人教版(新教材)高中物理選擇性必修2教學(xué)設(shè)計3：2 1楞次定律教案

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課程基本信息課題楞次定律教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo)：1.理解楞次定律，知道楞次定律是能量守恒的反映。2、經(jīng)歷推理分析得出楞次定律的過程，體會歸納推理的方法。3、經(jīng)歷實驗探究出楞次定律的過程，提升科學(xué)探究的能力。教學(xué)重點：1.通過實驗，探究“影響感應(yīng)電流方向的因素”。2.體會規(guī)律建立的研究歷程。教學(xué)難點：經(jīng)歷推理分析，總結(jié)得出楞次定律。教學(xué)過程一：新課導(dǎo)入教師創(chuàng)設(shè)情景，引入課堂研究主題：法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象，帶我們走入了電氣時代，當(dāng)城市夜幕來臨，我們看到地球上的“流光溢彩”，總是忍不住感嘆這項科學(xué)發(fā)現(xiàn)的偉大。我們的用電由發(fā)電廠提供。最為熟悉的是三峽水電站，三峽水電站安裝著32臺巨型發(fā)電機(jī)，總裝機(jī)容量2250萬千瓦。千年流淌的滾滾長江，正在煥發(fā)著青春。電廠里巨大的發(fā)電機(jī)怎么會發(fā)出這么多電來？磁生電有怎樣的規(guī)律呢？這一節(jié)我們將開始進(jìn)一步去認(rèn)識電與磁的規(guī)律。二：提出問題教師：在物理必修第三冊中，我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了解了電磁感應(yīng)現(xiàn)象中感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件。同學(xué)們回顧下，能用自己的語音進(jìn)行描述嗎？學(xué)生：當(dāng)穿過閉合導(dǎo)體回路的磁通量發(fā)生變化時，閉合導(dǎo)體回路中會產(chǎn)生感應(yīng)電流。當(dāng)磁鐵插入線圈、再從線圈中抽出時，線圈處磁通量發(fā)生變化，會產(chǎn)生感應(yīng)電流，電流計指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)。學(xué)生活動：觀察實驗，注意磁體插入與抽出時，指針偏轉(zhuǎn)情況。教師：我們看到磁體的某一個磁極向線圈中插入、再從線圈中抽出時，電流表的指針都發(fā)生了偏轉(zhuǎn)。但兩種情況下偏轉(zhuǎn)的方向不同。這說明什么呢？學(xué)生：這說明在這兩種情況下產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向并不相同。教師：什么因素會影響感應(yīng)電流的方向呢？今天這堂課我們就來探究這個問題。三：實驗探究1、提出猜想：教師：同學(xué)們你能根據(jù)已有知識及實驗現(xiàn)象，猜想可能影響感應(yīng)電流方向的相關(guān)因素嗎？學(xué)生：穿過閉合回路的磁通量變化是產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件，那么感應(yīng)電流的方向很有可能與磁通量的變化有關(guān)，可以提出猜想：感應(yīng)電流的方向與磁通量的變化有關(guān)。2、表格設(shè)計：3、實驗現(xiàn)象收集：問題1：在實驗中，我們?nèi)绾畏直娓袘?yīng)電流的方向呢？我們知道，電流計的偏轉(zhuǎn)方向與電流方向有關(guān)，具體有什么樣的關(guān)系呢？同學(xué)們能否設(shè)計一個簡單的實驗，找到指針偏轉(zhuǎn)方向與電流方向的關(guān)系呢？實驗觀察：如圖所示，先將電源的負(fù)極連上保護(hù)電阻，再與電流計的一個接線柱相連，用一根導(dǎo)線與電流計另一個接線柱相連，另一端斷開，未連入電路。為保護(hù)電流計，用試觸的方式看看當(dāng)電流從如圖所示左邊的黑接線柱流入時，電流計指針的偏轉(zhuǎn)方向。