評(píng)課電磁感應(yīng)

一）介紹學(xué)史，引入新課1820年奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)利用圖片幫助學(xué)生回憶實(shí)驗(yàn)過(guò)程，明確實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，總結(jié)實(shí)驗(yàn)的意義。它（該實(shí)驗(yàn)）使整個(gè)科學(xué)界受到了極大的震動(dòng)，它證實(shí)電現(xiàn)象與磁現(xiàn)象是有聯(lián)系的。法拉第贊揚(yáng)道:“它突然打開(kāi)了科學(xué)中一個(gè)黑暗領(lǐng)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(shè)想，并開(kāi)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?cè)?jīng)學(xué)過(guò)電磁感應(yīng)現(xiàn)象：閉合電路的部分導(dǎo)體，在磁場(chǎng)中做切割磁感線的運(yùn)動(dòng)時(shí)，電路中就產(chǎn)生了感應(yīng)電流，產(chǎn)生感應(yīng)電流的現(xiàn)象被稱為電磁感應(yīng)現(xiàn)象。那大家是否知道法拉第發(fā)現(xiàn)這個(gè)過(guò)程為什么如此艱難？電磁感應(yīng)產(chǎn)生的條件是什么？遵循什么規(guī)律？這正是本章學(xué)習(xí)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(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，需要哪些器材檢驗(yàn)電流的存在？生：要用到磁鐵、電流表、導(dǎo)線?！窘處熝菔緦?shí)驗(yàn)】實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。教師先出示一根小的條形磁鐵，一個(gè)螺線管，一個(gè)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(dòng)。生：磁鐵的磁性不強(qiáng)。師操作：斷開(kāi)電路，換一根磁性強(qiáng)的磁鐵，再接通電路，仍無(wú)現(xiàn)象！師：歷史上很多科學(xué)家最初的思路和大家一樣。人們無(wú)論怎么增加磁鐵的磁性，提高電流表的靈敏度，都無(wú)法產(chǎn)生電流！原因是大家已經(jīng)習(xí)慣了靜態(tài)的思維方式，介紹科拉頓的小故事，當(dāng)一種思維走入死胡同時(shí)，應(yīng)該換一個(gè)角度思考問(wèn)題，應(yīng)當(dāng)另辟奚徑。設(shè)計(jì)目的：本節(jié)課的核心問(wèn)題是如何由磁生電，學(xué)生探究的難點(diǎn)正是歷史上科學(xué)家們遇到的難點(diǎn)，即：要從以往靜態(tài)的思維方式（奧斯特實(shí)驗(yàn)中通電導(dǎo)線是不動(dòng)的，電生磁是個(gè)瞬時(shí)過(guò)程）轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)態(tài)的思維方式（磁通量變化或切割磁感線的過(guò)程）。教學(xué)中許多學(xué)生都認(rèn)為只要有一個(gè)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(gè)實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了這樣一個(gè)環(huán)節(jié)。即激發(fā)學(xué)生的探究興趣，又有助于學(xué)生體會(huì)思想對(duì)人的禁錮和科學(xué)家們追求思想解放的過(guò)程，提高學(xué)科思想方法，抒發(fā)對(duì)科學(xué)家的敬仰。（二）實(shí)驗(yàn)回顧，繪圖建模初中我們做的閉合電路中的一部分導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流的實(shí)驗(yàn)中，“切割”正是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程?，F(xiàn)在我這里有線框、電流計(jì)、導(dǎo)線、條形磁鐵、蹄形磁鐵等器材，哪位同學(xué)可以演示一下我們初中時(shí)是如何利用磁來(lái)生電的？【學(xué)生演示實(shí)驗(yàn)】選一名學(xué)生上講臺(tái)演示。學(xué)生選擇、組裝儀器裝置，如圖2所示。注意：要求學(xué)生邊演示邊陳述操作步驟，明確說(shuō)出產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件。