高中物理人教版 (2019)必修 第三册3 电磁感应现象及应用教学设计

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《电磁感应现象及应用》是《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》必修课程必修3模块中“电磁场与电磁波初步”主题下的内容。课程标准要求为：通过实验，了解电磁感应现象，了解产生感应电流的条件。知道电磁感应现象的应用及其对现代社会的影响。收集资料，了解手机无线充电的原理。《普通高中物理课程标准(2017年版)解读》对课程标准的解读为：通过实验让学生知道磁场变化能在闭合回路中产生电流，知道这种现象叫电磁感应现象；在实验中让学生了解产生感应电流的条件是闭合电路中的磁通量发生变化。通过介绍科学家对“电生磁、磁生电”的研究，体验科学探索中思想方法的重要作用，体会物质世界的多样性和统一性。让学生通过调查、查阅资料等活动，知道电磁感应现象在生产生活中的广泛应用以及对现代社会的影响，体验科学知识在生活和科技中的应用，理解科学·技术·社会·环境的关系。
本节课进一步揭示了电和磁之间的联系，为电磁感应规律的研究奠定实验基础和理论体系，也是学习电磁波的基础。通过实验观察和实验探究，总结感应电流的产生条件是本节课的重点。感应电流产生条件的实验探究，理论分析，以及实验之间的逻辑关系是本节课的难点。
学生在初中的学习中知道了闭合回路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时回路中会产生电流。学习本节内容之前，学生已经学习了磁通量的概念。知道了“电生磁”，具有了初步的电与磁相互作用、相互联系的观念，但是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。高中生对未知的世界具有强烈的探究欲望，喜欢探求现象背后的本质原因，但是对于科学探究的理论分析能力和拓展推理能力还不成熟，需要在实践中不断提升。
1.学生通过实验观察和实验探究，了解电磁感应现象，知道产生感应电流的条件是闭合电路中的磁通量发生变化，会运用感应电流的条件分析具体实例。
2.学生通过一系列递进实验，归纳得出产生感应电流的条件，提升“电磁相互作用”观念。体验科学探索的过程，提升科学探究素养。
3.学生通过调查、查阅资料等活动，了解电磁感应现象在生产、生活中的应用，认识能源开发与利用对人类生活和社会发展的影响，认识到新技术、新产品的产生和发展其实源自科学进步。
教学重点：通过实验观察和试探探究，总结感应电流的产生条件。
教学难点：感应电流产生条件的实验探究、理论分析，以及几个实验之间的逻辑关系。
教学方法：实验探究法、启发式教学、多媒体辅助教学
教学用具：蹄形磁铁、矩形线圈、示教电流表、线圈、干电池、开关、滑动变阻器、导线、改装手摇发电机玩具，灵敏电流计、发光二极管。
§ 13.3 电磁感应现象及应用
磁 电

B不变 S变
闭合电路 B变 S不变 磁通量变化
S、B不变，夹角变化
本节课的设计，力求通过教师的引导和学生的探究，实现新课程“立德树人”的根本目标。一方面，使学生在学习过程中，不仅能通过实验探究得出感应电流产生的条件，体会到物理学习也是一个科学探索的过程，要在一系列的实验与讨论中领悟科学思维方法，逐步形成科学推理、质疑创新的科学思维。另一方面，帮助学生在“电生磁”的基础上认识到“磁生电”，从而初步提升“电磁相互作用”观念。通过电磁感应现象在实际中的应用实例的分析，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，激发爱国热情，全面发展学生物理学科核心素养。