實驗現(xiàn)象：電流從左邊的黑接線柱流入時，指針向左偏轉(zhuǎn)；改變電流的方向，讓電流從右邊的紅色接線柱流入時，指針向右偏轉(zhuǎn)。問題2：知道電流通過電流計的方向，能否判定線圈中電流的方向？分析：線圈的繞線方向不同，線圈的電流方向也會有不同的結(jié)果，還需要知道線圈的繞線方向。經(jīng)過觀察，實驗中線圈的繞線情況如圖所示。從上向下看，此時線圈中的電流方向為逆時針。學(xué)生活動：觀察實驗，收集實驗現(xiàn)象。4、實驗現(xiàn)象分析問題1：同學(xué)們分析實驗結(jié)果，你能找到磁通量變化與感應(yīng)電流方向間的關(guān)系嗎？引導(dǎo)學(xué)生一起分析實驗結(jié)果：對比實驗1和實驗3的結(jié)果，我們看到，當(dāng)穿過線圈的磁通量都在增大時，磁場方向不同，感應(yīng)電流的方向也不相同。再對比實驗2和實驗4，當(dāng)穿過線圈的磁通量都減小時，磁場方向不同，感應(yīng)電流的方向也不同。問題2：從實驗現(xiàn)象來看，感應(yīng)電流的方向與磁通量的變化確實有規(guī)律性，但實驗結(jié)果呈現(xiàn)出來的規(guī)律性似乎還不夠簡潔，并不能直接顯示出感應(yīng)電流的方向與磁通量變化的關(guān)系。感應(yīng)電流的方向與磁通量變化如何建立起直接的聯(lián)系呢？可否轉(zhuǎn)換角度來研究這一問題呢？同學(xué)們想一想，能否找到一個橋梁，將磁通量與感應(yīng)電流聯(lián)系起來呢？教師引導(dǎo)：電流周圍也存在磁場。在確定的線圈處，磁體磁場對應(yīng)有一個磁通量，與感應(yīng)電流的磁場對應(yīng)也存在一個磁通量，這兩個磁通量之間會不會有聯(lián)系呢？學(xué)生思考。教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步分析：此處線圈的橫截面積是不變的，磁通量變化可以用磁場的變化來體現(xiàn)。感應(yīng)電流的方向與與其產(chǎn)生的磁場方向有關(guān)，我們進(jìn)一步將問題簡化，分析磁體的磁場與感應(yīng)電流的磁場的關(guān)系。學(xué)生活動：根據(jù)安培定則判定出感應(yīng)電流的磁場方向。教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步分析實驗結(jié)果：當(dāng)磁通量增大時，感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場方向相反；當(dāng)磁通量減小時，感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場方向相同。是否可以用更簡潔的語言來總結(jié)這個結(jié)果呢？可以這樣總結(jié)：感應(yīng)電流的磁場方向總阻礙磁通量的變化。學(xué)生活動：思考總結(jié)。四：楞次定律的理解1、楞次定律的內(nèi)容根據(jù)實驗總結(jié)得到楞次定律的初步表述，回顧歷史，學(xué)習(xí)了解楞次定律的內(nèi)容：感應(yīng)電流具有這樣的方向，即感應(yīng)電流的磁場總是要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。引導(dǎo)學(xué)生回顧研究過程，總結(jié)科學(xué)方法：2、楞次定律的理解問題1：楞次定律的表述簡明扼要，高度概括。特別是“阻礙一詞”，我們?nèi)绾卫斫饽?？是誰在阻礙？阻礙什么？如何阻礙呢？引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析：起阻礙作用的是感應(yīng)電流的磁場，阻礙的是“引起感應(yīng)電流的磁通量的變化”。阻礙的形式表現(xiàn)為：當(dāng)引起感應(yīng)電流的磁通量增加時，感應(yīng)電流的磁場就與原磁場的方向相反，感應(yīng)電流的磁場“反抗”原磁通量的增加。當(dāng)原磁通量減少時，感應(yīng)電流的磁場就與原磁場的方向相同，感應(yīng)電流的磁場“補(bǔ)償”原磁通量的減少。