教師追問(wèn)學(xué)生：①你做的這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，哪是閉合電路？②該閉合電路在靜止時(shí)為什么沒(méi)有電流？（沒(méi)有電源）③哪部分導(dǎo)體在做切割磁感線運(yùn)動(dòng)？全體學(xué)生在教師帶領(lǐng)下將t1、t2時(shí)刻的電路結(jié)構(gòu)草圖和磁場(chǎng)分布情況繪制在筆記本上。過(guò)渡：電磁感應(yīng)現(xiàn)象是“磁生電”的過(guò)程，但是，部分導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動(dòng)是產(chǎn)生感應(yīng)電流的普遍條件嗎？也就是說(shuō)，在沒(méi)有任何導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動(dòng)的情況下，是否也有可能產(chǎn)生感應(yīng)電流？下面我們研究這個(gè)問(wèn)題。設(shè)計(jì)目的：（1）通過(guò)一名學(xué)生對(duì)教材中實(shí)驗(yàn)1的操作，一方面使學(xué)生回憶起初中所學(xué)相關(guān)知識(shí)，另一方面使處在“操作興趣”階段的學(xué)生產(chǎn)生持續(xù)注意。（2）通過(guò)追問(wèn)及畫(huà)圖過(guò)程，使學(xué)生明確這類問(wèn)題的研究對(duì)象和建模方法，在畫(huà)圖過(guò)程中突出研究對(duì)象一一閉合電路和穿過(guò)電路的磁場(chǎng)，教給學(xué)生如何進(jìn)行狀態(tài)分析和過(guò)程分析。（三）實(shí)驗(yàn)探究，記錄現(xiàn)象明確研究問(wèn)題我們需要在不同的電路或裝置中研究切割磁感線運(yùn)動(dòng)是否是產(chǎn)生感應(yīng)電流的普遍條件。明確研究方法要證明“部分導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動(dòng)是產(chǎn)生感應(yīng)電流的普遍條件”用做實(shí)驗(yàn)來(lái)“證實(shí)”的方法是不行的，即使做了一千次、一萬(wàn)次實(shí)驗(yàn)，凡切割磁感線運(yùn)動(dòng)的都產(chǎn)生了感應(yīng)電流，也不能說(shuō)明它就是普遍適用的結(jié)論，但用實(shí)驗(yàn)的方法“證偽”則是可行的，即只要有一次在沒(méi)有導(dǎo)線切割磁感線運(yùn)動(dòng)的情況下產(chǎn)生了感應(yīng)電流，就說(shuō)明它不是普遍適用的結(jié)論。明確研究對(duì)象不管裝置如何變化，研究對(duì)象是不能變的，裝置中要有：閉合電路：由導(dǎo)線、電表、電阻構(gòu)成，剛才的電阻是導(dǎo)體棒，我們還可以給大家提供線圈，與導(dǎo)線、電表構(gòu)成閉合電路（教師出示原線圈）；磁場(chǎng)：提供磁場(chǎng)的裝置可以用蹄形磁體，也可以用條形磁體、通電導(dǎo)線等產(chǎn)生磁場(chǎng)。（教師出示副線圈和鐵芯，明確用它可以和電源、開(kāi)關(guān)、滑動(dòng)變阻器構(gòu)成直流電路，產(chǎn)生磁場(chǎng)）學(xué)生分工研究產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件教材中提供了相同的閉合電路和產(chǎn)生磁場(chǎng)的不同裝置，圖3中是條形磁鐵，圖4中是電磁鐵（教師將實(shí)驗(yàn)裝置圖投影給學(xué)生）。將學(xué)生分為兩大組，通過(guò)插拔條形磁鐵、電磁鐵、電磁鐵鐵芯、通斷開(kāi)關(guān)、改變滑動(dòng)變阻器阻值等方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。并完成如下幾個(gè)內(nèi)容：觀察是否有感應(yīng)電流產(chǎn)生？如何操作能產(chǎn)生感應(yīng)電流？繪制剖面圖，明確t1、t2時(shí)刻的電路和磁場(chǎng)分布情況。得出研究結(jié)論。分組實(shí)驗(yàn)學(xué)生分組完成實(shí)驗(yàn)，對(duì)猜想進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，做完后嘗試不同的方法。教師巡視過(guò)程中注意發(fā)現(xiàn)新問(wèn)題。設(shè)計(jì)目的：經(jīng)驗(yàn)表明當(dāng)課題探究時(shí)間較充裕時(shí)，學(xué)生中總會(huì)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(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究的開(kāi)始，也是學(xué)生體驗(yàn)創(chuàng)造樂(lè)趣之處。