13.3 电磁感应现象及应用 教学设计 （表格式）

教学设计
课题 《电磁感应现象及应用》
课型 新授课□ 章/单元复习课□ 专题复习课□ 实验探究课□ 习题/试卷讲评课□ 课题研究课□ 学科实践活动课□ 其他□
教学内容分析
本节内容包括电磁感应现象发现的历史概述、探究产生感应电流的条件和电磁感应的应用三部分。 教材中将“磁通量”的概念学习前置于第二节“磁感应强度磁通量”中，在本节中只是采用复习的方法，落实了课标中“知道磁通量”。 第一部分以电磁感应现象发现的历史发展线索为切入口，以富有哲理的语言扼要地回顾了人类探索电磁感应的社会背景和艰难曲折的探索历程，让学生体会“磁生电”的问题是怎样提出的，电磁感应现象发现的难点在哪里，为学生“通过实验，了解电磁感应现象”提供了学习材料。 第二部分设置思考与讨论栏目，把节前“问题”中的实验装置图画成示意图（实际问题模型化），然后把部分电路AB的运动引导到回路面积的变化和磁通量变化这一根本原因上来，紧接着设置实验探究（模仿法拉第实验），通过分析论证，归纳出产生感应电流的条件，为学生学习“通过实验，了解产生感应电流的条件”搭建了台阶。 第三部分是通过一段小故事说明，法拉第根据电磁感应原理制造的发电机在当年只是“婴儿”，如今已成长为改变世界面貌的“巨人”——电厂力巨大的发电机，学生充分认识到“电磁感应现象的应用及其对现代社会的影响”。 为了达成课程标准要求，教材在编写在中遵循学生学习物理新知从直观感知到逐步抽象的认知规律，教材安排了问题、思考与讨论、实验、归纳四个重要环节。 首先从学生的已有认知出发，在初中学习的基础上提出问题：“切割磁感线是产生感应电流的唯一方法吗？还有其它的方法吗？这些方法有什么内在联系？”，从而引出电磁感应现象的发现过程；其次，又通过讨论节前的问题，让学生思考“切割磁感线时，磁场没有发生变化，变化的只有电路ABCD的面积，那么，与磁场相关的那个物理量发生了变化呢？”引导学生提出问题“感应电流的产生是否与磁通量的变化有关呢”；再次，提供实验思路引导学生探究电流的产生条件；最后，归纳实验现象，说明电磁感应电流产生的条件是穿过闭合回路的磁通量发生变化。
学情分析
1、根据调查高二年级学生学习电磁感应现象及其应用存在两点困难： 1.50%的同学受到前概念的干扰，认为“切割”磁感线才是产生感应电流的充要条件；学生具有初步的电磁相互作用、相互联系的观念，部分学生已经知道了结论，但是介于两者之间模糊的认知。 2.70%的同学能列举出电磁感应现象在生活中应用的实例，但是误认为电磁铁、电动机、避雷针、指南针也是电磁感应现象，对产生电磁感应现象的根本原因还缺乏全面和理性的认识。 2、解决策略 （1）制造认知冲突，设计演示实验，“不切割磁感线”也可以产生感应电流，突破学生前概念。 （2）通过小组合作，协作讨论的方法，经历探究实验，理论分析，在教师的引导下完成从“切割磁感线”到“磁通量变化”的进阶。
学习目标
(1)物理观念：观赏“隔空生电”魔术，通过“磁生电”发展史料的学习，经历“磁生电”发展的过程，能说出电磁感应现象的本质。 (2)科学探究与思维：通过实验探究及实验结果的推理归纳过程，能用自己的语言准确地陈述感应电流的产生条件，能正确解释“隔空生电”魔术的奥秘。 (3)科学态度与责任：通过体验法拉第圆盘发电机，欣赏科学家在科学研究中勇于创新的科学精神，能辨证地看待电磁感应现象在生活和科技中的应用。
学习重点难点
