數(shù)學(xué)：《楞次定律》教學(xué)設(shè)計(jì)與課堂實(shí)錄

劉遠(yuǎn)輝

教材分析：本節(jié)教學(xué)內(nèi)容選自人教版教材《物理》選修3-2中第四章第3節(jié)?！袄愦味伞焙秃竺鎸⒁獙W(xué)習(xí)的“法拉第電磁感應(yīng)定律”，一個(gè)判定感應(yīng)電流的方向，一個(gè)計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，是分析和處理電磁感應(yīng)問(wèn)題的兩個(gè)重要支柱，是構(gòu)成本章的核心教學(xué)內(nèi)容。

本節(jié)課屬于物理規(guī)律探究課，探究過(guò)程可以給學(xué)生廣闊的思考空間，學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)可以得到很好的培養(yǎng)和提升。但是，本節(jié)課中教材提供的探索實(shí)驗(yàn)涉及了諸多因素，如磁場(chǎng)方向、磁通量的變化、線圈繞向、電流順逆時(shí)針方向（而且涉及到從什么方向上去看）等，關(guān)系復(fù)雜，使得思維鏈條冗長(zhǎng)。同時(shí)，本節(jié)要探究的規(guī)律比較隱蔽，抽象性和概括性很強(qiáng)，在課堂上概括得出難度較大。

學(xué)情分析：通過(guò)上一節(jié)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)知道了產(chǎn)生感應(yīng)電流現(xiàn)象的條件，有一定的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。如果在實(shí)驗(yàn)中稍微留心觀察，學(xué)生很容易發(fā)現(xiàn)感應(yīng)電流的方向以及大小在實(shí)驗(yàn)中都存在差別，引發(fā)對(duì)感應(yīng)電流的方向和大小所遵循的規(guī)律進(jìn)一步學(xué)習(xí)的渴望。

教學(xué)目標(biāo)：

知識(shí)與技能：1.理解、掌握楞次定律；2.培養(yǎng)觀察實(shí)驗(yàn)的能力以及對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析、歸納、總結(jié)的能力；3.能夠熟練應(yīng)用楞次定律判斷感應(yīng)電流的方向。

過(guò)程與方法：1.通過(guò)實(shí)踐活動(dòng)，觀察得到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，再通過(guò)分析論證、歸納總結(jié)，得出結(jié)論；2.通過(guò)應(yīng)用楞次定律判斷感應(yīng)電流的方向，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用物理規(guī)律解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

情感態(tài)度與價(jià)值觀：學(xué)會(huì)合作，體會(huì)科學(xué)探索過(guò)程的艱辛，體會(huì)物理定律的概括性和簡(jiǎn)潔性。

重點(diǎn)：楞次定律的得出過(guò)程。

難點(diǎn)：楞次定律的概括表述。

教法學(xué)法：探究式教學(xué)、合作學(xué)習(xí)。

輔助手段、教具：電磁爐、鋁箔、楞次環(huán)、磁鐵、易拉罐、自制線圈。

教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)：

一、演示實(shí)驗(yàn)引入新課

將紙筒立在電磁爐上，套上環(huán)形鋁箔，接通電源的瞬間，鋁箔突然向上升起。要解釋為什么會(huì)發(fā)生這個(gè)現(xiàn)象，需要學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容。

學(xué)生活動(dòng)：觀看，認(rèn)真思考。

設(shè)計(jì)意圖：設(shè)疑，激趣。

二、新課教學(xué)

1.提出問(wèn)題。

要產(chǎn)生感應(yīng)電流，只須使磁鐵靠近或遠(yuǎn)離一個(gè)閉合回路即可，但是回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電流是微觀的、不可見的。怎樣才能獲知感應(yīng)電流的方向？

學(xué)生活動(dòng)：小組討論，回答問(wèn)題。

設(shè)計(jì)意圖：轉(zhuǎn)換思維方式，培養(yǎng)運(yùn)用已有知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，培養(yǎng)創(chuàng)造能力，預(yù)期生成性資源。

2.教師演示“楞次環(huán)”實(shí)驗(yàn)。

使磁鐵靠近或遠(yuǎn)離鋁環(huán)，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)二者間存在斥力或引力，繼而提出問(wèn)題：若不借助剛才大家提出的各種手段，能否依據(jù)觀察到的現(xiàn)象判斷出鋁環(huán)內(nèi)的感應(yīng)電流方向？