因此，此處要給學(xué)生較充裕的時(shí)間，引導(dǎo)學(xué)生控制實(shí)驗(yàn)條件、觀察現(xiàn)象變化、與同學(xué)之間合作交流，最后歸納、概括出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。（四）學(xué)生匯報(bào)，得出初步結(jié)論學(xué)生邊演示邊匯報(bào)：按照采用的裝置、是否產(chǎn)生了感應(yīng)電流、如何操作能產(chǎn)生感應(yīng)電流以及研究結(jié)論等環(huán)節(jié)匯報(bào)，教師對(duì)學(xué)生研究過(guò)程及成果進(jìn)行評(píng)價(jià)。使用條形磁鐵完成圖3實(shí)驗(yàn)的小組的匯報(bào)過(guò)程磁鐵相對(duì)線圈向下運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，相當(dāng)于線圈那部分電路向上運(yùn)動(dòng)，切割了磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流，因此可以說(shuō)切割磁感線運(yùn)動(dòng)是產(chǎn)生感應(yīng)電流的普遍條件。教師指導(dǎo)下學(xué)生畫(huà)出此實(shí)驗(yàn)過(guò)程的示意圖，并鼓勵(lì)學(xué)生提出不同意見(jiàn)。實(shí)驗(yàn)引申。有一名學(xué)生用蹄形磁鐵做實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)沿與線圈平面平行的方向橫著移動(dòng)磁鐵時(shí)沒(méi)有感應(yīng)電流產(chǎn)生（如圖5所示，以下簡(jiǎn)稱“平行”情況），但沒(méi)有說(shuō)出原因。學(xué)生討論得出結(jié)論：由于蹄形磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)與線圈截面平行，相對(duì)移動(dòng)過(guò)程中線圈沒(méi)有切割磁感線，因此從另一側(cè)面說(shuō)明切割磁感線運(yùn)動(dòng)是產(chǎn)生感應(yīng)電流的普遍條件。使用電磁鐵完成圖4實(shí)驗(yàn)的小組的匯報(bào)過(guò)程使用電磁鐵完成實(shí)驗(yàn)的小組，學(xué)生提出了不同的觀點(diǎn)。生1：當(dāng)線圈A、B相對(duì)靜止時(shí)，閉合電磁鐵電路開(kāi)關(guān)時(shí)，電流表有示數(shù)，說(shuō)明有感應(yīng)電流產(chǎn)生；當(dāng)斷開(kāi)電磁鐵電路開(kāi)關(guān)時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，此時(shí)線圈并沒(méi)有切割磁感線運(yùn)動(dòng)。生2：當(dāng)開(kāi)關(guān)一直接通時(shí)，沒(méi)有感應(yīng)電流。當(dāng)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值時(shí)，線圈B中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。生3：當(dāng)開(kāi)關(guān)一直接通時(shí)，拔出線圈A中的鐵芯，線圈B中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。歸納：以上三種方法均沒(méi)有導(dǎo)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(chǎng)強(qiáng)弱發(fā)生變化，產(chǎn)生了感應(yīng)電流，所以說(shuō)切割磁感線運(yùn)動(dòng)不是產(chǎn)生感應(yīng)電流的普遍條件。師：在我們完成的三個(gè)實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件都是什么呢？其共性是？教師引導(dǎo)學(xué)生注意副板書(shū)中的剖面圖，學(xué)生討論，得出結(jié)論：不論用什么方法，只要穿過(guò)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(xiàng)：教師要將學(xué)生說(shuō)的都演示一遍，以便沒(méi)有完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)的小組進(jìn)行觀察研究。并且邊演示邊將實(shí)驗(yàn)的初末狀態(tài)畫(huà)在副板書(shū)處，完成的副板書(shū)如右圖。