教学重点： 感应电流的产生条件 教学难点： 通过实验现象归纳出条件
教学辅助支持
演示实验器材、多媒体。
教学活动设计
教学环节教学活动设计意图评估要点 引起注意趣味魔术——“隔空生电” 教师出示一捆数十匝的线圈，并与一个电流表连接形成闭合回路。 随机请一位学生上台，请该生握拳将手穿过线圈中心，这时指针没有偏转，即没有产生电流；教师也握拳将手穿过线圈中心，这时指针偏转，即有电流产生。 问题：你想知道这其中的奥秘吗？教师可让学生参与实验、观察现象，从基本的感官感受出发，激发学生的学习兴趣和探究欲望。 学生是否将注意力集中到课堂，思考今天所学的内容。 激活旧知演示实验1：演示通电的亥姆霍兹线圈内小磁针转动实验（奥斯特电流磁效应） 1820年，奥斯特发现了电流的磁效应，轰动了整个科学界，以法拉第为代表的一部分科学家，开始思考：既然电可以生磁，那磁能否生电呢？ 提出问题：磁能否生电？演示电流磁效应实验，让学生能够能认识小磁针转动是因为通电导线周围的磁场是客观存在，强调物质观念。 复习旧知，为新知学习做铺垫。 提供情境 指导学习 引出表现那我们带着这个疑问，还原历史，回顾法拉第做的几个典型实验。 法拉第根据对称性的思考猜想：“既然稳恒电流能产生稳恒磁场，那么稳恒磁场能否产生稳恒电流呢”，于是设计了实验2（如图）。 图1 实验结果：无电流。 法拉第始终坚信自然现象是相互联系的，法拉第又做了改进，如实验3（如图2），将回路1（含有电源的回路）中的导线换成线圈，以增强磁场，将回路2（含有电流计的回路）中的导线换成线圈，以增大感应电流。 图2 操作1：先将电键K1闭合，再将电键K2闭合，观察是否有感应电流。实验结果：没有电流。 电和磁到底存在怎样的对称性？通过播放声学振动实验视频，1831年2月，法拉第对声学振动的弹性界面上的微粒、液体和细沙等呈现出规则图形的现象进行实验研究。他发现当声音振动的频率发生改变时，细沙的图像也会瞬间发生变化。法拉第竟然是从看似毫无关联的声学感应实验找到实验突破点，类比声学感应图像的瞬时性，法拉第意识到感应电流的产生是否也存在瞬时性。 操作2：先将电键K2闭合，再将电键K1闭合，观察是否有感应电流。实验结果：有电流。 1831年8月29日，法拉第利用铁环实验，在电路接通和断开的瞬间首次观察到“磁生电”现象。法拉第正式提出电磁感应和感应电流的概念。通过法拉第的发现，“磁生电”应该是一种在变化、运动的过程中出现的效应，这也是为什么法拉第用了十年坚持不懈的努力才发现电磁感应的原因。 问题：法拉第成功发现电磁感应现象的秘诀是什么？ 问题：电磁感应现象发现之困难，难在何处？ 以物理学史为教学设计的素材，引发学生的积极思考，然学生体悟到科学家在科学探索中的困难和艰辛。同时也准确清晰地引出本节课的探究主题——探究感应电流的产生条件。 观察实验，能陈述电磁感应现象、感应电流。（目标1） 提供情境 指导学习 引出表现 指导学习 引出表现 提出问题：感应电流的产生可能与哪些因素有关？ 猜想： 闭合导体回路........ 变化的磁场.......... 复习旧知：导体棒切割磁感线实验（如图3），学生观察到闭合电路中有感应电流产生。 图3 实验（如图3）进行模型建构，利用多媒体技术演示动画：导体棒切割磁感线。 结论1：观察到导体棒切割磁感线产生感应电流时，闭合回路的面积发生了变化，或者回路中的磁感线条数发生了变化。 问题：“不切割磁感线”会产生感应电流吗？ 问题：用什么方法进行研究？ 控制变量法、实验法、归纳法..... 