通量变化感应电流磁场方向与原磁场方向感应电流的方向N极靠近远离S极靠近远离总结【设计意图】 目的是让学生通过列表的方式，找出磁铁和铝环之间的运动关系，磁通量变化和感应电流产生的磁场方向之间的关系。进而为学习楞次定律的内容打下基础。另外还可以培养他们的分析能力和推理能力。【讲授】总结实验结论教师：通过上表分析，你发现了什么？学生B：当原增大时，B感与B原相反；当原减小时，B感与B原相同。当磁铁靠近铝环时，铝环排斥它；磁铁皮远离铝环时，铝环吸引它。教师：很好，我们可将磁铁和铝环之间的运动关系可总结为“来拒去留”，磁通量变化和感应电流产生的磁场方向之间的关系可总结为“增反减同”。【设计意图】 让学生自己找出其中的规律是比较难的，因此教师提问给了一个脉络，让他们能更加清晰的找到规律，印象更加深刻。【讲授】楞次定律的内容教师：俄国物理学家海因里希楞次在1834年研究电磁感应现象时，将该结论用一句很巧妙的话总结出这样的结论：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。后人所称之为楞次定律。【板书】一、楞次定律 教师：仔细分析楞次定律的内容，里面描述了几个物理量？这个几个物理量之间是什么关系？学生：描述了感应电流、感应电流的磁场和磁通量变化三个物理量。它们的关系应为磁通量变化产生感应电流，感应电流产生感应磁场，感应磁场阻碍磁通量变化。教师板书下图，以理清三者之间的关系【设计意图】“楞次定律”涉及的物理量多，关系复杂。产生感应电流的原磁场与感应电流的磁场两者都处于同一线圈中，且感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化，它们之间既相互依赖又相互排斥。如果不明确指出各物理量之间的关系，使学生有一个清晰的思路，势必造成学生思路混乱，影响学生对该定律的理解。通过分析楞次定律内容，及画出三者关系图，理清定律所表述的核心内容，让学生一目了然，建立起知识结构。【活动】楞次定律的理解“阻碍”的含义：教师：从电磁学角度分析，感应磁场是怎么阻碍磁通量变化的？ 学生：增反减同。教师：阻碍的结果怎样？ 学生：延缓原磁场的磁通量的变化。教师：能不能阻止磁通量的变化？学生：不能。因为阻止的话，就没有感应电流的产生了。教师：从力学角度分析磁场还有什么效果？ 学生：对磁铁施加力。教师：这个力是朝什么方向的？ 学生：磁铁运动的反方向，是阻力。教师：这个力对磁铁运动有什么效果呢？学生：总是阻碍磁铁的运动。教师：因此阻碍从力学角度表现为来拒去留。教师：请同学们思考，阻碍的目的到底是为了什么？为什么一定要阻碍？我举个例子：如搓手，手感觉暖和，为什么？学生：摩擦阻力阻碍双手的运动，摩擦力做负功，将手的动能转化为手的内能。阻碍的目的是为了能量的转化。教师：很好。楞次定律中的阻碍也是为了能量转化。以磁铁靠近铝环为例，通过阻碍磁铁的运动，将磁铁的机械能转化为感应电流的电能。教师讲授：“楞次定律”是能量转化和守恒定律在电磁运动中的体现，符合能量守恒定律，感应电流的磁场阻碍引起感应电流的原磁场的磁通量的变化，因此，为了维持原磁场磁通量的变化，就必须有动力作用，这种动力克服感应电流的磁场的阻碍作用做功，将其他形式的能转变为感应电流的电能，所以“楞次定律”中的阻碍过程，实质上就是能量转化的过程。所以，感应电流遵从楞次定律所描述的方向，是能量守恒定律的必然结果。教师：早在2500年前，我国著名思想家老子在道德经中论述了他对阻碍的理解：天之道，损有余而补不足。所以，从能量角度看，阻碍表现为：天之道，损有余而补不足。教师：现在请同学们能不能解释课程开始时视频中的现象？为什么，磁铁下落会变慢？学生：磁铁在铜管中下落时，铜管内会产生感应电流，根据楞次定律，感应磁场会对磁铁产生一个向上的磁场力，阻碍磁铁的下落。所以，磁铁下落变慢了！【设计意图】更加深入的理解楞次定律，从对“阻碍”一词的理解入手，从电磁学角度、力学角度，能量角度和文字替换的角度层层推进，最终让学生彻底弄明白楞次定律的本质含义。对“阻碍”二字的理解：要正确全面地理解“楞次定律”必须从“阻碍”二字上下功夫，这里起阻碍作用的是“感应电流的磁场”，它阻碍“原磁通量的变化”，不是阻碍原磁场，也不是阻碍原磁通量。不能认为“感应电流的磁场必然与原磁场方向相反”或“感应电流的方向必然和原来电流的流向相反”。