待各小組都找到辦法后，請(qǐng)學(xué)生匯報(bào)。同時(shí)教師進(jìn)行板書，把具體辦法體現(xiàn)在黑板上。

學(xué)生活動(dòng)：小組討論，回答問(wèn)題。

設(shè)計(jì)意圖：培養(yǎng)推理能力，使學(xué)生養(yǎng)成合作學(xué)習(xí)的習(xí)慣，及時(shí)鼓勵(lì)，增強(qiáng)信心。

3.分組實(shí)驗(yàn)：探究感應(yīng)電流的方向遵循的規(guī)律。

（1）教師提問(wèn)：要找到具有普遍性的規(guī)律，須要多研究一些情況，從中進(jìn)行歸納。請(qǐng)學(xué)生思考討論兩個(gè)問(wèn)題：①若用這套鋁環(huán)裝置，還可以研究哪幾個(gè)不同的情形？②在具體實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，應(yīng)該記錄哪些相關(guān)信息？（此環(huán)節(jié)實(shí)際是讓學(xué)生對(duì)影響感應(yīng)電流方向的可能因素進(jìn)行猜想。）

學(xué)生活動(dòng)：小組討論，匯報(bào)方案。

設(shè)計(jì)意圖：培養(yǎng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力，預(yù)期生成性資源。

（2） 將要展開研究的情形和要記錄的信息制成表格，并分組動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，填寫表格。

學(xué)生活動(dòng)：動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，填寫表格，匯報(bào)結(jié)果。

設(shè)計(jì)意圖：培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，提高?shí)驗(yàn)素養(yǎng)。

4.請(qǐng)學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，歸納感應(yīng)電流的方向遵循的規(guī)律。

學(xué)生活動(dòng)：積極思考，小組討論，與教師互動(dòng)探討。

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生經(jīng)歷由物理現(xiàn)象概括出物理規(guī)律的過(guò)程，追求物理規(guī)律的概括性和語(yǔ)言上的簡(jiǎn)潔性。

5. 理解楞次定律。

從以下兩個(gè)不同的角度體會(huì)楞次定律：

從磁通量變化角度——“增反減同”；從相對(duì)運(yùn)動(dòng)角度——“來(lái)拒去留”。

學(xué)生活動(dòng)：認(rèn)真傾聽，積極思考。

設(shè)計(jì)意圖：加深理解規(guī)律的內(nèi)涵。

6.應(yīng)用楞次定律解決實(shí)際問(wèn)題。

（1）競(jìng)技小游戲。

教師介紹器材：按上圖原理纏繞的線圈，若產(chǎn)生順時(shí)針電流則紅色二極管亮，若產(chǎn)生逆時(shí)針電流則綠色二極管亮。

競(jìng)技要求：使紅色二極管亮，20秒思考討論，20秒后請(qǐng)學(xué)生舉起器材，做好預(yù)備動(dòng)作，教師下口令，各組一起開始操作。

（2）體驗(yàn)小游戲。

利用分組實(shí)驗(yàn)器材，按下圖操作，觀察現(xiàn)象并嘗試做出解釋。

學(xué)生活動(dòng)：積極思考，動(dòng)手操作。

設(shè)計(jì)意圖：練習(xí)使用楞次定律，培養(yǎng)合作精神。

7.課堂總結(jié)：

總結(jié)本節(jié)課的探究過(guò)程，讓學(xué)生再次體會(huì)科學(xué)探究的一般過(guò)程。結(jié)合板書指出科學(xué)發(fā)現(xiàn)和進(jìn)步的循序漸進(jìn)性，教育學(xué)生對(duì)歷代科學(xué)家為人類文明進(jìn)步做出的貢獻(xiàn)心懷感恩。

學(xué)生活動(dòng)：回憶梳理。

設(shè)計(jì)意圖：升華認(rèn)識(shí)。

8.板書設(shè)計(jì)：

第3節(jié) 楞次定律

教學(xué)設(shè)計(jì)評(píng)析：

本節(jié)課在教學(xué)設(shè)計(jì)上突出了以下特點(diǎn)：

1.不拘泥于教材提供的探索實(shí)驗(yàn)，而是創(chuàng)造性地利用“楞次環(huán)”實(shí)驗(yàn)，裝置簡(jiǎn)單，涉及因素少，現(xiàn)象明顯且易于理解，很容易讓學(xué)生自發(fā)地從實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)“感應(yīng)電流的磁場(chǎng)”這一重要中介，易于總結(jié)概括出感應(yīng)電流方向所遵循的規(guī)律。

