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感应电流的方向

作者:姚礼华 来源:未知 时间:2018-01-03 点击:729

新课程课堂教学设计

感应电流的方向

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教材依据:

??? 鲁科版高二物理(32)第二章第二节

教学流程:

创设问题情景——学生讨论(猜想)——设计实验——探究实验(分组)——分析实验现象——总结得出楞次定律——讲解例题——拓展——总结

教学目的:

一、????? 知识与技能

1.通过实验探究感应电流的方向,理解楞次定律的内容。

2.能从能量守恒的角度来理解楞次定律。

3.初步掌握利用楞次定律判断感应电流方向的步骤与方法。

4.从楞次定律不同的表达形式,培养学生多角度认识问题的能力和高度概括的能力。

二、????? 过程与方法

1.用探究实验的方法得出楞次定律的内容。

2.用由感性到理性,由具体到抽象的研究方法总结物理规律。

3.用比较分析的方法突破难点。

三、????? 情感态度与价值观

1.体验实验探究过程的乐趣,提高抽象思维能力和运用知识分析、解决问题的能力。

2.通过实验由具体到抽象总结出物理规律,体验“发现”的乐趣,养成分析、归纳物理规律的良好科学素养。

教学重点:

?????? 理解楞次定律并能利用其判断感应电流的方向

教学难点:

?????? 对楞次定律“阻碍”及“变化”的理解

教学方法:

实验演示、实验探究、引导、启发、讨论

教学器材:

?? ????线圈、条形磁铁、电流表、干电池、电键、电池盒、保护电阻、导线若干等

教学环境:

投影仪、屏幕、视频展示台。

教学过程:

一.??????????? 新课引入:

教师:前面共同学习了法拉第电磁感应定律,从而知道了感应电动势大小的求法,现在来看一个演示实验(如图1):

教师:在上述演示实验中,将条形磁铁插入和拔出线圈的过程中,发现了什么现象?

学生:发现指针摆向不同。

教师:为什么会出现这一现象呢?

学生:思考、讨论。

教师:电流表的指针时左时右,这说明不同条件下产生的感应电流可以有不同的方向。这就牵扯到了感应电流方向的问题,今天这节课我们就通过实验来探究感应电流的方向。

二.??????????? 新课教学:

教师:由感应电流的产生条件:只要穿过闭合回路的磁通量发生变化,闭合电路中就会产生电流。可知,要想判断和确定感应电流的方向,就必须有闭合回路,而且要使穿过该回路的磁通量发生变化。由此大家考虑需要那些实验器材?

学生:阅读教材第24——25页,列出所需的实验器材:

线圈、条形磁铁、电流表、干电池、电键、电池盒、保护电阻、导线若干等

教师:有了这些器材,我们就可以马上进行实验来寻找感应电流的方向吗?请大家仔细再阅读教材,并思考:实验前还必须解决那些问题?

学生:线圈的绕向。

教师:好!请同学们观察自己课桌上螺线管中的漆包线绕向并扳画(如图2

我们光知道其绕向就可以了吗?

学生:还须判断电流方向与电流表指针偏转方向的关系。

教师:对!请同学们设计电路图连接器材并实验确定二者之间的关系。

实验线路图(如图3):

教师:二者关系如何?

学生:“+”进右偏; “—”进左偏。

教师:在知道以上两个条件的前提下,请同学们设计实验电路来探究感应电流的方向。(尽可能与教材一样)。

学生:(分组)设计实验电路并探究:(如下图)

? ?

教师:请同学们将你们观察到的实验现象以及讨论、分析的结果记录在下表内

1——1??? ???????????????????????????实验记录


N极插入

N极拔出

S极插入

S极拔出

条形磁铁产生的磁场B的方向(选填“向上”或“向下”)





穿过螺线管的磁通量? 的变化(选填“增加”或“减少”)





电流表指针的偏转方向(选填“向右”或“向左”)





螺线管上感应电流的方向(选填“顺时针”或“逆时针”)





感应电流产生的磁场B*的方向(选填“向上”或“向下”)





BB*在方向上的关系(选填“同向“或”反向”)





?