实验： 请利用课桌上的实验器材，设计实验，再次“发现”电磁感应现象并观察感应电流。 学生分组合作，观察到感应电流，并记录实验结果，请小组代表汇报实验操作及成果。 探究实验一是“面积改变”引起电磁感应现象及感应电流的产生，而在探究实验二、三是“磁场变化”引起电磁感应现象及感应电流的产生，这两种方法有什么内在的联系吗？请用自己的语言表述一下？ 得出结论1：闭合导体回路中磁场变化或闭合导体回路的面积变化会产生感应电流。 问题：如果磁感应强度不变、线圈面积也不变，会不会产生感应电流？ 介绍实验装置——感应电流条件探究器，演示实验4（如图4）：我们在励磁线圈内部的磁场中垂直磁场的方向放上线圈，然后快速转动线圈，学生观察，有感应电流产生。 图4 得出结论2：闭合导体回路中磁场变化或闭合导体回路的投影面积变化会产生感应电流。 问题4：磁感应强度变化，线圈的投影面积也变化，一定会产生感应电流吗？ 演示：针对这一问题，制作了“动态”磁通量不变演示器，设计了如下实验5：同时改变磁感应强度和线圈面积，观察实验现象。 图5 如图所示，主要器材是一个圆柱形磁铁、以它的一条磁感线绕中轴旋转一周所形成的喇叭型塑料体。 操作：将线圈置于励磁线圈中，转动线圈。 观察：电流的指针是否偏转。 实验结果：不偏转。 问题5：有必要引入一个概念，再简洁地表述产生感应电流的条件，你认为引入什么物理量，结论又如何表述呢？ 结论：当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时，闭合导体回路中就产生感应电流。 1.复习初中做过的实验来构建初、高中知识的联系。 2.通过“未切割磁感线”也能产生感应电流的演示实验，引发学生的认知冲突，激发学生的探究欲望。同时促进学生提出新问题，培养学生的问题意识。 3.让学生器材，依据实验的目的，小组合作完成实验的设计、操作，详细记录有感应电流生成的操作，及对应的相关物理量的变化。让学生对实验数据进行分析和归纳，得出结论，提升学生的科学探究素养。 4.通过设置层层递进的实验探究和问题讨论，使学生在获取知识的同时，增强同学间的交流与合作，通过对实验数据的分析和归纳，提高分析综合能力和科学探究素养。 通过小组合作，设计实验再次“发现”感应电流，并能准确记录实验结果。 建模分析，能用自己的语言准确地陈述感应电流的产生条件。 反馈评价 学习检测请同学们应用今天所学的新知识对课前小魔术做出科学解释。 问题6：电路中有了电流，那电路的哪一部分是电源呢？ 问题7：电源可以提供电能？电能从哪来呢？ 为了获得持续的电能，法拉第发明了圆盘发电机，老师自制了圆盘发电机（如图6），现在请同学们亲自转动手柄发电，丰富自己的磁生电体验。 电磁感应现象让人类从工业蒸汽时代进入电气化时代。今天我们享受的正是法拉第的科研成果，要崇尚科学，学会感恩。 图6 问题8：转动发电机的手柄可以产生感应电流，这个过程中是什么能量转化为电能？1.利用新学的知识解决课前的“隔空生电”魔术，旨在应用科学知识解释科学问题，并引导学生能从能量视角解答，形成能量观。 2.通过电磁感应现象在实际生活中的应用实例分析，认识到新技术、新产品的产生和发展其实源自科学进步，增强社会责任感。 提供及时、灵活的正确性反馈。 保持迁移 全国人大代表冯琪雅在接受记者采访时表示，要解决变电站建设引发的邻近居民和学生健康问题，保障人民健康十分紧迫、非常重要，应尽快制定《电磁污染防治法》。 通过查阅网络资源,了解如何防止“电磁污染”，并和同学交流。引导学生学会关注生活、关心社会，理解科学、技术、社会、环境之间的关系，养成保护环境的习惯。 任务或作业有针对性、拓展性和灵活性。 小结同学们：本节课你有哪些收获？请同学来做总结。 物理知识与观念：时代发现磁生电，电磁感应磁通变。 科学思维与探究：问题——猜想——实验——结论。 科学态度与责任：坚持不懈的精神、服务社会的责任。引导学生从知识和方法等方面回顾本节课的学习过程，提高归纳总结能力。
