“楞次定律及其應(yīng)用”探究式教學(xué)設(shè)計(jì)

1 教學(xué)目標(biāo)

1.1 知識與技能

（1）理解楞次定律的內(nèi)容；

（2）理解楞次定律與能量轉(zhuǎn)化和守恒定律相符合；

（3）會用楞次定律解答簡單的有關(guān)問題；

（4）揭示電磁感應(yīng)的“來拒去留”特性。

1.2 過程與方法

（1）經(jīng)歷楞次定律由來的實(shí)驗(yàn)探究過程，讓學(xué)生感受科學(xué)探究的艱辛和成功的喜悅；

（2）掌握發(fā)現(xiàn)、總結(jié)物理規(guī)律的方法之一（實(shí)驗(yàn)歸納法），訓(xùn)練物理思維方法（分析、比較、抽象、概括等）。

1.3 情感態(tài)度與價值觀

（1）激發(fā)探究創(chuàng)新欲望，樹立發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律，創(chuàng)造美好世界的情感；

（2）將電磁感應(yīng)現(xiàn)象“來拒去留”特性人性化，使學(xué)生感受自然界的人文情懷，體驗(yàn)人和自然的和諧統(tǒng)一性，樹立保護(hù)自然、保護(hù)地球，美化環(huán)境，提高人類生命質(zhì)量的意識。

（教學(xué)說明：新課標(biāo)總目標(biāo)是提高全體學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。三維度教學(xué)目標(biāo)是：知識與技能，過程與方法，情感態(tài)度與價值觀。教學(xué)理念突出體現(xiàn)“探究性、主體性、發(fā)展性、和諧性”。）

2 重點(diǎn)難點(diǎn)

重點(diǎn) 楞次定律的內(nèi)容、探究過程與科學(xué)研究方法和思維方法；

難點(diǎn) 楞次定律的實(shí)驗(yàn)探究過程以及楞次定律的“阻礙”特性和實(shí)質(zhì)性理解（楞次定律是能量守恒定律在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的反映）。

3 實(shí)驗(yàn)器材 螺線管、條形磁鐵、G表、導(dǎo)線若干（學(xué)生每兩人一組）

4 教學(xué)過程

4.1 設(shè)計(jì)情景，提出問題

回顧電磁感應(yīng)中的三個實(shí)驗(yàn)，提問設(shè)疑：

（1）產(chǎn)生電磁感應(yīng)的條件是什么？（舊問題）

（2）下面兩圖中感應(yīng)電流的方向怎么判定？（新問題）

（教學(xué)說明：從熟悉的現(xiàn)象中提出問題，遇到不能解決的新問題，激起學(xué)生探究新規(guī)律的欲望，促使學(xué)生像科學(xué)家那樣去“主動發(fā)現(xiàn)”。）

對于圖1，學(xué)生很容易用右手定則判定感應(yīng)電流的方向，而對于圖2則不會。這時指出，右手定則具有局限性，那么，有沒有判定感應(yīng)電流方向普遍適用的規(guī)律呢？

投影課題 探尋判斷感應(yīng)電流的方向的新規(guī)律——楞次定律

4.2 啟發(fā)猜想，尋找目標(biāo)

要判定感應(yīng)電流的方向，應(yīng)找什么關(guān)系呢？

先讓學(xué)生思考、猜想，學(xué)生感到困惑，教師引導(dǎo)學(xué)生從感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件出發(fā)，進(jìn)行分析。

如圖2所示，螺線管與靈敏電流表組成的閉合電路，當(dāng)條形磁鐵上下移動或左右移動時，穿過螺線管內(nèi)的磁通量發(fā)生變化，就會產(chǎn)生感應(yīng)電流。磁通量變化與感應(yīng)電流是因果關(guān)系；磁場中的相互作用是通過磁場發(fā)生的，從而猜想用磁感應(yīng)強(qiáng)度B來表達(dá)，于是，找到兩個磁場：感應(yīng)電流的磁場B感和引起感應(yīng)電流的原磁場B原。

投影 因果關(guān)系圖



磁通量變化產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流激發(fā)感應(yīng)磁場，那么，感應(yīng)磁場與原磁場有什么關(guān)系呢？