本节课从实验引入、提出问题到合作探究，归纳概括，再到分析验证、体验释疑，环环相扣，循序渐进，层层递进，学生在教师引导下，经历科学探究的重要环节，体会科学探究的一般思路，培养严谨有序的思维，体现了从感性认识上升到理性认识的认知规律。
本节课学生的探究活动并不完全是开放式的，教师还是不敢大胆放手，完全由学生自主探究。对于探究过程而言，教师的引导痕迹偏多，在学生自主建构的过程中参与偏多。环节
情境
问题
教师活动
学生活动
设计意图
学生发展
复习引入
再现初中实验：闭合电路一部分导体在磁场中切割磁感线产生感应电流。
展示器材：绕在纸筒上的铜线圈，两端与二极管相连。
能否利用磁铁使铜线圈产生电流，使二极管发光？
1.再现初中利用磁场产生电流的实验，引导学生复习旧知
2.介绍自制教具，提出问题：如何使二极管发光？
引导学生设计合理的实验方案，并鼓励学生亲自实践。
1.观察、回顾初中学过的产生感应电流的条件。
2.积极思考：利用磁铁应该能使线圈中产生电流。实验：将磁铁放入纸筒，手持纸筒两端，快速沿纸筒方向晃动纸筒，看到二极管发光。
演示初中做过的实验复习旧知，构建初、高中知识联系。
通过鼓励并协助学生体验“磁生电”，增强学生的体验，培养学生的知识迁移能力，激发学生的探究欲望和学习兴趣。
应用已有知识尝试让二极管发光，体验成功的乐趣，提升发现问题、解决问题和知识迁移的能力，树立创新意识。
激趣入境
演示实验：闭合线圈在磁场中切割磁感线，线圈中并未产生电流。
线圈切割磁感线，为什么没有产生感应电流？
演示实验：闭合线圈在磁场中切割磁感线。
引导学生观察实验现象。引导学生产生认知冲突，使学生认识到并不是导体切割磁感线就一定产生感应电流。
1.观察演示实验并思考没有产生感应电流的原因。是否存在断路？产生亲自进行探究的欲望。
2.在教师指导下亲自实验，仍然没有产生电流。
通过导体切割磁感线不产生感应电流演示实验，引发学生的认知冲突，激发学生的探究欲望。促进学生提出新的问题，培养学生的问题意识。
产生认知冲突，产生疑问：产生感应电流的条件到底是什么？需要对产生感应电流的现象深入分析。
模型建构
利用多媒体技术演示动画：导体棒切割磁感线.
导体棒切割磁感线产生感应电流，什么发生了变化？
将真实情境抽象成物理模型，用动画展示。引导学生观察、思考并回答：导体棒切割磁感线，哪些物理量发生变化？
请学生回答问题。
板书：B不变，S变。
观察动画演示，思考问题。与同学交流自己的观点。得到：在回路中，B不变，S变。
将实际演示实验抽象成物理模型，分析产生感应电流条件。
将实际问题抽象成模型，提升建构模型的能力。通过观察和思考，发现面积变化的事实，提升观察能力和深入分析问题的能力。
实验探究1
探究感应电流的产生条件
如何借助实验器材探究导体中产生感应电流的条件？
实验仪器：电流计、大线圈、小线圈(带铁芯)、开关、滑动变阻器、电源、导线等。
1. 介绍实验器材，请学生设计实验方案，探究感应电流的产生条件。2. 提示学生在实验操作过程中，针对要探究的问题做好实验记录。3.观察各组探究过程，给予必要的指导。4.组织学生对实验的操作过程和分析结果进行交流讨论
1.设计实验方案.利用通电小线圈代替磁铁连接探究实验电路。2.以小组为单位进行实验探究。尝试各种能够使大线圈中产生感应电流的操作：小线圈插入或拔出，大线圈闭合或断开开关，移动滑动变阻器滑片。3.交流实验结果，将实验结果记录在表格中。4.分析实验数据归纳出B变，S不变。
让学生利用提供的器材，依据实验目的，小组合作完成实验的设计、操作、观察，详细记录由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。让学生树立合作意识，体悟科学家在科学探索中的困难与艰辛。
能灵活应用实验器材，设计实验方案，培养学生的科学探究素养以及合作意识，通过探究结果的总结与归纳，提升使用证据获得物理结论的能力
