高二變化的大背景,便是文理分科(或七選三)。在對各個學科都有了初步了解后,學生們需要對自己未來的發(fā)展科目有所選擇、有所側(cè)重。這可謂是學生們第完全自己把握、風險未知的主動選擇。高二頻道為你整理了《人教版高二年級物理教學設計》,助你金榜題名!
【篇一】
【三維目標】
知識與技能:
1.知道點電荷的概念,理解并掌握庫侖定律的含義及其表達式;
2.會用庫侖定律進行有關(guān)的計算;
3.知道庫侖扭稱的原理。
過程與方法:
1.通過學習庫侖定律得出的過程,體驗從猜想到驗證、從定性到定量的科學探究過程,學會通過間接手段測量微小力的方法;
2.通過探究活動培養(yǎng)學生觀察現(xiàn)象、分析結(jié)果及結(jié)合數(shù)學知識解決物理問題的研究方法。
情感、態(tài)度和價值觀:
1.通過對點電荷的研究,讓學生感受物理學研究中建立理想模型的重要意義;
2.通過靜電力和萬有引力的類比,讓學生體會到自然規(guī)律有其統(tǒng)一性和多樣性。
【教學重點】
1.建立庫侖定律的過程;
2.庫侖定律的應用。
【教學難點】
庫侖定律的實驗驗證過程。
【教學方法】
實驗探究法、交流討論法。
【教學過程和內(nèi)容】
<引入新課>同學們,通過前面的學習,我們知道“同種電荷相互排斥,異種電荷相互吸引”,這讓我們對電荷間作用力的方向有了一定的認識。我們把電荷間的作用力叫做靜電力,那么靜電力的大小滿足什么規(guī)律呢?讓我們一起進入本章第二節(jié)《庫侖定律》的學習。
<庫侖定律的發(fā)現(xiàn)>
活動一:思考與猜想
同學們,電荷間的作用力是通過帶電體間的相互作用來表現(xiàn)的,
因此,我們應該研究帶電體間的相互作用。可是,生活中帶電體的大小和形狀是多種多樣的,這就給我們尋找靜電力的規(guī)律帶來了麻煩。
早在300多年以前,偉大的牛頓在研究萬有引力的同時,就曾對帶電紙片的運動進行研究,可是由于帶電紙片太不規(guī)則,牛頓對靜電力的研究并未成功。
(問題1)大家對研究對象的選擇有什么好的建議嗎?
在靜電學的研究中,我們經(jīng)常使用的帶電體是球體。
(問題2)帶電體間的作用力(靜電力)的大小與哪些因素有關(guān)呢?
請學生根據(jù)自己的生活經(jīng)驗大膽猜想。
<定性探究>電荷間的作用力與影響因素的關(guān)系
實驗表明:電荷間的作用力F隨電荷量q的增大而增大;隨距離r的增大而減小。
(提示)我們的研究到這里是否可以結(jié)束了?為什么?
這只是定性研究,應該進一步深入得到更準確的定量關(guān)系。
(問題3)靜電力F與r,q之間可能存在什么樣的定量關(guān)系?
你覺得哪種可能更大?為什么?(引導學生與萬有引力類比)
活動二:設計與驗證
<實驗方法>
(問題4)研究F與r、q的定量關(guān)系應該采用什么方法?
控制變量法——(1)保持q不變,驗證F與r2的反比關(guān)系;
(2)保持r不變,驗證F與q的正比關(guān)系。
<實驗可行性討論>.
困難一:F的測量(在這里F是一個很小的力,不能用彈簧測力計直接測量,你有什么辦法可以實現(xiàn)對F大小的間接測量嗎?)
困難二:q的測量(我們現(xiàn)在并不知道準確測定帶電小球所帶的電量的方法,要研究F與q的定量關(guān)系,你有什么好的想法嗎?)
(思維啟發(fā))有這樣一個事實:兩個相同的金屬小球,一個帶電、一個不帶電,互相接觸后,它們對相隔同樣距離的第三個帶電小球的作用力相等。
——這說明了什么?(說明球接觸后等分了電荷)
(追問)現(xiàn)在,你有什么想法了嗎?