（教學(xué)說明：教師適當(dāng)點(diǎn)撥，盡可能讓學(xué)生作發(fā)散性思考。然后引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)合理的分析、推理、比較，找出適合表達(dá)的相關(guān)物理量。這是科學(xué)研究的前奏過程。）

4.3 實(shí)驗(yàn)探究，發(fā)現(xiàn)規(guī)律

（1）引導(dǎo)分析，選擇裝置

只要閉合回路有磁通量變化，電路中就產(chǎn)生感應(yīng)電流。引起回路磁通量變化的方式有很多，根據(jù)φ=BSconθ，可以是磁場變化，或有效面積變化，或兩者都變，或B、S都不變θ變化。不管那一種方式都應(yīng)遵循同樣的規(guī)律，因此可以選擇一種進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探索。我們選擇“條形磁鐵與螺線管的相對運(yùn)動引起電磁感應(yīng)”這一裝置（如圖2所示）。

（2）認(rèn)識用途，明確方向

①實(shí)驗(yàn)中要記錄哪些物理量以及它們的方向與變化情況？

由前面的分析得：有Δφ（B原）、Ι感、B感等。

②Ι感用什么顯示？其方向怎么判斷？

用G表顯示，先要確定電流與G表指針偏轉(zhuǎn)的關(guān)系：電流正接線柱流入時，指針向左偏，電流負(fù)接線柱流入時，指針向右偏。

③明確器材用途

條形磁鐵：在螺線管內(nèi)產(chǎn)生磁場B原；

螺線管與G表：Δφ≠0，則Ι感≠0；由G表指針偏轉(zhuǎn)方向判定感應(yīng)電流的方向；

螺線管的繞向：由Ι感的方向，根據(jù)右手螺旋定則可推知B感的方向；

（教學(xué)說明：這是一個實(shí)驗(yàn)探究過程，可以讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，展開討論，完善設(shè)計(jì)，深化思維；教師要作適當(dāng)引導(dǎo)。對個別有困難的學(xué)生進(jìn)行個別指導(dǎo)，盡可能讓每位學(xué)生自己設(shè)計(jì)，讓他們得到一種科學(xué)探究的體驗(yàn)，感受探究的艱難，同時也嘗到成功的喜悅。體現(xiàn)“主體性、探究性、發(fā)展性”。）

（3）實(shí)驗(yàn)探索，列表比較

學(xué)生每兩人一組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并記錄現(xiàn)象。

條形磁鐵的運(yùn)動方向穿過螺線管的B原的方向穿過螺線管的⊿φ螺線管中Ι感方向（俯視時）感應(yīng)電流的B感的方向B感與B原的關(guān)系結(jié)論

N極插入向下增大逆時針向上相反阻礙增大

N極拔出向下減小順時針向下相同阻礙減小

S極插入向上增大逆時針向下相反阻礙增大

S極拔出向上減小順時針向上相同阻礙減小

阻礙變化

（4）分析歸納，發(fā)現(xiàn)規(guī)律

從分組實(shí)驗(yàn)中抽樣，將記錄結(jié)果向全班展示，并引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析：如圖4所示，當(dāng)磁鐵的N極或S極插入螺線管時，螺線管中的原磁通量增加，B感與B原反向；當(dāng)磁鐵的N極或S極離開螺線管時，螺線管中的原磁通量減小，B感與B原同向。感應(yīng)電流的磁場仿佛總在與原磁通量的變化（增減）唱“反調(diào)”，即從螺線管的原磁通量的變化來看，反映出果對因的阻礙作用。到此，可把“阻礙增大”或“阻礙減小”填入上表“結(jié)論”欄中，并把圖3“？”改為“阻礙”。



（教學(xué)說明：3、4兩步是實(shí)驗(yàn)探究實(shí)質(zhì)性過程，盡量要求學(xué)生自己通過實(shí)驗(yàn)探索、記錄結(jié)果，分析、比較、歸納、概括，得出規(guī)律，讓學(xué)生的思維模式向科學(xué)家的思維模式順應(yīng)，使他們受到科學(xué)方法教育，并使他們在心理、態(tài)度、情感等非智力因素方面得到潛移默化的鍛煉，從探究中獲得經(jīng)驗(yàn)，掌握方法，提高能力。展示課件，動態(tài)模擬，形象直觀，加深對實(shí)驗(yàn)結(jié)論的理解和記憶。）