教师:通过实物投影仪,展示同学们的实验记录。

师生共同对实验现象及实验记录进行分析:

如图a所示,当条形磁铁的N极移进闭合线圈时

a)??????? 原磁场的磁场方向:

b)??????? 穿过线圈的磁通量的变化情况:

c)??????? 感应电流的磁场B*的方向:

(1)??? 由右手螺旋定则判断出感应电流的方向:

教师:其余三个图请同学们按照上述分析过程自行分析。

学生:分析、讨论。

实验结论:

???? [1]当穿过线圈的磁通量增加时,感应电流的磁场(B*)与原磁场(B)的方向:

???? [1]当穿过线圈的磁通量减少时,感应电流的磁场(B*)与原磁场(B)的方向:

总结、概括:

???? 感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。

二、楞次定律:

??? ?感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化

结合楞次定律来解释探究实验:

当条形磁铁的任一极移近或插入闭合线圈时,穿过该线圈的磁通量增加,并使线圈中产生感应电流,由感应电流激发的磁场方向总是跟条形磁铁的磁场方向相反,从而阻碍了线圈中磁通量的增加。反之,当条形磁铁的任一极拔出或插入离开闭合线圈时,穿过该线圈的磁通量减少,并使线圈中产生感应电流,由感应电流激发的磁场方向总是跟条形磁铁的磁场方向相同,从而阻碍了线圈中磁通量的减少。

[提炼1]

阻碍原磁通量的变化(增反减同)

教师:请同学们阅读教材第26页最后一段进一步理解楞次定律

学生:阅读教材

当磁铁的N极移进导体线圈的上端时,由感应电流激发的磁场使线圈的上端也是N极,因为同名磁极相互排斥,所以阻碍磁铁相对线圈向下的运动;而当磁铁的N极离开导体线圈时,由感应电流激发的磁场使线圈的上端是S极,因为异名磁极相互吸引,所以阻碍磁铁相对线圈向上的运动。也就是说,感应电流的磁场总是要阻碍磁体和闭合导体间的相对运动。

[提炼2 ]

阻碍导体的相对运动[(来拒去留)或(近斥远吸)]

教师:请同学们继续阅读教材第27页第一段,从能量角度来理解楞次定律

学生:阅读教材

从能量转化和守恒的角度来看,把磁体移近线圈时,外力要克服磁体和线圈之间的排斥力做功,使外界其他形式的能量转化为电能;磁体离开线圈时,外力则要克服磁体和线圈之间的吸引力做功,也使外界其他形式的能量转化为电能。在这两种情况下,总能量是守恒的。

教师:楞次定律中的“阻碍”作用,正是能的转化和守恒定律的反映,在克服这种阻碍的过程中,其他形式的能转化为电能。

例题:

如图(8)所示,矩形线框abcd的平面跟磁场垂直,设整个线框的等效电阻为R。当线框的ab边在dacb两条平行边上向右滑动时,ab边中感应电流的方向如何?如果把ab边看成一个电源,ab两端哪一端相当于电源的正极?

[解析] 已知原磁场的方向垂直于纸面向内[???? ];当ab边向右滑动时,穿过闭合回路abcd的磁通量增加[????? ];根据楞次定律可知,线框abcd中产生的感应电流的磁场要阻碍该闭合电路中磁通量的增加,因此在矩形线框内感应电流的磁场方向应与原磁场方向相反,即垂直于纸面相外[?????? ];运用安培定则可以判定,感应电流沿b----a----d----c方向流动时,才能激发方向垂直于纸面向外的磁场,所以ab边中感应电流的方向应该是从b流向a

如果把ab边看成一个电源,电流从电源的正极流出、负极流入,所以a端相当于电源的正极。

[拓展]如果例题中的ab棒开始时处于静止状态,当磁场方向向里且磁感应强度逐渐减小时,ab将如何运动?

如果例题中的ab棒开始时处于静止状态,当磁场方向向里且磁感应强度逐渐增加时,ab将如何运动?

学生:思考并讨论。

教师:引导。

[提炼3]

通过改变回路(线圈)的面积来“反抗”(扩大或缩小)

教师:从该例题的解析过程当中,同学们试总结应用楞次定律解题的一般步骤:

学生:讨论、总结

应用楞次定律解题的一般步骤:

1)、明确所研究的闭合回路,判断原磁场的方向

2)、判断闭合回路内原磁场的磁通量变化

3)、由楞次定律判断感应电流的磁场方向

4)、由安培定则根据感应电流的磁场方向,判断出感应电流方向

教师:在产生电磁感应的各种情况下,都可以运用楞次定律解题的一般步骤来判断感应电流的方向,但整个过程比较复杂,若磁通量的变化是由导体切割磁感线引起的,那么还可以用另外一种法则来判断,即右手定则:

三、右手定则:

伸开右手,让拇指与其余四指在同一平面内,使拇指与并拢的四指垂直;让磁感线垂直穿入手心,使拇指指向导体运动的方向,其余四指所指的方向就是感应电流的方向。

在上面的例题中,当导体ab向右滑动时,运用右手定则,可以马上判断出导体ab中感应电流的方向是由b流向a,与用楞次定律判断的结果完全相同。因此,右手定则可以看成是楞次定律在导体切割磁感线这种特殊情况下的应用。

小结:右手定则是楞次定律的一种特

对于解题时楞次定律与右手定则的选择应具体问题具体分析:

楞次定律:应用于闭合回路中因磁通量变化引起感应电流的各种情况。

右手定则:应用于闭合回路中一段导体在磁场中做切割磁感线运动的情况。

?

