高中物理“微课程”的设计与实现研究以电磁学部分为例

高中物理“微课程”的设计与实现研究以电磁学部分为例 新课程学科课堂有效教学研究 楞次定律感应电流的方向教学设计方案 一教学设计 1. 三维教学目标 （1）知识与技能 a）通过实验探究得出感应电流与磁通量变化的关系，并会叙述楞次定律的内容。 b）通过实验过程的回放分析，体会楞次定律内容中“阻碍”二字的含义，感受“磁通量变化”的方式和途径。 c） 通过实验现象的直观比较，进一步明确感应电流产生的过程仍能遵循能量转化 和守恒定律 （2）过程与方法 a）观察实验，体验电磁感应现象中感应电流存在方向问题。 b）尝试用所学的知识，设计感应电流方向的指示方案，并动手实验操作。 c）关注实验现象的个性，找出实验现象的共性，并总结出规律，培养学生抽象思维能力和创新思维能力。 （3）情感态度价值观 热情：在实验设计，操作过程中逐步积蓄探究热情，培养学生勇于探究的精神； 参与：养成主动参与科学研究的良好学习习惯； 交流：在自由开放平等的探究交流空间，能互相配合，互相鼓励，友好评价，和谐相处。 哲学思考：能够用因果关系和矛盾论的辨正观点认识楞次定律； 2.教材分析 （1）法拉第电磁感应定律和楞次定律是电磁学中的重要定律，一个判定感应电动势的大小，一个判定感应电流的方向，二者前后关联，映衬了电磁感应现象规律的多样性和复杂性。 （2）无论是前一节的法拉第电磁感应定律还是本节的楞次定律，首先它们都是电磁感应这一事物本身属性的一个放映，客观存在且发展变化。既然是放映事物本质的规律，在物理学中称为定律，从新课程标准来看，是体现“过程与方法”这一具体课程目标的最佳切入点。 （3）教材指明了教学的方向，让学生经历科学探究过程，认识科学探究的意义，尝试应用科学探究的方法研究物理问题，验证物理规律。但在探究的细节和过程上，留给了教师和学生广阔的思考设计空间，有助与激发新思维，发现新方法，提出新问题，得出新结论，体现新课程。 （4）从教材内容来看，楞次定律将学生知识范围内有关“场”的概念从“静态场”过渡 到“动态场”，而且它涉及的物理量多，关系复杂，为教学带来了很大的难度。 （5）楞次定律是电磁学的一个重要规律，对学生而言是以后分析和解决电磁学问题的理论基础，在高题中常以综合题的形式表现出来，要求学生能够灵活的运用。 3学生分析 1、 本人所教学校属于农村薄弱学校，绝大多数同学没有刻苦的学习精神，通俗的讲就是 十分“懒笔”，但思维活跃，善于回答问题，不过还存在“眼高手低”的问题。 2、 长期以来，教育教学过程中师生地位平等，以人为本，坚持学生的主体地位，教师的 主导地位。 3、 本节课是规律的探究课，呈现在学生面前的是现象，是问题，而不是结论。受应试教 育的影响，在上课前告诉学生上课的内容，学生会将结论记住，在课堂上机械的，剧本式的配合老师，没有深入的思考，达不到教学的目的，因此本节课的教学没有要求学生预习。 4、 面对新现象，新问题，且没有唯一固定的答案，学生有浓厚的探究欲望，为其思维的 发散提供了较大的空间。从另外一个角度讲，本节内容，数学运算，物理理论要求不高，适当地又降低了学习难度，选择探究式教学是最佳的途径。 5、 探究式教学重视的是探究的过程和方法而不是结论，探究过程是产生创造思维的温床， 过于重视结果可能会导致丧失探究热情，扼杀学生探究的欲望。 4.教学重点难点 重点：楞次定律探究实验和实验结果的总结。 难点：感应电流激发的磁场与原来磁场之间的关系。 定律内容表述中“阻碍”二字的理解。 5.教学资源 1教师演示用器材：灵敏电流计，旧干电池一节，电阻，电键，导线若干。多媒体 2学生实验用器材：灵敏电流计，标明导线绕向的原线圈和副线圈，条形磁铁，新干电池组（两节），电键，滑动变阻器，导线等各28组。 6.教师教学方法和学生学习方法 教师教学方法：自主探究，启发导学，双案合一 学生学习方法：实验，观察，自主发现 探究、交流，自主建构 7.教师教学流程示意图 本节课结合我校学生的特点对教材的内容进行了深入的挖掘和思考，备教材，备学生，备教法，始终把学生放在教学的主体地位，让学生参与，让学生设计，营造一个“安全”的教学环境，广开言路，让学生的思维与教师的引导共振。 整节课主要采用布鲁纳倡导的“发现法”，结合实验探究总结楞次定律的内容，把规律的得出过程和方法放在首位，把学生的情感价值体验放在重要位置。