2.充分貫徹《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》，從探索實(shí)驗(yàn)中的“提出猜想”“設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)”“根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果歸納規(guī)律”，到“競(jìng)技游戲（線圈二極管實(shí)驗(yàn)）”、體驗(yàn)并解釋“易拉罐實(shí)驗(yàn)”以及最后讓學(xué)生解釋“電磁爐實(shí)驗(yàn)”，處處給學(xué)生以自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)的時(shí)間和空間，充分體現(xiàn)了學(xué)生在課堂上的主體地位。

3.精彩紛呈的特色實(shí)驗(yàn)，可使學(xué)生懷著極大的興趣完成整堂課的學(xué)習(xí)。哈師大附中物理組多年來(lái)一貫倡導(dǎo)“實(shí)驗(yàn)、觀察、探索、求真”，本節(jié)課設(shè)置的幾個(gè)特色實(shí)驗(yàn)充分體現(xiàn)了這一深刻理念。

課堂實(shí)錄（節(jié)選）：

師：請(qǐng)大家來(lái)觀看一個(gè)小實(shí)驗(yàn)，注意觀察?。ń處煵僮鲗?shí)驗(yàn)。）

為什么通電瞬間鋁箔會(huì)升起來(lái)？要弄清楚這個(gè)問(wèn)題，就需要學(xué)習(xí)本節(jié)課的內(nèi)容。通過(guò)上一節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們已經(jīng)知道了，要想產(chǎn)生感應(yīng)電流，就要讓穿過(guò)閉合回路的磁通量發(fā)生變化。繼續(xù)思考下去，自然地會(huì)產(chǎn)生新的疑問(wèn)：感應(yīng)電流的方向和大小由哪些因素決定，具體遵循著怎樣的規(guī)律？本節(jié)課只研究感應(yīng)電流的方向由哪些因素決定，以及遵循著怎樣的規(guī)律。

如果由你來(lái)探索這個(gè)規(guī)律，你會(huì)發(fā)現(xiàn)：改變磁通量容易做到，比如手持磁鐵靠近回路，ф會(huì)增加，遠(yuǎn)離回路，ф會(huì)減少。但是回路中即使產(chǎn)生了感應(yīng)電流，也是微觀的、不能用肉眼直接觀察到的，你有辦法確定感應(yīng)電流的方向嗎？

生1：用靈敏電流計(jì)！

生2：二極管或電流傳感器！

生3：將能夠感知磁場(chǎng)的物體放在導(dǎo)線周圍，比如小磁針！

師：大家的辦法都很好！假如不使用這些手段，能否判斷電流的方向呢？我們來(lái)看這個(gè)裝置（楞次環(huán)），用磁鐵的N極逐漸插入鋁環(huán)，你看到了什么現(xiàn)象？

生：相斥！

師：將N極先放在鋁環(huán)中，再逐漸拔出，注意磁鐵始終沒有和鋁環(huán)接觸，你又看到了什么現(xiàn)象？

生：相吸！

師：假如不使用剛才提到的電流計(jì)、二極管等技術(shù)手段，而是用最簡(jiǎn)單的器材，能否知道當(dāng)N極插入鋁環(huán)的過(guò)程中產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向呢？

（學(xué)生動(dòng)手體驗(yàn)該過(guò)程，并討論交流，多數(shù)人都得到方法后，請(qǐng)學(xué)生回答。）

生：將磁鐵的N極靠近鋁環(huán)時(shí)，看到鋁環(huán)做遠(yuǎn)離磁鐵的運(yùn)動(dòng)。根據(jù)同極相斥，可知鋁環(huán)靠近磁鐵這一側(cè)相當(dāng)于N極，再根據(jù)安培定則，可以判斷感應(yīng)電流的方向。

（教師板書，把學(xué)生思路體現(xiàn)在黑板上。）

師：這個(gè)辦法好！判斷出感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向，相當(dāng)于找到了感應(yīng)電流的方向，因?yàn)槎唛g遵從安培定則。看來(lái)B感這個(gè)中介很重要！

但是這只是一種情形，我們希望找到具有一般性的規(guī)律。所以須要多研究一些情況，嘗試從中歸納出更深層次的規(guī)律。

請(qǐng)大家思考兩個(gè)問(wèn)題：第一，若用這套裝置，除了讓N極插入這個(gè)情形外，還可以研究哪幾個(gè)不同的情形？第二，具體按照各個(gè)情形進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，你認(rèn)為應(yīng)該記錄哪些相關(guān)信息？