板书设计
特色学习资源分析、技术手段应用说明
创新实验教具
教学反思与改进
本节课从演示奥斯特“电流的磁效应”实验展开教学，引出对称性思考“磁能否生电”，接着以法拉第研究电磁感应现象过程中典型的“未果实验”为历史线索，将学生带到具体的科学史事件中去，感悟科学发现的过程，理解电磁感应的发现过程是一个不断探究、深化和修改的过程，体会法拉第实验设计的思想。为了使得学生主体参与性得到强化以及帮助学生主动构建知识，将第四阶段的“设计实验”改为“动手做实验”，即加入容易操作控制及设计修正且成功的科学实验供学生动手参与，让学生自然地融人到科学家当时的实验情境中，亲身体验科学家的工作，切实地感受科学研究的过程，掌握科学研究的方法，逐渐培养学生的科学思维。 物理学史作为一种真实的历史情景素材，涵盖了物理现象的发现、概念的提出、理论与模型的建立、重大社会成就等多方面内容，呈现了物理学科知识的动态生成过程，蕴含着科学家面对科学问题时的价值观念与科学探究方法。承载了丰富的学科核心素养内涵，结合物理学史的物理教学，将静态知识、结论与动态知识产生过程紧密结合，引导学生追根溯源，既能知其然，又能知其所以然，促进理解学习，加深知识在学生头脑中的印象，同时能够体悟到物理知识，在历史进程中的发现、扬弃、修正、完善、发展的演进过程，学会用辩证唯物主义和历史唯物主义的世界观和方法论看待问题并解决问题。此外，物理学史中前辈科学家探索科学真理的艰辛道路，蕴含着问题意识与科学探究方法，具有超出教材知识的附加价值。配合物理学史进行情境教学，引导学生感悟科学家研究过程中的科学思维与探究方法，进行设计探究过程。 物理学史作为教学过程常见的情境素材，不应将其简单地嵌入导课环节，或作为学生感悟科学家品质的刻意强调。教师应在物理教学过程中精心设计实施，结合物理学史情境，串联起知识的教学逻辑，渗透其中蕴含的科学思维与探究方法，自然生动地引出科学家探索真理的艰辛历程与宝贵品质，使课程内容与物理学史料浑然一体，相辅相成，促进学生物理学科素养的整体发展。 本节课利用“隔空生电”趣味魔术，引起注意，通过演示电流的磁效应实验激活旧知，提供物理学史料作为情境素材，指导学生进行学习，在本节课中，笔者首先打破了“切割”与“产生感应电流”的连接，学生通过探究和猜测，建立了“磁感应强度发生改变”，“回路投影面积发生改变”与“产生感应电流”的连接。制作了“动态”磁通量不变演示器，进行演示实验，学生又发现，这样的连接仍旧不是充分的。初中物理中的“切割”可认为是本节课“面积改变”中的一个特例，而“面积改变”又是“磁通量改变”中的一种情形，学生通过一次又一次打破旧知，实现了能力提升和学习进阶。反馈评价环节设计“隔空生电”魔术的揭秘激起学生的探索欲望和求知热情，感悟物理的魅力。在保持迁移环节中，设计了人大代表的建议：建议国家出台《电磁污染防治法》，让学生学会用发展的眼光辩证地看待问题并解决问题，体会到科学技术对社会的影响既有促进的一面，又有制约的一面。