總結(jié)規(guī)律 在其他電磁感應(yīng)現(xiàn)象中也有相同的規(guī)律。凡是由磁通量增加引起的感應(yīng)電流，感應(yīng)電流激發(fā)的磁場就阻礙原來磁通量的增加；凡是由磁通量減少引起的感應(yīng)電流，感應(yīng)電流激發(fā)的磁場就阻礙原來磁通量的減少。歸納、概括起來就是：

感應(yīng)電流具有這樣的方向，即感應(yīng)電流的磁場總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。這就是物理學(xué)家楞次在1834年所得到的結(jié)論，稱為楞次定律。

要引導(dǎo)學(xué)生理解好楞次定律的4個層次：第一是誰阻礙誰？感應(yīng)電流的磁場阻礙原磁通量的變化；第二是怎么阻礙？當(dāng)原磁通量增加時，感應(yīng)電流的磁場與原磁場方向相反，當(dāng)原磁通量減小時，感應(yīng)電流的磁場與原磁場方向相同；第三是為什么阻礙？楞次定律受能量守恒定律的制約，能量不可能無中生有；第四是怎么應(yīng)用？

4.4 總結(jié)方法，指出特性

閱讀課本，抓住關(guān)鍵詞“阻礙”、“變化”，理清因果關(guān)系；同時結(jié)合以上探究性實(shí)驗(yàn)過程，進(jìn)一步理解相關(guān)物理量及其關(guān)系，并通過簡單實(shí)例的分析總結(jié)出應(yīng)用楞次定律判斷感應(yīng)電流方向的一般步驟：

（1）確研究對象（哪一個閉合回路）；

（2）B原的方向以及穿過閉合回路的磁通量的變化情況（Δφ增加還是減?。华?/p>

（3）根據(jù)楞次定律的“阻礙”特性判斷出B感的方向；

（4）根據(jù)安培定則判斷出Ι感的方向。

例1 如圖5所示，導(dǎo)體桿ab向右運(yùn)動時，試判斷電路中產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向。

用兩種方法判斷：

方法一：運(yùn)用楞次定律（通過解題總結(jié)出判定步驟：四步法）

方法二：運(yùn)用右手定則

用楞次定律判定感應(yīng)電流的方向跟用右手定則判斷的結(jié)果是一致的（導(dǎo)體桿中的感應(yīng)電流方向?yàn)閎→a）。右手定則可看作是楞次定律的特殊情況。對于閉合電路的一部分導(dǎo)體切割磁感線而產(chǎn)生感應(yīng)電流的情況，用右手定則來判斷感應(yīng)電流的方向比用楞次定律簡便，但楞次定律具有普適性。

例2 天花板下方有一個正方形磁場區(qū)域，矩形金屬線框用輕繩懸掛于O點(diǎn)，試判斷當(dāng)金屬框從左邊進(jìn)入磁場和從右邊離開磁場時，金屬框中的感應(yīng)電流的方向和金屬框所受安培力的方向。

學(xué)生容易判斷出感應(yīng)電流方向和安培力的方向，如圖6所示?？梢?，金屬框不管是進(jìn)入磁場，還是離開磁場，它所受安培力均阻礙金屬框的運(yùn)動。若分析者站在磁場內(nèi)，當(dāng)金屬框從左邊要進(jìn)入磁場時，磁場的安培力拒絕金屬框進(jìn)來（形象地稱作“來拒”），當(dāng)金屬框從右邊要離磁場而去的時候，安培力拉住金屬框，企圖不讓金屬框離去（形象地稱作“去留”）。



（教學(xué)說明：通過簡單的實(shí)例分析，歸納出判斷感應(yīng)電流方向的步驟，并使學(xué)生認(rèn)識到分析思路步驟、方法都是由物理規(guī)律本身決定的，是物理規(guī)律內(nèi)涵的具體體現(xiàn)。知識、方法的完美結(jié)合、和諧統(tǒng)一，使學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)科學(xué)有序，再通過應(yīng)用（變通和遷移）逐步形成分析解決問題的能力。）