（小組討論。）

生：總共可以研究四種情形：N極插入、S極插入、N極拔出、S極拔出。

須要記錄的信息應(yīng)該有：

第一，產(chǎn)生的感應(yīng)電流I感的方向。

第二，由于感應(yīng)電流I感的方向是依據(jù)感應(yīng)電流的磁場(chǎng)B感的方向結(jié)合安培定則判斷出來(lái)的，所以要記錄感應(yīng)電流的磁場(chǎng)B感的方向，而先記錄環(huán)形電流等效的N極和S極有利于確定感應(yīng)電流的磁場(chǎng)B感的方向。

第三，要判斷感應(yīng)電流的磁場(chǎng)B感的方向，須要記錄磁鐵和鋁環(huán)之間的相互作用（排斥或吸引）情況。

第四，因?yàn)橐骄扛袘?yīng)電流方向的普遍性的規(guī)律，而感應(yīng)電流的產(chǎn)生普遍與磁通量變化有關(guān)，所以有必要記錄原磁場(chǎng)的磁通量變化（增加或減少）情況以及B原的方向。

第五，因?yàn)楦袘?yīng)電流的磁場(chǎng)B感的方向與產(chǎn)生感應(yīng)電流的原磁場(chǎng)B原有關(guān)系，所以也有必要記錄B感與B原的方向關(guān)系。

師：好，梳理一下可以制成表格。我把剛才已經(jīng)完成的第一種情形的結(jié)果填上，大家按照我的示范，動(dòng)手實(shí)驗(yàn)并填寫其余三個(gè)情形的表格（表格填寫情況略）?，F(xiàn)在各小組開始實(shí)驗(yàn)！

（完成實(shí)驗(yàn)后，由一個(gè)小組進(jìn)行匯報(bào)，匯報(bào)內(nèi)容在投影上體現(xiàn)。）

師：其他組和他填寫的內(nèi)容一致嗎？

生：一致！

師：接下來(lái)，請(qǐng)各小組根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，試著歸納判斷感應(yīng)電流方向的規(guī)律！

（小組討論后匯報(bào)。）

生：（表述①）感應(yīng)電流具有這樣的方向，即當(dāng)磁鐵靠近回路時(shí)，B感與B原反向；當(dāng)磁鐵遠(yuǎn)離回路時(shí)，B感與B原同向。

師：很好！這個(gè)表述的巧妙之處在于——表述了B感的方向，就相當(dāng)于表述了I感的方向！但是，物理定律的表述追求概括性和簡(jiǎn)潔性！還能再濃縮提煉一下嗎？感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件是ф發(fā)生變化，可否從ф的角度表述呢？

（小組討論。）

生：（表述②）感應(yīng)電流具有這樣的方向，即當(dāng)穿過(guò)回路的磁通量增加時(shí)，B感與B原反向，當(dāng)穿過(guò)回路的磁通量減小時(shí)，B感與B原同向。

師：很好，能不能再把這兩句話概括為一句話？請(qǐng)注意：穿過(guò)回路的磁通量無(wú)論是增加還是減少，都屬于發(fā)生了“變化”！B感對(duì)磁通量的變化起到的是促進(jìn)作用嗎？

生：不是！

師：那是什么作用？

生：阻礙作用！

師：你能據(jù)此做出更簡(jiǎn)潔、更概括的表述嗎？

生：（表述③）感應(yīng)電流具有這樣的方向，即感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總是阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。

師：很好！這就是最早由物理學(xué)家楞次于1834年得出的“楞次定律”。

（投影給出楞次定律內(nèi)容并配以楞次照片，生卒年代、國(guó)籍。）

我們從不同角度來(lái)理解一下楞次定律。

第一，從磁通量角度……怎樣理解楞次定律？

實(shí)際上，剛才同學(xué)們的匯報(bào)已經(jīng)給出了答案——即“當(dāng)穿過(guò)回路的磁通量增加時(shí)，B感與B原反向，當(dāng)穿過(guò)回路的磁通量減小時(shí)，B感與B原同向”。我們可以把這個(gè)理解簡(jiǎn)記為“增反減同”！

第二，從相對(duì)運(yùn)動(dòng)角度看……怎樣理解楞次定律？

（小組討論后匯報(bào)。）

生：當(dāng)磁鐵做靠近鋁環(huán)的運(yùn)動(dòng)，即ф增加時(shí)，感應(yīng)電流與磁鐵間的作用力表現(xiàn)為斥力，抗拒ф的增加；當(dāng)磁鐵做遠(yuǎn)離鋁環(huán)的運(yùn)動(dòng)，即當(dāng)ф減少時(shí)，感應(yīng)電流與磁鐵間的作用力表現(xiàn)為引力，抗拒ф的減少。

