2.1 楞次定律 说课文稿-2024-2025学年高二下学期物理教科版（2019）选择性必修第二册

教科版（2021版）高中物理选择性必修第二册第二章第一节——探究感应电流的方向问题—楞次定律说课文稿 1、 使用教材 《楞次定律》选自教育科学出版社（2021版）高中物理选择性必修第二册的第二章第一节，适用对象是高中二年级的学生，共两课时 2、 实验器材 微电流传感器、便携式数据分析仪、高频数据采集器、磁块、塑料块、镂空铝管（2根）、条形磁铁、蹄形磁铁（2个）、螺线管、导线、计算机、干电池、铁架台、细线、螺线圈、电源、开关、滑动变阻器、螺线管A、螺线管B、固定在木棒上的螺线圈、导线若干 3、 实验改进要点/创新要点 （1） 改进点1：用“微电流传感器和便携式数字化实验分析仪”（如图1）代替“检流计”来测量电流 用“检流计”测量电流，指针偏转迅速，由于惯性，指针甚至出现反偏。 用“微电流传感器”来代替“检流计”，实时测量感应电流的大小和方向，再利用便携式数字化实验分析仪来分析电流数据，提高实验效率； 图1：微电流传感器、便携式数字化实验分析仪 （2） 改进点2：用“镂空铝管”（如图2）代替“铝环”进行演示实验 磁铁插入/拔出闭合铝环，铝环来拒去迎，能体现“阻碍”，但现象不够明显，且无法从外部去判断闭合铝环中感应电流的情况。 用“镂空铝管”代替“铝环”，把“铝管”想象成无数个“铝环”，通过观察磁铁下落更慢的实验现象，更好的体现了“阻碍”，更具有视觉冲击； 图2：镂空铝管 （3） 改进点3：将“演示实验”变为“学生分组实验” 小组合作共同探究得出“楞次定律”，不仅能够培养学生的科学探究能力，还能够提高他们的团结协作意识； （四）创新点1：跳楼机中的楞次保护系统（暂未实践）（如图3） 线圈在交替存在的磁场中下落时，线圈回路中的磁通量会发生改变，根据楞次定律，线圈中会产生感应电流，感应电流形成的磁场会阻碍线圈中的磁通量的变化，进而达到减速的效果； 图3：跳楼机中的楞次保护系统 （五）创新点2：无需燃料的火箭发射系统（如图4） 火箭底部安装一个闭合铝环，将火箭套在线圈上，线圈接通电源的瞬间，火箭发射； 图4：无需燃料的火箭发射系统 4、 实验原理/实验设计思路： （一）磁块和塑料块双管下落实验：楞次定律是一个相对较为抽象的定律，学生不易联想到感应电流的磁场和原磁场之间的关系，设计磁块和塑料块双管下落实验，磁块在铝管中下落时，铝管中会产生感应电流，感应电流产生的感应磁场会阻碍磁块下落，因此产生磁块在铝管中会下落更慢的实验现象； （二）跳楼机中的楞次保护系统：将物理与科学技术相结合，使物理能够更好的服务于社会和生产生活等。跳楼机中的楞次保护系统中，线圈在交替存在的磁场中下落时，线圈回路中的磁通量会发生改变，根据楞次定律，线圈中会产生感应电流，感应电流形成的磁场会阻碍线圈中的磁通量的变化，进而达到减速的效果； （三）无需燃料的火箭发射系统：火箭底部安装一个闭合铝环，将火箭套在线圈上，线圈接通电源的瞬间，火箭发射。 5、 实验教学目标： （一）物理观念：理解楞次定律的本质，会利用楞次定律判断感应电流的方向； （二）科学思维：通过条形磁铁的N极（S极）的插入和拔出实验，引导学生得出感应电流磁场的方向与原磁场的方向有“增反减同”的规律，来培养学生的归纳总结的能力和逻辑思维能力； （三）科学探究：引导学生提出“感应电流的方向可能与哪些因素有关？”这个问题，再提出相关的猜想，进而设计实验验证猜想是否正确，最终得出结论。让学生体验科学探究的整个过程，培养学生的科学实验能力； （四）科学态度与责任：通过小组合作探究“感应电流的方向问题”，来培养学生的团结合作精神和观察、分析问题的能力。 6、 实验教学内容 （一）磁块和塑料块双管下落实验 将磁性物块和非磁性物块举起相同的高度，分别从两个镂空铝管的上方同时释放，让学生观察其下落情况 （二）利用DIS数字信息系统来探究感应电流的方向问题 教师演示该系统的使用过程。将螺线管、电流传感器、高频数据采集器与计算机相连，当有电流经过时，就会在大屏幕上呈现波形图，将条形磁铁N极和S极的插入、拔出各三次。随后再引导学生分析波形图。得到的波形图如下 （三）利用干电池来探究微电流传感器的特性 让干电池采用试触的方式与微电流传感器相连，观察屏幕上电流的正负情况与电流流向的关系； （四）探究线圈在变化的磁场中所产生的感应电流的情况 将螺线圈、微电流传感器、便携式数据分析仪利用导线连接在一起。利用细线将螺线圈悬挂在铁架台上。连续多次插入拔出条形磁铁，观察、记录电流的变化情况，并分析。 （五）用双螺线管来探究感应电流的方向问题 将电源、开关、滑动变阻器、螺线管A用导线串联成回路一；将螺线管B、微电流传感器、便携式数据分析仪用导线串联成回路二。再将回路二中的螺线管B插入回路一中的螺线管A。连续多次闭合、断开开关，观察、记录电流的变化情况，并分析。 （六）探究运动的线圈在恒定的磁场中所产生的感应电流的情况 将两个蹄形磁铁对方，构建强磁场环境。将螺线圈放入两蹄形磁铁之间，平动或转动木棒，螺线圈随之运动，螺线圈在某些特定方向运动时，会产生感应电流，进而在数据分析仪中有波形图出现。分析产生正向和反向电流时，螺线圈的运动。 7、 实验教学过程 （1） 新课引入： 演示实验一：磁块和塑料块双管下落演示实验（如图2） 实验器材：磁块、塑料块、镂空铝管（2根） 实验内容：将磁性物块和非磁性物块举起相同的高度，分别从两个镂空铝管的上方同时释放，观察两个物块的下落情况。 设计意图：实验发现，磁块在铝管中下落的非常慢，“为什么磁块在铝管中下落会非常慢？”抛出问题，激发学生的好奇心，进而引入新课内容。 （二）讲授新课 复习旧知：提问学生，“产生感应电流的条件是什么？”随后抽一位学生回答。 设计意图：一方面可以帮助学生回顾旧知，另外一方面引发学生思考，感应电流的方向遵循什么规律呢？它可能与哪些因素有关呢？ 演示实验二：利用DIS数字信息系统来探究感应电流的方向问题（如图5） 图5：利用DIS数字信息系统来探究感应电流的方向问题 实验器材：磁铁、螺线管、导线、微电流传感器、高频数据采集器、计算机 实验内容：将螺线管、电流传感器、高频数据采集器与计算机相连，当有电流经过时，就会在大屏幕上呈现波形图，将条形磁铁N极和S极的插入、拔出各三次。得到的波形图如下（如图6），随后让学生分析波形图，提醒学生观察，每次相同的动作，感应电流的方向都相同，可见感应电流的方向是有一定的规律的。引导学生从观察实验过渡到探究实验，让学生前后四人为一小组讨论实验方案，随后利用手边的实验器材进行小组实验。 图6：条形磁铁N极/S极的插入、拔出各三次，电流变化图像 在进行小组实验前，首先需要知道传感器的特性，可用旧电池试触的方式进行探究。 学生实验：探究电流方向与波形图中电流正负的关系 实验器材：干电池、导线、微电流传感器、便携式数据分析仪(如图7) 图7：探究电流方向与波形图中电流正负的关系 实验结果：明确当电流从传感器的红接线柱流入时，为正向波形；反之，若电流从黑接线柱流入，则为反向的波形。(如图8) 图8：传感器的红接线柱与电源正极试触时，电流的变化图像 学生分组实验一：探究线圈在变化的磁场中所产生的感应电流的情况，如图9。 图9：探究线圈在变化的磁场中所产生的感应电流的情况 实验器材：铁架台、细线、螺线圈、条形磁铁、微电流传感器、便携式数据分析仪、导线若干 实验内容：将螺线圈、微电流传感器、便携式数据分析仪利用导线连接在一起。利用细线将螺线圈悬挂在铁架台上。连续多次插入拔出条形磁铁，观察、记录电流的变化情况，并分析。 学生分组实验二：用双螺线管来探究感应电流的方向问题，实验装置如图10。 图10：用双螺线管来探究感应电流的方向问题 实验器材：电源、开关、滑动变阻器、螺线管A、螺线管B、微电流传感器、便携式数据分析仪、导线若干 实验内容：将电源、开关、滑动变阻器、螺线管A用导线串联成回路一；将螺线管B、微电流传感器、便携式数据分析仪用导线串联成回路二。再将回路二中的螺线管B插入回路一中的螺线管A。连续多次闭合、断开开关，观察、记录电流的变化情况，并分析。 学生分组实验三：探究运动的线圈在恒定的磁场中所产生的感应电流的情况，实验装置如图11。 图11：探究运动的线圈在恒定的磁场中所产生的感应电流的情况 实验器材：固定在木棒上的螺线圈、蹄形磁铁（2个）、微电流传感器、便携式数据分析仪、导线若干 实验内容：将两个蹄形磁铁对方，构建强磁场环境。将螺线圈放入两蹄形磁铁之间，平动或转动木棒，螺线圈随之运动，螺线圈在某些特定方向运动时，会产生感应电流，进而在数据分析仪中有波形图出现。分析产生正向和反向电流时，螺线圈的运动。 小组实验之后，先组内讨论，产生正向电流或反向电流的实验操作。随后，再重新分配小组，新小组的成员分别参加了上面的三组实验，再次讨论交流，引导学生自己得出楞次定律。 随后，提问学生，能否解释新课开始之前的磁块、塑料块双管下落实验，可将铝管想象成无数个铝环，通过研究一个铝环的情况，便可知道整个铝管的情况。实验装置如图12。 图12：探究一个闭合铝管的受力和电流情况 设计意图：学生在小组实验中参与度高，通过学生自己设计实验、操作实验、讨论交流、得出结论，培养学生的科学思维，提升他们的科学探究能力 课后，让学生利用楞次定律知识设计创新实验。实现了物理从生活中来，到生活中去的教育理念。 8、 实验效果评价 （1） 利用DIS数字信息系统能实时、精确地记录实验数据并及时处理，并提高了课堂效率； （2） 磁铁在插入或拔出不倒翁线圈时，将线圈的受力情况和电流变化情况均可体现出来，让学生能够更直观、高效的去感受楞次定律； （3） 电梯中的楞次安全降速系统暂未实践，从理论到实践的跨度仍需努力。 学科网（北京）股份有限公司 $$