所以“楞次定律”可理解为：当穿过闭合回路的磁通量增加时，相应感应电流（增加的磁通量所感应的电流）的磁场方向总是与原磁场方向相反；当穿过闭合回路的磁通量减小时，相应感应电流（减小的磁通量所感应的电流）的磁场方向总是与原磁场方向相同。另外“阻碍”不能理解为“阻止”，应认识到，原磁场是主动的，感应电流的磁场是被动的，原磁通量仍然要发生变化，阻止不了，而感应电流的磁场只是起阻碍作用而已。感应电流的磁场的存在只是减弱了穿过电路的总磁通量变化的速度，而不会改变原磁场的变化特征和方向。例如：当增大感应电流的磁场时， 原磁场也将在原方向上一直增大，只是增大得比没有感应电流的磁场时慢一点而已。如果磁通量变化被阻止，则感应电流就不会继续产生。无感应电流，就更谈不上“阻止”了。【讲授】楞次定律解题方法教师：通过上面的探究学习，大家知道了楞次定律的主要内容。但是通过楞次定律我们只能直接得出感应磁场遵循的规律，却不能直接得到感应电流的方向，到底应该如何运用楞次定律判定感应电流方向呢？我们再看一下实验数据表，利用表总结一下应用楞次定律判断感应电流方向的步骤。之前我们是怎么判断感应电流方向的？学生：结合右手螺旋定则，通过感应磁场方向确定感应电流方向。教师：怎么判断感应磁场方向？学生：增反减同教师：谁在增减？谁在反同？学生：磁通量变化在增减，原磁场与感应磁场相反或相同教师：很好。下面是用楞次定律解决具体电磁感应问题的步骤：（1）确定原磁场方向 （2）确定原磁场磁通量的变化，增大还是减小 （3）根据楞次定律确定感应磁场方向 （4）根据右手螺旋定则确定感应电流方向 可简记为“一原二增减，三感四螺旋”。【设计意图】总结出楞次定律的解题步骤，便于学生应用楞次定律判断感应电流的方向。【练习】应用楞次定律判断感应电流的方向 例题1：法拉第最初发现电磁感应现象的实验如图3所示，软铁环上绕有M和N两组线圈。当M线圈中电路开关断开的瞬间，线圈N中的感应电流沿什么方向？图3 学生：当开关S闭合时，能得到电流是顺时针方向的（线圈以外电路中） 教师：那原磁场的方向呢？ 学生：根据安培定则，能得到是顺时针方向的，通过线圈N的磁场是向下的。 教师：开关断开瞬间，原磁场磁通量增大还是减小？ 学生：减小 教师：感应磁场的方向呢？ 学生：根据楞次定律，感应电流的磁场应阻碍原磁场磁通量得减小，所以感应磁场的方向应与方向相同，为向下的。 教师：感应电流的方向应该是怎样的？ 学生：根据安培定则，感应电流的方向应该是顺时针的。教师：非常正确！刚才解题时就按照上面总结出的楞次定律解题步骤解的，只要熟练掌握这一步骤，这类问题便可迎刃而解。例题2：如图，一导线通有电流，右侧有一线圈，并且在远离导线运动，问感应电流的方向如何？解：(1)根据安培定则，判断通电直导线在线框处产生的磁场方向为垂直直面向里(2)线圈远离导线运动,则线圈中原磁场的磁通量在减小(3)由楞次定律,线圈中产生感应电流的磁场方向与原磁场方向相同,为垂直直面向里(4) 根据安培定则,线圈中的电流方向为顺时针.【讲授】右手定则教师：我们发现，如果用楞次定律来解决导体棒切割磁感线情况时，要用四步才能得到结论，那么有没有一种更为简便的方法呢？我们的书上就给出了另一种简便方法，即楞次定律的特殊情况右手定则。比较右手定则与楞次定律之间的异同，并且再用右手定则重做刚才的例题右手定则投影展示：教师：右手定则：伸开右手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心进入，并使拇指指向导体运动的方向，这是四指所指的方向就是感应电流的方向。注意： 1、右手定则可看作是楞次定律的特殊情况。对于闭合电路的一部分导体切割磁感线而产生感应电流的情况，用右手定则来判断感应电流的方向往往比用楞次定律简便。2、当导体切割磁感线时，导体运动的方向、磁感线的方向、感应电流的方向三者之中知道两个，就可以用右手定则判断出另一个的方向。请同学们用右手定则来判断例题1中的感应电流方向。【设计意图】明确右手定则在处理闭合电路的一部分导体切割磁感线而产生感应电流的情况时，要比楞次定律简捷，快速。让学生在重做例题时体会这种简便。【小结】课堂小结这节课我们探究了楞次定律，学会了用楞次定律处理一般电磁感应问题和导线切割磁感线问题的方法和步骤；学会了楞次定律与安培定则结合使用，使我们对电磁感应有了更深一层的理解和认识。本节内容可总结为：一组铝环实验，二个判断规律。三条理解角度，四项应用步验。【作业】作业将课后习题第1到5题作为课后作业，并要求学生查阅相关资料，科学家楞次探究此定律时的过程和故事。11