師：非常好！我們可以把這個(gè)理解簡(jiǎn)記為“來(lái)拒去留”！

你能否用楞次定律來(lái)解釋一下本節(jié)課開頭的實(shí)驗(yàn)——為什么在通電瞬間，鋁箔會(huì)突然向上升起？

（打開電磁爐，展示內(nèi)部大線圈給學(xué)生看。）

生：在通電瞬間，線圈內(nèi)突然產(chǎn)生電流，穿過(guò)鋁箔的磁通量突然增加，根據(jù)楞次定律，為阻礙磁通量的增加，二者間應(yīng)該產(chǎn)生斥力，使它們相互遠(yuǎn)離，故而鋁箔突然向上升起。

師：非常好！掌聲鼓勵(lì)！

下面我們一起來(lái)玩一個(gè)競(jìng)技小游戲。（投影給出游戲器材圖片。）

這個(gè)線圈做成了這樣的效果：若產(chǎn)生逆時(shí)針電流則紅色二極管閃亮，若產(chǎn)生順時(shí)針電流則綠色二極管閃亮?，F(xiàn)在要求使紅色二極管閃亮，20秒時(shí)間準(zhǔn)備！

（20秒后）請(qǐng)做好操作準(zhǔn)備，開始！

師：（待操作完畢）成功的小組請(qǐng)舉手！請(qǐng)回答：你是怎樣操作的？

生：N極插入線圈。

師：有與他不同的操作方式嗎？

生：S極拔出線圈。

師：非常好！失敗的小組是什么原因？（由失敗小組回答。）

生：操作方法一樣，但是動(dòng)作太慢了。

師：好的，看來(lái)大家都會(huì)使用楞次定律判斷感應(yīng)電流方向了。至于操作太慢為什么會(huì)導(dǎo)致效果不明顯，我們將在下節(jié)課展開研究。

下面我們?cè)賮?lái)玩一個(gè)體驗(yàn)小游戲。大家利用提供的磁鐵和易拉罐，按照投影的提示進(jìn)行操作，看看有什么現(xiàn)象，嘗試解釋發(fā)生該現(xiàn)象原因。

（各小組體驗(yàn)并討論研究，然后匯報(bào)現(xiàn)象并做出解釋。）

生：在第一幅圖中看到易拉罐底會(huì)跟隨磁鐵運(yùn)動(dòng)并傾倒，在第二幅圖中看到易拉罐跟隨磁鐵來(lái)回滾動(dòng)。產(chǎn)生這些現(xiàn)象的原因是：當(dāng)磁鐵相對(duì)易拉罐運(yùn)動(dòng)時(shí)，在金屬易拉罐中產(chǎn)生感應(yīng)電流，根據(jù)楞次定律，為阻礙穿過(guò)易拉罐的磁通量的減少，易拉罐與磁鐵之間應(yīng)表現(xiàn)為引力。

師：回答得非常好！但是易拉罐中的回路在哪里呢？

生：……

師：其實(shí)，在罐底部分和罐側(cè)面部分都可以構(gòu)成閉合回路。看來(lái)，我們?cè)谡n本上研究的一般都是基本的、簡(jiǎn)單的情形。而涉及到實(shí)際生活中的具體問(wèn)題時(shí)，往往需要我們發(fā)揮想象，從現(xiàn)實(shí)問(wèn)題中抽象出曾經(jīng)學(xué)過(guò)的模型，繼而運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行理論分析。

（課堂總結(jié)。）

師：本節(jié)課我們經(jīng)歷了提出問(wèn)題→做出猜測(cè)→設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)→總結(jié)規(guī)律→驗(yàn)證規(guī)律→應(yīng)用規(guī)律幾個(gè)環(huán)節(jié)，這正是科學(xué)探究的一般過(guò)程。

從板書中的概念圖上我們可以看到，法拉第發(fā)現(xiàn)了“磁通量變化可以引起感應(yīng)電流”，奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流周圍存在磁場(chǎng)，楞次發(fā)現(xiàn)了感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總是阻礙磁通量的變化?？梢?，科學(xué)的進(jìn)步要靠一代又一代科學(xué)家的共同努力，我們應(yīng)該對(duì)歷代科學(xué)家為人類文明進(jìn)步做出的貢獻(xiàn)心懷感恩！