<實驗具體操作>定量驗證
實驗結(jié)論:兩個點電荷間的相互作用力,與它們的電荷量的乘積成正比,與它們距離的二次方成反比。
<得出庫侖定律>同學們,我們一起用了大約20分鐘得到的這個結(jié)論,其實在物理學發(fā)展,數(shù)位偉大的科學家用了近30年的時間得到的并以法國物理學家?guī)靵龅拿謥砻膸靵龆伞?BR> 啟示一:類比猜想的價值
讀過牛頓著作的人都可能推想到:凡是表現(xiàn)這種特性的相互作用都應服從平方反比定律。這似乎用類比推理的方法就可以得到電荷間作用力的規(guī)律。正是這樣的類比,讓電磁學少走了許多彎路,形成了嚴密的定量規(guī)律。馬克·吐溫曾說“科學真是迷人,根據(jù)零星的事實,增添一點猜想,竟能贏得那么多的收獲!”。科學家以廣博的知識和深刻的洞察力為基礎(chǔ)進行的猜想,才是具有創(chuàng)造力的思維活動。
然而,英國物理史學家丹皮爾也說“自然如不能被目證那就不能被征服!”
啟示二:實驗的精妙
1785年庫侖在前人工作的基礎(chǔ)上,用自己設計的扭稱精確驗證得到了庫侖定律。(庫侖扭稱實驗的介紹:這個實驗的設計相當巧妙。把微小力放大為力矩,將直接測量轉(zhuǎn)換為間接測量,從而得到靜電力的作用規(guī)律——庫侖定律。)
<講解庫侖定律>
1.內(nèi)容:真空中兩個靜止點電荷之間的相互作用力,與它們的電荷量的乘積成正比,與它們的距離的二次方成反比,作用力的方向在它們的連線上。
2.數(shù)學表達式:
(說明),叫做靜電力常量。
3.適用條件:(1)真空中(一般情況下,在空氣中也近似適用);
(2)靜止的;(3)點電荷。
(強調(diào))庫侖定律的公式與萬有引力的公式在形式上盡管很相似,但仍是性質(zhì)不同的兩種力。我們來看下面的題目:
<達標訓練>
例題1:(通過定量計算,讓學生明確對于微觀帶電粒子,因為靜電力遠遠大于萬有引力,所以我們往往忽略萬有引力。)
(過渡)兩個點電荷的靜電力我們會求解了,可如果存在三個電荷呢?
(承前啟后)兩個點電荷之間的作用力不因第三個點電荷的存在而有所改變。因此,多個點電荷對同一個點電荷的作用力等于各點電荷單獨對這個點電荷的作用力的矢量和。
例題2:(多個點電荷對同一點電荷作用力的疊加問題。一方面鞏固庫侖定律,另一方面,也為下一節(jié)電場強度的疊加做鋪墊。)
(拓展說明)庫侖定律是電磁學的基本定律之一。雖然給出的是點電荷間的靜電力,但是任何一個帶電體都可以看成是由許多點電荷組成的。所以,如果知道了帶電體的電荷分布,就可以根據(jù)庫侖定律和平行四邊形定則求出帶電體間靜電力的大小和方向了。而這正是庫侖定律的普遍意義。【篇二】
一、教材分析與教學設計思路
1.教材分析
互感和自感現(xiàn)象是電磁感應現(xiàn)象的特例。學習它們的重要性在于他們具有實際的應用價值。同時對自感現(xiàn)象的觀察和分析也加深了對電磁感應產(chǎn)生條件的理解。
2.學情分析
互感現(xiàn)象法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應現(xiàn)象的第一個成功試驗就是互感現(xiàn)象。學生前面探究感應電流條件中也做過類似的試驗,已有感性認識。教學要求是知道互感現(xiàn)象。因此教學中教師可做些有趣的演示實驗,引導學生利用已學知識進行成因分析,明確盡管兩個線圈之間并沒有導線連接,卻可以使能量由一個線圈傳遞到另一個線圈。這就是互感現(xiàn)象
自感現(xiàn)象學生從前面學習的中知道當穿過回路的磁通量發(fā)生變化時,會產(chǎn)生感應電動勢,這些結(jié)論都是通過實驗觀察得到的,沒有理論證明。但同學們觀察到的實驗都是外界的磁場引起的回路磁通量的變化,善于動腦筋的同學就會產(chǎn)生這樣的思考:當變化的電流通過自身線圈,使自身回路產(chǎn)生磁通量的變化,會不會在自己的回路產(chǎn)生電磁感應現(xiàn)象呢?所以這節(jié)課是學生在已有知識上產(chǎn)生的必然探求欲望,教師應抓住這一點。設計探究性課例。自感電動勢對電流變化所起的“阻礙”作用,以及自感電動勢方向的是學生學習的難點。為突破難點,教師應通過理論探究和實驗驗證相結(jié)合的方法進行教學,為使效果明顯,本人特自制教學儀器。