教学流程如下表： 8.教师教学活动，教学过程设计 一、实验引入，激发探究的欲望。 师（演示）：用方形线圈在磁场中来回切割，导致灵敏电流计的指针左右来回摆动。 问：大家是否注意到，不同的切割方向，回路中产生的感应电流的方向是不同的。那么，感应电流的方向由那些因素决定？遵循什么规律？我们需要通过实验来探究这个问题。 二、学习新知，开始探究过程。 1、教师启发，完成电流方向的指示设计 师：我们要解决的问题是感应电流的方向问题，我们首先要做的什么呢？ 生：感应电流方向的指示。 师：如何指示呢？有那些实验器材可以被我们所利用？ 生：学生的回答可能有以下两种情况： A：利用电路改装实验中的表头，没有电流时，指针在表盘的中央，当电流从不同的接线柱流入时，指针的偏转方向不一样，我们可以根据指针的偏转方向判定电流的输入方向。 B：利用发光二极管的单向导电性，将二极管串连接入闭合回路，当二极管发光，表明感应电流的方向与二极管的导流方向一致。 （学生的知识得到了应用，能力得到了体现，导致学习热情高涨） 师：该设计怎样的电路来查明电流方向与电表接线柱，或者是电流方向与二极管发光的关系？ 生：（同学之间交流，共同完成设计，对不同的结果给予适当的可行性评价） 师： （从同学的设计中，找到最佳合理设计）如图所示： 师：按照设计的方案，连接电路，辩明指示的方向并做简要的交代。 2、教师主导，完成实验方案设计和数据收集 师：假如让你来研究被污染河水的治理方案，那你第一步要做什么？ 生：取来样品分析 师：我们要研究感应电流的方向，接下来该干什么呢？ 生：连接闭合回路，让磁通量发生变化，产生感应电流，并用相应的仪器来指示 师：可以设计那些方案来实现呢？ 生：（交流互动，依据电磁感应现象，可能性最大的两种设计如下图所示） 师：请大家利用小组内的器材，选择一种电路，连接器材并完成实验结果记录 （两种方案，设计两种学案） （在这一环节，需要学生注意磁极的方向和螺线管的环绕方向） 师：（多媒体结果显示） 教师启发：根据实验结果，你能直接说出感应电流的方向由那些因素决定吗？我们知道，穿过闭合回路的磁通量发生变化，回路种形成感应电流，而感应电流本身也能产生磁场，我们能否通过一个“中介”感应电流的磁场，把引起磁通量变化的磁场和感应电流的方向联系起来？ 在高中物理电磁学部分有三种重要定则：、判断电流产生的磁场方向安培定则；、载流导线在磁场中受力方向左手定则；、在磁场中运动的导体产生感应电流的方向右手定则这三种定则是学生必须要掌握的，可是学生在使用这三个定则时常常容易混淆特别是在考试中遇到综合应用这几个方面的知识解答的问题时，一会儿用左手，一会二用右手，搞得头昏眼花稍有闪失将左右手用反了，结果就错了笔者在多年的教学实践中经过反复推敲把这三个定则合并为一个右手定则，通过教学实际检验其效果很好 1、判断电流产生的磁场方向安培定则安培定则在课本上又叫做右手螺旋定则，这里还是不变右手螺旋定则，就是用右手抓弯曲四指表示旋转方向，姆指表示螺钉向前推进的方向对于直线电流，螺旋推进的方向（姆指方向）为电流方向，在其周围产生的磁场方向为螺钉向右旋转（四指弯曲的方向）的方向对于环形电流螺钉旋转（四指弯曲的方向）的方向为电流的方向，螺钉推进（姆指所指）的方向为中轴上磁场的方向螺旋管电流的磁场方向也与环形电流的判断方法相同. 2、用右手定则判断载流导线在磁场中受力方向，代替左手定则让右四指与手掌垂直，姆指与四指垂直，这样拳头方向、四指方向和姆指方向三者相互垂直判断载流导线在磁场中受力方向时，手的拳头方向为电流的方向，四指方向为磁场方向，姆指方向就是磁场力的方向判断洛仑兹力的方向也相同，只是手的拳头方向为正电荷的运动方向，再注意负电荷的受力方向与正电荷相反 3、用右手定则判断导线在磁场中运动所产生的感应电流方向.与前面一样,让右四指与手掌垂直，姆指与四指垂直，这样拳头方向、四指方向和姆指方向三者相互垂直判断运动导线在磁场中产生感应电流的方向时，手的拳头方向为运动的方向，四指方向为磁场方向，姆指方向就是感应电流的方向 我们可以第2和第3两种情况得到这样的规律：右手拳头方向总是指向已知量的方向，四指总是指向磁场方向，姆指也总是指向需要判断量的方向.为方便记忆,用两句打油来，“拳头已知四指磁，需断方向为姆指” 14.