教师:这一节课的学习我们能解决哪些问题呢?我们一起来完成下面的练习。

?

四、????? 巩固练习

1、根据楞次定律可知:感应电流的磁场一定是(???

?? A.阻碍引起感应电流的磁通量

?? B.与引起感应电流的磁场方向相反

?? C.阻碍引起感应电流的磁场的磁通量的变化

?? D.与引起感应电流的磁场方向相同

2、某实验小组用如右图(9)所示的装置来验证楞次定律。当条形磁铁自上而下穿过线圈时,通过电流计的感应电流方向是(???

?? A a——G——b

?? B.先a——G——b,后b——G——a

?? Cb——G——a

?? D.先b——G——a,后a——G——b

3、如右图(10)所示,当磁铁突然向铜环运动时,铜环的运动情况是(???

?? A.向右摆动

?? B.向左摆动

?? C.静止

?? D.不能判定

4、光滑导轨MN水平放置,如图(11)所示,两根导体棒PQ平行放于导轨上,形成一个闭合回路,当一条形磁铁从上方自由释放(未达轨道水平面)的过程中(???

APQ互相靠拢

BPQ互相远离

C.磁铁加速度仍为g

D.磁铁加速度小于g

五、??????????? 本课小结

教师:本节课我们用实验探究了感应电流的方向,并学习了楞次定律以及用楞次定律解题的一般步骤,还有右手定则。希望同学们课后对这些知识加以巩固和理解。

六、??????????? 布置作业

?完成教科书上相应的作业。

板书设计

第一节?????????????? 感应电流的方向

一、??????????? 探究感应电流的方向

二、楞次定律

感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。

?

“阻碍”的含义:

楞次定律的广义表述:

(1)?? 阻碍原磁通量的变化(增反减同)。

2? 阻碍导体的相对运动[(来拒去留)或(近斥远吸)]

3? 通过改变回路(线圈)的面积来“反抗”(扩大或缩小)。

4? 阻碍原电流的变化(自感现象)。

?三、应用楞次定律解题的一般步骤:

???? 1? 明确所研究的闭合回路,判断原磁场的方向

2? 判断闭合回路内原磁场的磁通量变化

3? 由楞次定律判断感应电流的磁场方向

4? 由安培定则根据感应电流的磁场方向,判断出感应电流方向

四、右手定则

?伸开右手,让拇指与其余四指在同一平面内,使拇指与并拢的四指垂直;让磁感线垂直穿入手心,使拇指指向导体运动的方向,其余四指所指的方向就是感应电流的方向。

?

教学设计说明

楞次定律是高中物理中的重点内容,它牵扯的物理概念和物理规律较多,定律的内容本身也非常抽象和高度概括,对定律的理解有一定的难度。只有对原磁场方向、原磁通量变化情况、感应电流的磁场方向,以及安培定则和右手定则进行正确的判定和使用,才能正确运用楞次定律来判断感应电流的方向。所以,这部分内容是电磁学部分的一个难点。

这节课的教学设计思路是:创设问题情景——学生讨论(猜想)——设计实验——探究实验(分组)——分析实验现象——总结得出楞次定律——讲解例题——拓展——总结?? 在教学中主要让学生动脑、动手、动口,引导他们自己得出楞次定律。这样处理不仅重视知识的获得,而且更重视学生获取知识的过程及方法,从而使学生学得主动,学得积极,对知识的掌握也更加牢固。

??? 在学生分组实验时,教师给予适当的引导和指导,促使学生加大对实验的兴趣以及对实验过程的加深,从而引起学生对实验现象的思考和深入。进而得出实验结论,缩短实验探究的时间,把更多的时间留给课堂,以便教师的有效教学和学生的有效学习。教材中的“讨论和交流”、“迷你实验室”是本节内容的补充和深化。教师要适时组织学生运用实验结论解决一些实际问题,这不仅是帮助学生理解和巩固知识的一种重要手段,也是迁移知识、深化知识的重要环节。通过运用和深化,使学生的知识、技能逐渐转化为能力和素质,这是学生完成自身发展的延续。

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