实验探究2
线圈在匀强磁场中转动时产生感应电流
磁感应强度和线圈面积均不变，产生感应电流时，哪个物理量发生了变化？
1.演示线圈在匀强磁场中转动产生感应电流。引导学生观察、记录实验现象，分析思考哪些物理量发生了变化。
板书：B和S不变。B与S的夹角变化。
鼓励学生自主归纳概括出产生感应电流的条件，并解释线圈在位置2做微小平动时为什么没有电流产生。
板书：磁通量变化。2.介绍法拉第历经十年的不懈努力，发现电磁感应现象的过程。
1.观察线圈在匀强磁场中转动产生感应电流的演示实验，并实际动手操作。思考并分析出此时B和S不变。B与S的夹角变化，将结果记录在表格中，分析表格中的实验记录，得出产生感应电流的条件是磁通量发生变化。
2.依据总结出的感应电流产生条件，解释线圈在位置2做微小平动时没有电流的原因：通过回路的磁通量没有变化。
通过实验，使学生进一步体会感应电流的产生条件。通过分析实验记录表格中的数据，得出产生感应电流的条件是通过闭合电路的磁通量发生变化
通过线圈转动产生感应电流实验的观察和分析，进一步提高观察与分析能力。通过表格中实验记录数据的分析，发现规律，形成正确的结论，提升科学探究素养
实践应用
展示感应电流在生产、生活及新科技中的应用。
1.手摇发电机
2.高速公路充电
1.感应电流的产生条件在实际生产生活中还有哪些应用？
2.刚才这些应用的原理是什么？
1.演示手摇发电机发电，引导学生猜想其工作原理，利用课件展示发电机内部构造和工作过程。
2.介绍我国在清洁能源发电方面的重大成就.
3.借助图片和课件介绍相关的新科技——发电公路和手机无线充电。
1.在老师引导下，配合观看发电机工作过程的动画，分析手摇发电机发电的原理。通过老师的介绍，了解我国在实现清洁发电方面的重大成就。
2.与同学交流自己对手机无线充电的了解，猜想发电公路的设想是否科学，尝试利用所学知识进行分析。
通过发电和输电两方面应用的介绍和分析讨论，引领学生在具体实例中认识科学·技术·社会·环境的关系，认识新技术、新产品的产生和发展，其实其实源自科学进步，帮助学生逐渐树立利用物理知识分析实际现象的意识。
通过了解发电机、无线充电等应用，了解物理学对社会进步的推动作用，以及对现代社会的影响，体验科学知识在生活和科技中的运用，理解科学·技术·社会·环境的关系，养成节约用电、保护环境的习惯，通过了解我国在相关方面的重大科技进步，激发爱国热情。
课堂小结
依据板书对本节课的探究过程进行归纳总结。
通过本节课，你的收获有哪些？可以解决什么问题？
展示PPT，引导学生从知识和方法，两个角度对北京课的学习内容进行总结，将方法系统化。
总结：
1.从生活中发现物理问题，利用身边简单易得的器材，结合原有的知识设计实验，进行探究与验证，分析实验现象，归纳总结出感应电流的产生条件
2.通过多种资源了解了感应电流的产生条件在生活和生产中的应用。
引导学生从知识、方法等方面回顾本节课的学习过程，提高归纳总结能力，帮助学生体会学习既要关注学习结果，更要关注学习过程。通过自主归纳课堂内容，使学生把握知识脉络，建立完整的知识结构。
在对自己的学习过程与收获的审视与评价中认识到，物理学是基于人类有意识的探究而形成的对自然现象的描述与解释，并需要接受实践的检验。
课后延申
手摇手电筒的制作方案和家庭无线充电的科学设想。
通过查阅资料，了解电磁感应现象在生活中的更多应用。
布置作业：
1.利用磁生电的原理，制作手摇手电筒2.查阅资料，撰写无线充电设计方案，与同学交流讨论。
课后通过查阅资料，了解电磁感应现象在生产生活中的广泛应用，以及对现代社会的影响。
通过动手和设计性作业，培养学生运用已学知识解决实际问题的能力，使学生加深对所学知识的理解，并将所学知识延伸到课外。
在实际生活中用理论指导实践，体会物理源于生活，有学习物理的积极性。