接著，提出問題思考：

（1）電磁感應(yīng)的這種“來拒去留”特性，符合能量守恒定律嗎？ 

安培力是阻力，金屬框進(jìn)入和離開磁場時，均要克服安培力做功，實(shí)現(xiàn)機(jī)械能向電能轉(zhuǎn)化，符合能量轉(zhuǎn)化和守恒定律。楞次定律實(shí)質(zhì)上是能的轉(zhuǎn)化和守恒定律在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的體現(xiàn)。

（教學(xué)說明：任何物理現(xiàn)象，任何物理過程均與能量守恒定律相符，使學(xué)生牢固樹立能量守恒的思想。）

（2）電磁感應(yīng)的這種“來拒去留”特性，與人的心理狀態(tài)是否相似呢？

班上來了一位插班生，你心里會想：為什么插到我們班來呢？不來不是很好嗎？表現(xiàn)出“來拒”的心理狀態(tài)。要是他（或她）已讀了一年半載，轉(zhuǎn)學(xué)去別校學(xué)習(xí)的時候，你一定又會表現(xiàn)出“去留”的心理狀態(tài)。這就是人的“來拒去留”心理特性，與自然規(guī)律具有的特性相似。分析到此，我向?qū)W生指出：社會變化會引起人們心理狀態(tài)的變化，但是，因?yàn)樽匀灰?guī)律具有客觀性、不變性，所以，人們與自然規(guī)律相似的心理狀態(tài)永遠(yuǎn)不會變，人和自然是和諧統(tǒng)一的?。▽W(xué)生鼓掌）

（教學(xué)說明：認(rèn)識人和自然和諧統(tǒng)一性，使學(xué)生產(chǎn)生對自然的親近感，增強(qiáng)主動探索發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律，按規(guī)律辦事，保護(hù)環(huán)境，保護(hù)地球的意識。）

4.5 課堂總結(jié)，提升能力

(1)過程方法總結(jié)：

（2）知識技能總結(jié)

楞次定律 內(nèi)容：感應(yīng)電流的磁場總是阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化（概括、嚴(yán)謹(jǐn)）內(nèi)涵：B感阻礙Δφ（理解關(guān)鍵）外延：與能量守恒定律相符，具有普適性應(yīng)用：（1）楞次定律與安培定則結(jié)合才能判斷Ι感方向

（2）分析步驟（四步法）

（知識結(jié)構(gòu)化，促使學(xué)生認(rèn)識有序化，有助于學(xué)生記憶、理解、應(yīng)用、遷移。）

（3）情感價值總結(jié)

人和自然規(guī)律和諧統(tǒng)一，人們探究、發(fā)現(xiàn)規(guī)律，是為了利用規(guī)律改造自然，創(chuàng)造與人和諧統(tǒng)一的美好世界。

（體現(xiàn)物理課堂的人文性、教育性價值，培養(yǎng)學(xué)生熱愛大自然，創(chuàng)造美好世界的情感。）

（教學(xué)說明：把一節(jié)課完整的發(fā)現(xiàn)過程模式和知識方法結(jié)構(gòu)總結(jié)一下，畫龍點(diǎn)睛，起到點(diǎn)金術(shù)的作用，有利于學(xué)生形成知識組塊，提高整體直覺思維能力、自學(xué)能力和遷移能力。教知識不是目的，“教是為了不教”，通過物理知識教學(xué)，遵循探究發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律的基本過程和方法， 重視物理方法教育、學(xué)習(xí)方法指導(dǎo)和物理深層次理性思維的培養(yǎng)，使學(xué)生逐步掌握符合物理學(xué)科本質(zhì)的探究性學(xué)習(xí)方法，形成科學(xué)的學(xué)習(xí)觀，發(fā)展學(xué)生智力，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、終身學(xué)習(xí)能力和類科研能力，樹立正確的人生觀、價值觀和科學(xué)發(fā)展觀，為人類創(chuàng)造美好生活的精神意境和物質(zhì)環(huán)境，才是物理教學(xué)的真正目的和最高境界！)

4.6 布置作業(yè)，課后提高

（1）閱讀：人教版普通高中新課標(biāo)教科書物理必修3-2第四章第3節(jié)楞次定律；

（2）必做題：P13、14（1）（4）(5) (7)；

（3）選做題：從物理學(xué)史看楞次定律的發(fā)現(xiàn)過程。