設(shè)計(jì)說(shuō)明：通過(guò)學(xué)生匯報(bào)使其內(nèi)化電磁感應(yīng)現(xiàn)象的研究對(duì)象和研究方法，為磁通量概念的引入做好鋪墊。并在感應(yīng)電流產(chǎn)生條件的探究過(guò)程中，培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科素養(yǎng)。（五）磁通量概念物理意義對(duì)比三個(gè)實(shí)驗(yàn)我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，感應(yīng)電流的產(chǎn)生都與閉合電路中磁場(chǎng)的分布情況有關(guān)。為此，我們引進(jìn)一個(gè)新的物理概念描述穿過(guò)某一面積的磁感線條數(shù)，稱之磁通量①。（板書(shū)見(jiàn)后）磁通量是對(duì)某一面積而言的，而且是“穿過(guò)”這個(gè)面積的，籠統(tǒng)的講磁通量是沒(méi)有意義的。對(duì)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(gè)面平行，那么磁感線再密，穿過(guò)這個(gè)面積的磁通量也是零。定義為了方便，對(duì)垂直放置的情況進(jìn)行定義。（板書(shū)見(jiàn)后）設(shè)在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有一個(gè)與磁場(chǎng)方向垂直面積為S的平面。定義穿過(guò)面積S的磁通量為磁感應(yīng)強(qiáng)度B與面積S的乘積。即O=BS適用條件：①勻強(qiáng)磁場(chǎng)；②BLS國(guó)際單位：韋伯，簡(jiǎn)稱韋，符號(hào)Wb1Wb=1T?1m2磁通量是標(biāo)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(chǎng)中由于所取面積方位的變化，即使對(duì)應(yīng)穿過(guò)同一個(gè)面的磁通量也是不同的，是個(gè)變值：0-BS，當(dāng)面積與磁場(chǎng)方向平行時(shí)磁通量為0；垂直時(shí)磁通量最大，為BS。如果面不是這兩個(gè)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(shí)，穿過(guò)平面S的磁通量與穿過(guò)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(guò)S面的磁通量①為O=BS±=BSsin0問(wèn)題討論：手持一個(gè)線框，放在一個(gè)條形磁鐵N極邊上（如圖7所示），再把線框換一個(gè)面（調(diào)換180°），仍放在剛才的位置，穿過(guò)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(yīng)強(qiáng)度的方向，也是磁場(chǎng)的方向；一個(gè)面有正面和反面，磁感線是從正面穿進(jìn)還是從反面穿進(jìn)？從這個(gè)意義上講，磁通量存在正負(fù)。因此如果將a處的線框翻面后放回去，穿過(guò)線框的磁通量會(huì)變化。過(guò)渡：我們建立了描述磁場(chǎng)在空間分布特點(diǎn)的物理量一磁通量后，就可以進(jìn)一步歸納出感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件了。（六） 產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件磁通量的有無(wú)是產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件嗎？師：（指副板書(shū)圖3中）開(kāi)始時(shí)電路中磁通量為0，沒(méi)有感應(yīng)電流，后來(lái)電路中有了磁通量，是否就產(chǎn)生了感應(yīng)電流呢？引導(dǎo)學(xué)生按如下內(nèi)容分析：①研究對(duì)象：所討論的電路和穿過(guò)電路所圍面積的磁通量。②借助剖面圖說(shuō)明，是穿過(guò)哪個(gè)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(qǐng)四組同學(xué)分析實(shí)驗(yàn)中磁通量變化△①的問(wèn)題①完成圖2演示實(shí)驗(yàn)的學(xué)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(shí)驗(yàn)的學(xué)生，分析插入、拔出和“平行”情況的磁通量變化；電鍵閉、開(kāi)組，分閉合和斷開(kāi)情況說(shuō)明；調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器組，包括電流增大、減小兩種情況。學(xué)生中還可能出現(xiàn)插拔鐵芯的情況，可一并分析。