“法拉第电磁感应定律”的优化教学设计

“法拉第电磁感应定律”的优化教学设计 上海市金山中学　姚武斌 一、教学设计的思考 高二物理“法拉第电磁感应定律”是一节传统课。通过访问互联网确定这一节法拉第电磁感应定律课的传统教学方法都是运用演绎法。教材通过复习电路中有关电动势及产生电流的条件，通过一个演示实验先给学生观察当条形磁体插入组成闭合电路的线圈中时产生的电流和插入速度的快慢间的定性关系，然后引入感应电动势的概念并在定性的基础上直接给出了法拉第电磁感应定律的内容。最后再利用法拉第电磁感应定律研究有关导体在匀强磁场中切割磁感线时的规律。教材试图通过这一过程达到以下目的：（1）让学生搞清感应电流是由感应电动势产生的；（2）感应电动势由磁通量的变化快慢决定；（3）学会应用法拉第电磁感应定律解决实际问题的能力。反思以往十多次的教学实践，我找到了该教学设计的几个缺陷：（1）教学设计中对电动势的讨论只停留在电路理论上，缺少用实验的方法加以直接测量研究。缺少关键的直接测量实验正是传统设计的最大缺陷；（2）教学设计中对应用能力的培养只体现在解决导体在匀强磁场中切割磁感线时的理论规律的研究，没有进一步的更深层次的在现实生活中应用事例的展示。针对以上问题，我在本教案的设计中应用了示波器测量直流电压功能直接测量了感应电动势的大小，使教学方法实现了从演绎法到实验归纳法的突破，从而有效地实现了教学难点的突破，调动学生参与教学过程，在导学探索中，不断优化学生的思维，突出学生主体意识，增强学生的探索意识。 二、教学过程的再次创新设计 我的这一课是根据反思性教学理论设计的，以探索电磁感应规律这一问题为出发点，以发展学生应用能力为目标，由浅入深，循序渐进地设计问题情景。 2．1　教学准备 （1）在本课之前的楞次定律的教学中已教会学生应用示波器观察直流电压大小和电势高低从而了解感应电流方向的方法，在实验的可见度上已取得了突破。 　　　　 （2）准备感应线圈两个，把它们按图1所示的绕向紧靠放在水平桌面上，用一根导线将两个线圈的上端接线柱连起来使它们组成正向串联电路；蹄型磁铁一块，在外面用很薄的布裹起来，直到恰能插入两个感应线圈中为止（如图2所示）；学生用J2459型单踪示波器两台并定好相同的标度75mV/格：方法是将衰减置于10倍处，将1．5V干电池的正极连到“Y”输入，负极连到“地”，调节Y增益旋钮，使水平线偏转2格。然后将衰减置于1倍处，扫描范围置于1k位置。实验中要注意定标好以后不能再调节Y增益旋钮。 2．2　教学设计 （1）新课引入 点评1：创设情景，导入课题 设问1：在电磁感应现象中，闭合电路中产生了感应电流，所以一定存在电源，那么维持这一感应电流的电源是谁呢？答：感应线圈，它相当于电源。 设问2：在研究楞次定律的演示实验中我们改进了实验方法，用图1所示的电路用示波器清楚地观察了回路中感应电流的方向，如果我们把电阻箱去掉，回路中还存在感应电流吗？为什么？答：没有，电路已断开。 演示并设问3：当感应电流不存在时，从定好标度的示波器上测出的电压值是什么物理量？答：是电路在断路时的路端电压，即感应电源的感应电动势。 （2）实验研究感应电动势与磁通量变化率及匝数的关系。 点评2：引导学生进行实验探索 ①定性研究感应电动势与磁通量变化率的关系 演示及定性观察1：取两个在研究电磁感应现象中用的相同的感应线圈，把它们按图3所示的绕向紧靠放在水平桌面上，按电路3连接电路，使示波器1可以观察线圈A上的感应电动势大小，示波器2就可以观察B线圈上产生的感应电动势。实验时将一蹄形磁铁的N、S两极插入线圈A、B中，请学生观察两个示波器上扫描线的偏转幅度的关系。实验可多做几次以使学生观察到结果。（结果是偏转幅度基本相等，且都向一个方向偏转） 演示及定性观察2：将蹄形磁铁在单个线圈中插入或拔出得快一些，请学生观察示波器1的水平扫描线的偏转幅度与插入速度间的关系。 设问：观察到了什么现象？这两个实验现象说明了什么？ 讨论并归纳： 第1个实验中由于用的是同一个磁铁，因此，在任意时刻两个线圈中的磁通量的变化率一定是相等的。这一实验说明，当穿过线圈的磁通量的变化率相等时，两个线圈上的感应电动势相等。 第2个实验说明线圈插得越快，感应电动势越大。此现象说明感应电动势的大小由穿过电路的磁通量变化率决定。 ②定量研究感应电动势与线圈匝数的关系并估测感应电动势的大小。 演示及定量观察3：按电路4连接电路，使示波器1可以观察线圈A上的感应电动势大小；示波器2就可以观察匝数加倍后线圈上产生的感应电动势。实验时将一蹄形磁铁的N、S两极插入线圈A、B中。改变插入速度使示波器1的水平线偏移为2格左右，就可从示波器2上清楚地观察到它们的偏移方向相同，偏转格数为4格左右，即每个线圈上的感应电动势为150mV左右。实验可多做几次以使学生观察到结果。 请学生归纳结果：感应电动势的大小与匝数成正比。 在两个实验的基础上归纳出法拉第电磁感应定律：电路中感应电动势的大小跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比，与线圈的匝数成正比。 ③导体做切割磁感线运动时的感应电动势的大小：。 点评3：利用导学提纲请二位学生进行板演，师生相互点评，让学生感受自主解决问题的喜悦。 师生一起完成推导导体做切割磁感线运动时的感应电动势的大小的公式并指出这一公式的适用的条件。 （3）法拉第电磁感应定律的应用：《电磁流量、流速计介绍》。 点评4：理论联系实际培养学生解决实际问题的能力和学习物理的兴趣。 图5是电磁流量计的照片（示意图），适用于饮用水的流量测量。 电磁流量计是由传感器、转换器和显示仪表组成，根据法拉第电磁感应定律工作。基本原理就是当导体在匀强磁场中做切割磁感线运动且当B、l、v，三者方向互相垂直时，感应电动势，用仪表测得流体中两点间的电势差，就可确定流速，及流量。 流速　，流量 应用示例：测血管中血液的流量和流速。 诊断心血管功能必须测得血管中血液的流量和流速，血液中有正负离子，将人体血管垂直于磁感应强度为2T的磁场中，血液在血管中流动时，用仪表测得血管两侧有200μV的电势差，透视测得该血管内径1mm，求：血液流速为多少cm/s，血管中血液的流量为多少cm3/s。 三、教学实践的反思 本节课的教学设计思路打破了以往的传统设计，从向学生的调查询间看，学生对我处理法拉第电磁感应定律的教学和电磁感应现象一章所采取的教学方法的改变相当满意。教学方法的创新是这一节课最突出的亮点和成功之处。通过这一次再实践，使我重新感受到了基础的魅力，再次树立了课堂教学应成为师生共同参与，相互作用，创造性地实现教学目标的新观念。只有这样才能既体现教师的创造性又能培养有创造性的学生。所以，我觉得要提高课堂教学效益，优化课堂教学的设计是关键，而优化教学设计的源泉是教师的创新意识。