（09年全国卷）26（21分）如图，在x轴下方有匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直于 x y平面向外。P是y轴上距原点为h的一点，N0为x轴上距原点为a的一点。A是一块平行于x轴的挡板，与x轴的距离为，A的中点在y轴上，长度略小于。带点粒子与挡板碰撞前后，x方向的分速度不变，y方向的分速度反向、大小不变。质量为m，电荷量为q（q0）的粒子从P点瞄准N0点入射，最后又通过P点。不 计重力。求粒子入射速度的所有可能值。 15.（09年全国卷）25.（18分）如图，在宽度分别为l1和l2的两个 毗邻的条形区域分别有匀强磁场和匀强电场，磁场方向垂直于纸面向里，电场方向与电、磁场分界线平行向右。一带正电荷的粒子以速率v从磁场区域上边界的P点斜射入磁场，然后以垂直于电、磁场分界线的方向进入电场，最后从电场边界上 的Q点射出。已知垂直于电场方向，粒子轨迹与电、磁场分界 线的交点到的距离为d。不计重力,求电场强度与磁感应强度大 小之比及粒子在磁场与电场中运动时间之比。 16.（09年天津卷）11.(18分)如图所示，直角坐标系xOy位于竖直平面内，在水平的x轴下方存在匀强磁场和匀强电场，磁场的磁感应为B,方向垂直xOy平面向里，电场线平行于y轴。一质量为m、电荷量为q的带正电的小球，从y轴上的A点水平向右抛出，经x轴上的M点进入电场和磁场，恰能做匀速圆周运动，从x轴上的N点第一次离开电场和磁场，MN之间的距离为L,小球过M点时的速度方向与x轴的方向夹角为?.不计空气阻力，重力加速度为g,求 (1) 电场强度E的大小和方向； (2) 小球从A点抛出时初速度v0的大小; (3) A点到x轴的高度h. 17.（09年山东卷）25（18分）如图甲所示，建立Oxy坐标系，两平行极板P、Q垂直于y轴且关于x轴对称，极板长度和板间距均为l，第一四象限有磁场，方向垂直于Oxy平面向里。位于极板左侧的粒子源沿x轴间右连接发射质量为m、电量为+q、速度相同、重力不计的带电粒子在03t时间内两板间加上如图乙所示的电压（不考虑极边缘的影响）。 已知t=0时刻进入两板间的带电粒子恰好在t0时，刻经极板边缘射入磁场。上述m、q、l、l0、B为已知量。（不 考虑粒子间相互影响及返回板间的情况） v0 图甲 图乙 （1）求电压U的大小。 （2）求1时进入两板间的带电粒子在磁场中做圆周运动的半径。 2 （3）何时把两板间的带电粒子在磁场中的运动时间最短？求此最短时间。 18.（09年福建卷）22.(20分)图为可测定比荷的某装置的简化示意图，在第一象限区域内 -3有垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小B=2.010T,在X轴上距坐标原点L=0.50m 4的P处为离子的入射口，在Y上安放 _，现将一带正电荷的粒子以v=3.510m/s的速 率从P处射入磁场，若粒子在y轴上距坐标原点L=0.50m的M 处被观测到，且运动轨迹半径恰好最小，设带电粒子的质量为 m,电量为q,不记其重力。 （1）求上述粒子的比荷q； m （2）如果在上述粒子运动过程中的某个时刻，在第一象限内 再加一个匀强电场，就可以使其沿y轴正方向做匀速直线运动，求该匀强电场的场强大小和方向，并求出从粒子射入磁场开始计时经过多长时间加这个匀强电场； （3）为了在M处观测到按题设条件运动的上述粒子，在第一象限内的磁场可以局限在一个矩形区域内，求此矩形磁场区域的最小面积，并在图中画出该矩形。 19.（09年浙江卷）25.（22分）如图所示，x轴正方向水平向右，y轴正方向竖直向上。在xOy平面内有与y轴平行的匀强电场，在半径为R的圆内还有与xOy平面垂直的匀强磁场。在圆的左边放置一带电微粒发射装置，它沿x轴正方向发射出一 束具有相同质量m、电荷量q（q0）和初速度v的带电微粒。发 射时，这束带电微粒分布在0 小为g。 （1）从A点射出的带电微粒平行于x轴从C点进入有磁场区 域，并从坐标原点O沿y轴负方向离开，求点场强度和磁感 应强度的大小和方向。 （2）请指出这束带电微粒与x轴相交的区域，并说明理由。 （3）若这束带电微粒初速度变为2v，那么它们与x轴相交的区域又在哪里？并说明理由。 20.（09年江苏卷）14.（16分）1932年，劳伦斯和利文斯设计出了回旋加速器。回旋加速器的工作原理如图所示，置于高真空中的D形金属盒半径为R，两盒间的狭缝