總結(jié)感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件通過(guò)比較三個(gè)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生自行發(fā)現(xiàn)“穿過(guò)線圈的磁通量變化時(shí)有感應(yīng)電流，磁通量不變時(shí)無(wú)感應(yīng)電流”的結(jié)論。（板書(shū)）只要穿過(guò)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(yīng)用①針對(duì)圖5實(shí)驗(yàn)提問(wèn)：實(shí)驗(yàn)中為什么沒(méi)有產(chǎn)生感應(yīng)電流？生：因?yàn)榇┻^(guò)線圈平面的磁通量始終為0，所以沒(méi)有感應(yīng)電流。②針對(duì)認(rèn)為“磁場(chǎng)變就會(huì)有感應(yīng)電流”的情況設(shè)問(wèn)：能否說(shuō)閉合電路所在處的磁場(chǎng)只要發(fā)生變化，就一定有感應(yīng)電流產(chǎn)生呢？師：用原副線圈演示，改變二者的相對(duì)位置做演示。先把小線圈放在大線圈的一側(cè)，改變磁場(chǎng)，發(fā)現(xiàn)仍能產(chǎn)生感應(yīng)電流，強(qiáng)調(diào)哪兒的磁場(chǎng)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(chǎng)，發(fā)現(xiàn)沒(méi)有感應(yīng)電流，可見(jiàn)“磁場(chǎng)變”了，但穿過(guò)大線圈平面的磁通量始終為0，所以仍然不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。設(shè)計(jì)目的：由實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象總結(jié)條件，教給學(xué)生分析方法，再通過(guò)學(xué)生分析探究過(guò)程中的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)及引申實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生運(yùn)用方法，加深對(duì)磁通量概念的理解，強(qiáng)化“穿過(guò)閉合電路的磁通量發(fā)生變化”。過(guò)渡：我們剛才研究了產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件，知道電磁感應(yīng)現(xiàn)象就是通過(guò)改變閉合電路中的磁通量產(chǎn)生感應(yīng)電流的，在這個(gè)過(guò)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(gè)電能是哪來(lái)的？（七） 電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化和守恒（板書(shū)）利用副板書(shū)引導(dǎo)學(xué)生分析：圖2實(shí)驗(yàn)中電能是導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化來(lái)的，沒(méi)有導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)也就沒(méi)有電磁感應(yīng)現(xiàn)象，也就沒(méi)有電能。圖3實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的電能也是由物體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化而來(lái)的，圖4實(shí)驗(yàn)中是電源的電能通過(guò)小線圈轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能，在穿過(guò)大線圈的磁通量發(fā)生變化過(guò)程中，轉(zhuǎn)化為大線圈電路中的電能。在轉(zhuǎn)化過(guò)程中能量的總量保持不變，因而電磁感應(yīng)現(xiàn)象同樣遵從能量守恒定律。（八） 新課小結(jié)電磁感應(yīng)的發(fā)現(xiàn)在歷史上有著相當(dāng)重要的意義，從產(chǎn)業(yè)化的角度講，有了電磁感應(yīng)，才會(huì)有交流發(fā)電機(jī)，才會(huì)有遠(yuǎn)距離輸電，也才會(huì)有后面的電氣化時(shí)代的到來(lái)。這節(jié)課我們研究了電磁感應(yīng)現(xiàn)象的條件，在初中所學(xué)“閉合電路中的一部分導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流”的基礎(chǔ)上，我們又建立了磁通量的概念，