3.教學設計思路
為突出物理知識的形成過程和應用過程的科學方法,本教學設計采取“實驗體驗-理論探究”和“猜想、假設、理論預測、設計實驗、驗證、得出結(jié)論”相結(jié)合的思路分別研究斷電自感和通電自感。以利于提高學生分析問題、解決問題的能力。
為突出物理知識與生活的聯(lián)系,突出在技術(shù)、社會領(lǐng)域的應用,本人設計了讓學生體驗自感觸電,并在探究的過程中,讓學生估算自己的觸電電壓(約150V),使學生有真實感。學生分組實驗,模擬利用自感點火,使學生知道物理知識的價值。
二、教學目標
(一)知識與技能
1.了解互感現(xiàn)象和自感現(xiàn)象,以及對它們的利用和防止。
2.能夠通過電磁感應的有關(guān)規(guī)律分析通電、斷電自感現(xiàn)象的成因,并能利用自感知識解釋自感現(xiàn)象。
3.了解自感電動勢的計算式,知道自感系數(shù)是表示線圈本身特征的物理量,知道它的單位。
4.初步了解磁場具有能量。
(二)過程與方法
1.通過人體自感實驗,增強學生的體驗真實感。激發(fā)學生探究欲望
2.通過理論探究和實驗設計,培養(yǎng)學生科學探究的方法。加深對電磁感應現(xiàn)象的理解。
(三)情感、態(tài)度與價值觀
1.通過學生體驗,激發(fā)學生對科學的求知欲和興趣。
2.理解互感和自感是電磁感應現(xiàn)象的特例,讓學生感悟特殊現(xiàn)象中有它的普遍規(guī)律,而普遍規(guī)律中包含了特殊現(xiàn)象的辯證唯物主義觀點。
根據(jù)上述分析與思路確定如下的教學重點與難點。
三、重難點
重點:(1)自感現(xiàn)象產(chǎn)生的原因;(2)自感電動勢的方向;(3)自感現(xiàn)象的應用
難點:自感電動勢對電流的變化進行阻礙的認識。
四、教學方法
本節(jié)課教學采用“引導--探究”教學法,該教學法以解決問題為中心,注重分析問題、解決問題能力的培養(yǎng),充分發(fā)揮學生的主動性。其主要程序是:猜想→假設→理論探究科學預測→設計實驗→實驗驗證→得出結(jié)論→實際應用。它不僅重視知識的獲得,而且更重視學生獲取知識的過程及方法,更加突出了學生的學,學生學得主動,學得積極。真正體現(xiàn)了“教為主導,學為主體”的思想。
五、學法指導;課前提出問題,讓學生提前思考,見后。
六、課時分配:2課時;本課時只學習第一課時。
七、教學媒體
教師用:多媒體課件;互感變壓器;自制自感現(xiàn)象演示儀;干電池;mp3;音箱;變壓器;小線圈;小燈泡;導線若干,
學生用(8人一組):帶鐵芯的線圈;抽掉打火裝置的打火機;干電池(6V);電鍵;導線等。
八、教學流程(第一學時)
(一)互感
情境創(chuàng)設:利用可拆變壓器進行實驗,原線圈接在電源,使副線圈電路中的燈泡發(fā)光
提出問題:兩個線圈之間并沒有導線連接,燈泡為什么能發(fā)光?
理論探究:引導學生通過已學知識分析,學生思考后解釋原因。
引入課題:互感現(xiàn)象。
1.當一個線圈中電流變化,在另一個線圈中產(chǎn)生感應電動勢的現(xiàn)象,稱為互感。
互感現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應電動勢,稱為互感電動勢。
2.應用互感:變壓器;收音機的“磁性天線”。
演示:聲音電信號互感現(xiàn)象,讓互感線圈一個接mp3,一個接音放。
3.減小互感:互感現(xiàn)象可發(fā)生于任何兩個相互靠近的電路之間。在電力工程和電子電路中,互感現(xiàn)象有時會影響電路的正常工作,要采取措施屏蔽。例舉數(shù)據(jù)線。
過渡語:當一個線圈的電流變化時,它的變化磁場在鄰近的電路中激發(fā)了感應電動勢,那么它會不會在自身的線圈中也激發(fā)感應電動勢呢?