簡要概括描述為“增反減同”。學(xué)生活動1：觀察實驗1：用繩吊起一個鋁環(huán)，當(dāng)用磁體任意一級去靠近鋁環(huán)，會產(chǎn)生什么現(xiàn)象？把磁極從靠近鋁環(huán)處移開，又會產(chǎn)生什么現(xiàn)象呢？描述實驗1現(xiàn)象：實驗中我們看到，不管磁極如何，磁體靠近鋁環(huán)時，鋁環(huán)向后退，磁體從靠近處遠(yuǎn)離鋁環(huán)時，鋁環(huán)跟隨磁體。進(jìn)行實驗1分析：根據(jù)楞次定律，當(dāng)磁極靠近鋁環(huán)時，鋁環(huán)的磁通量增大，產(chǎn)生感應(yīng)電流，且感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場方向相反，則鋁環(huán)與磁極間表現(xiàn)為斥力，鋁環(huán)遠(yuǎn)離磁極；當(dāng)磁極遠(yuǎn)離鋁環(huán)時，鋁環(huán)的磁通量減小，產(chǎn)生感應(yīng)電流，且感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場方向相同，則鋁環(huán)與磁極間表現(xiàn)為引力，鋁環(huán)跟隨磁極。教師總結(jié)：從這個實驗現(xiàn)象中，我們可以看出，在由相對運動引起的電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，楞次定律表現(xiàn)為：“阻礙”物體間的相對運動。學(xué)生活動2：觀察實驗2：兩根長約1m左右的空心鋁管豎直放置，綠色的小圓柱沒有磁性，紅色的小圓柱是有磁性的磁鐵，兩個小圓柱的直徑都小于管道內(nèi)徑。如果我們把這兩個物體從鋁管上端放入管口，同時釋放，會觀察到怎樣的實驗現(xiàn)象呢？描述實驗2現(xiàn)象：釋放后，沒有磁性的綠色小圓柱很快就從管口下端出來，而紅色的磁性小圓柱下落得慢，過了許久才從管口下端出來。進(jìn)行實驗2分析：是什么阻礙了磁體的下落呢？可以把鋁管看成很多線圈疊在一起的效果，當(dāng)磁體運動，鋁管中的磁通量發(fā)生變化，進(jìn)而產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流總要阻礙磁體的相對運動，所以磁鐵的小圓柱下落的慢。問題2：通過這個實驗，我們再來進(jìn)一步理解楞次定律，這個過程中，最后產(chǎn)生的效果總是在阻礙磁通量的變化，那么能否阻止呢？學(xué)生：不能阻止。我們知道，磁通量的變化是引起感應(yīng)電流的必要條件，如果阻止了，磁通量不發(fā)生變化，則沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生。所以，不能是阻止，只能是阻礙。問題3：那為什么總是阻礙呢？教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析：這個問題有點難，我們可以反過來想一想，如果“促進(jìn)”會有怎樣的結(jié)果呢？學(xué)生：如果是“促進(jìn)”，那磁鐵下落到管口的速度比自由落體到管口的速度要大。教師：這有什么問題嗎？學(xué)生：這不符合能量守恒定律。教師：鋁管中磁體下落比自由落體時要慢，那這個過程中減少的機(jī)械能去哪里了呢？學(xué)生：磁鐵在下落的過程中，鋁管中有感應(yīng)電流產(chǎn)生。由于電阻的存在，感應(yīng)電流在鋁管中會產(chǎn)生熱量。根據(jù)能量守恒定律，能量不可能無中生有，這部分熱量只能從其它形式的能量轉(zhuǎn)化而來。教師總結(jié)：實驗中正是通過“阻礙”的方式實現(xiàn)磁鐵的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為鋁管中感應(yīng)電流的電能。由此可見，阻礙的作用是把其他形式的能量轉(zhuǎn)化為感應(yīng)電流所在回路的電能，沒有這種阻礙就不能實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)