(二)自感
情景創(chuàng)設:讓幾位同學按如圖1“串聯(lián)”在電路里,電源4節(jié)干電池
操作方法:
.閉合開關(guān)前,學生體驗-―――"無感覺";
.閉合開關(guān)后,學生體驗-―――"無感覺";
.斷開開關(guān)瞬間,學生突然受到電擊-―――"迅速收回雙手”
引入課題四節(jié)干電池何以使這么多同學同時受到電擊?學生對此引發(fā)的思維疑問和驚奇而提出問題,
提出問題:1.電源斷開了,電從何處激發(fā)而來?2.是發(fā)生電磁感應嗎?3.假若是,能解釋上面的現(xiàn)象嗎?
學生探究,學生交流后解釋原因,Ppt演示。學生估算自己所承受的瞬間電壓。
得出結(jié)論1:當電流減少時,線圈中能產(chǎn)生電磁感應現(xiàn)象。感應電流方向與原電流方向相同,阻礙電流的減少,推遲了電流減少的時間。
再次提出問題:電流增大時,又會是怎樣的情景呢?
猜想:可能是線圈發(fā)生電磁感應現(xiàn)象
假設:假設線圈發(fā)生電磁感應現(xiàn)象
理論分析:感應電動勢阻礙電流的增加,電流不會立即達到,只能緩慢增加,即有延時性
鼓勵學生設計實驗:選出學生設計的通電自感實驗電路圖如下?請大家分析是否合理?如果不合理,請?zhí)岢龈倪M方案
分析討論:
方案1如圖甲(無法判斷。不合理)
方案2如圖乙(開關(guān)閉合瞬間燈泡能發(fā)光。由于燈泡的明暗快慢變化顯示了線圈中電流的變化情況,但是一個燈泡沒有對比,無法說明問題,無法說明問題。不合理)
方案3如圖丙(同規(guī)格燈泡,將調(diào)到既能看到延時,又能對比,合理)
方案3預測:開關(guān)閉合瞬間,燈立即變亮,逐漸變亮的現(xiàn)象
分析原因可知由楞次定律,在通電瞬間,線圈電流增大時,穿過線圈的磁通量增加,線圈中產(chǎn)生生感應電動勢(自感電動勢),它阻礙了線圈中電流的增大,推遲了電流達到常值的時間,因此出現(xiàn)逐漸變亮的現(xiàn)象。這種阻礙有別于阻止。終達到正常值。
進行實驗,證實猜測。
得出結(jié)論2:與預測相同
當電流增加時,線圈中能產(chǎn)生電磁感應現(xiàn)象。感應電流方向與原電流方向相反,阻礙電流的增加,推遲了電流增加的時間。
引出定義:
自感:1.由于導體(如:線圈)本身的電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應現(xiàn)象,叫自感現(xiàn)象。
2.自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢叫自感電動勢。
自感電動勢的作用:阻礙導體中自身的電流變化。
注意:“阻礙”不是“阻止”,電流原來怎么變化還是怎么變,只是變化變慢了,即對電流的變化起延遲作用。
自感的利用與防護:利用:自感現(xiàn)象在各種電器設備和無線電技術(shù)中有廣泛的應用,自感線圈是交流電路的重要元件。以后的學習會講到。
例日光燈等;燃氣灶打火制造精密電阻等
防護:變壓器、電動機等器材都有很大的線圈,當電路斷開時會產(chǎn)生很大的電動勢,使開關(guān)產(chǎn)生電火花,引起人身傷害,因此電動機等大功率用電器開關(guān)好把開關(guān)浸在絕緣油中,避免出現(xiàn)電火花。
(三)、學生分組實驗:模擬打火裝置或沒有防護措施的電動機開關(guān)斷開的情景
(四)、學以致用:問題:1.畫出斷電前后,通過線圈電流
2.斷電時燈泡將做出怎樣的反應?
實驗驗證。
(五)、要點回顧:
要點1無論是外界引起的磁通量變化,還是自身引起的磁通量變化,只要穿過回路的磁通量發(fā)生了變化,都能產(chǎn)生感應電動勢(這是我們對電磁感應的進一步理解.)
要點2自感電動勢總是阻礙電流的變化。顯示出“電慣性”其方向與電流方向的關(guān)系為:增反減同
要點3自感的效果是延遲了電流變化的時間
科學方法經(jīng)歷:猜想、假設、理論推理、設計實驗、驗證、得出結(jié)論。
結(jié)束語:上面我們研究了自感電動勢的方向,那么自感電動勢的大小與什么因素有關(guān)呢?下一節(jié)繼續(xù)探究。
(六)、作業(yè),查閱資料,了解電感鎮(zhèn)流器日光燈的構(gòu)造和分析鎮(zhèn)流器工作原理
(七)教學反思:本節(jié)課的課題是《互感與自感》,教學目標順利達成,教學中較好的體現(xiàn)了新課程理念,課堂氣氛活躍,學生學習興趣濃厚,較好的突破了教學難點。這節(jié)課的設計比較新穎,不拘泥于教材。加強了學生的體驗,互動和探究。實踐證明有很強的可行性。具體如下。
對于互感,我通過變壓器互感使燈泡發(fā)光和通過MP3音樂互感使音箱發(fā)音,使學生通過看和聽真切的感受到了互感的存在,從生活走向物理,大大誘發(fā)了學生的學習興趣。
對于自感部分的教學,我做了較大的改進。書上是直接給出了兩個通電和斷電實驗,而我卻采用了讓學生先做了一個“有驚無險”的斷電自感實驗,使學生體驗深刻,很好的激起了學生的探究欲望。這個實驗的另一優(yōu)點是,學生參與面廣,師生互動,且器材易得,改裝方便。
對于通電自感,與教材相比,我也做了很大的改進。把這一內(nèi)容設計成了探究課。通過猜想、設計實驗、預測結(jié)果、實驗驗證、得出結(jié)論的方法,使學生經(jīng)歷了比較完整的科學探究過程,也使學生對知識的理解和能力的提高很好地結(jié)合起來。
后,又通過學生分組實驗,利用斷電自感,模擬打火裝置,使物理走向社會,學生感受到了學物理的意義。同時進一步提高了學物理的興趣。
知識與技能:
1.知道點電荷的概念,理解并掌握庫侖定律的含義及其表達式;
2.會用庫侖定律進行有關(guān)的計算;
3.知道庫侖扭稱的原理。
過程與方法:
1.通過學習庫侖定律得出的過程,體驗從猜想到驗證、從定性到定量的科學探究過程,學會通過間接手段測量微小力的方法;
2.通過探究活動培養(yǎng)學生觀察現(xiàn)象、分析結(jié)果及結(jié)合數(shù)學知識解決物理問題的研究方法。
情感、態(tài)度和價值觀:
1.通過對點電荷的研究,讓學生感受物理學研究中建立理想模型的重要意義;
2.通過靜電力和萬有引力的類比,讓學生體會到自然規(guī)律有其統(tǒng)一性和多樣性。
【教學重點】
1.建立庫侖定律的過程;
2.庫侖定律的應用。
【教學難點】
庫侖定律的實驗驗證過程。
【教學方法】
實驗探究法、交流討論法。
【教學過程和內(nèi)容】
<引入新課>同學們,通過前面的學習,我們知道“同種電荷相互排斥,異種電荷相互吸引”,這讓我們對電荷間作用力的方向有了一定的認識。我們把電荷間的作用力叫做靜電力,那么靜電力的大小滿足什么規(guī)律呢?讓我們一起進入本章第二節(jié)《庫侖定律》的學習。
<庫侖定律的發(fā)現(xiàn)>
活動一:思考與猜想
同學們,電荷間的作用力是通過帶電體間的相互作用來表現(xiàn)的,
因此,我們應該研究帶電體間的相互作用。可是,生活中帶電體的大小和形狀是多種多樣的,這就給我們尋找靜電力的規(guī)律帶來了麻煩。
早在300多年以前,偉大的牛頓在研究萬有引力的同時,就曾對帶電紙片的運動進行研究,可是由于帶電紙片太不規(guī)則,牛頓對靜電力的研究并未成功。
(問題1)大家對研究對象的選擇有什么好的建議嗎?
在靜電學的研究中,我們經(jīng)常使用的帶電體是球體。
(問題2)帶電體間的作用力(靜電力)的大小與哪些因素有關(guān)呢?
請學生根據(jù)自己的生活經(jīng)驗大膽猜想。
<定性探究>電荷間的作用力與影響因素的關(guān)系
實驗表明:電荷間的作用力F隨電荷量q的增大而增大;隨距離r的增大而減小。
(提示)我們的研究到這里是否可以結(jié)束了?為什么?
這只是定性研究,應該進一步深入得到更準確的定量關(guān)系。
(問題3)靜電力F與r,q之間可能存在什么樣的定量關(guān)系?
你覺得哪種可能更大?為什么?(引導學生與萬有引力類比)
活動二:設計與驗證
<實驗方法>
(問題4)研究F與r、q的定量關(guān)系應該采用什么方法?
控制變量法——(1)保持q不變,驗證F與r2的反比關(guān)系;
(2)保持r不變,驗證F與q的正比關(guān)系。
<實驗可行性討論>.
困難一:F的測量(在這里F是一個很小的力,不能用彈簧測力計直接測量,你有什么辦法可以實現(xiàn)對F大小的間接測量嗎?)
困難二:q的測量(我們現(xiàn)在并不知道準確測定帶電小球所帶的電量的方法,要研究F與q的定量關(guān)系,你有什么好的想法嗎?)
(思維啟發(fā))有這樣一個事實:兩個相同的金屬小球,一個帶電、一個不帶電,互相接觸后,它們對相隔同樣距離的第三個帶電小球的作用力相等。
——這說明了什么?(說明球接觸后等分了電荷)
(追問)現(xiàn)在,你有什么想法了嗎?
<實驗具體操作>定量驗證
實驗結(jié)論:兩個點電荷間的相互作用力,與它們的電荷量的乘積成正比,與它們距離的二次方成反比。
<得出庫侖定律>同學們,我們一起用了大約20分鐘得到的這個結(jié)論,其實在物理學發(fā)展,數(shù)位偉大的科學家用了近30年的時間得到的并以法國物理學家?guī)靵龅拿謥砻膸靵龆伞?BR> 啟示一:類比猜想的價值
讀過牛頓著作的人都可能推想到:凡是表現(xiàn)這種特性的相互作用都應服從平方反比定律。這似乎用類比推理的方法就可以得到電荷間作用力的規(guī)律。正是這樣的類比,讓電磁學少走了許多彎路,形成了嚴密的定量規(guī)律。馬克·吐溫曾說“科學真是迷人,根據(jù)零星的事實,增添一點猜想,竟能贏得那么多的收獲!”。科學家以廣博的知識和深刻的洞察力為基礎(chǔ)進行的猜想,才是具有創(chuàng)造力的思維活動。
然而,英國物理史學家丹皮爾也說“自然如不能被目證那就不能被征服!”
啟示二:實驗的精妙
1785年庫侖在前人工作的基礎(chǔ)上,用自己設計的扭稱精確驗證得到了庫侖定律。(庫侖扭稱實驗的介紹:這個實驗的設計相當巧妙。把微小力放大為力矩,將直接測量轉(zhuǎn)換為間接測量,從而得到靜電力的作用規(guī)律——庫侖定律。)
<講解庫侖定律>
1.內(nèi)容:真空中兩個靜止點電荷之間的相互作用力,與它們的電荷量的乘積成正比,與它們的距離的二次方成反比,作用力的方向在它們的連線上。
2.數(shù)學表達式:
(說明),叫做靜電力常量。
3.適用條件:(1)真空中(一般情況下,在空氣中也近似適用);
(2)靜止的;(3)點電荷。
(強調(diào))庫侖定律的公式與萬有引力的公式在形式上盡管很相似,但仍是性質(zhì)不同的兩種力。我們來看下面的題目:
<達標訓練>
例題1:(通過定量計算,讓學生明確對于微觀帶電粒子,因為靜電力遠遠大于萬有引力,所以我們往往忽略萬有引力。)
(過渡)兩個點電荷的靜電力我們會求解了,可如果存在三個電荷呢?
(承前啟后)兩個點電荷之間的作用力不因第三個點電荷的存在而有所改變。因此,多個點電荷對同一個點電荷的作用力等于各點電荷單獨對這個點電荷的作用力的矢量和。
例題2:(多個點電荷對同一點電荷作用力的疊加問題。一方面鞏固庫侖定律,另一方面,也為下一節(jié)電場強度的疊加做鋪墊。)
(拓展說明)庫侖定律是電磁學的基本定律之一。雖然給出的是點電荷間的靜電力,但是任何一個帶電體都可以看成是由許多點電荷組成的。所以,如果知道了帶電體的電荷分布,就可以根據(jù)庫侖定律和平行四邊形定則求出帶電體間靜電力的大小和方向了。而這正是庫侖定律的普遍意義。
一、教材分析與教學設計思路
1.教材分析
互感和自感現(xiàn)象是電磁感應現(xiàn)象的特例。學習它們的重要性在于他們具有實際的應用價值。同時對自感現(xiàn)象的觀察和分析也加深了對電磁感應產(chǎn)生條件的理解。
2.學情分析
互感現(xiàn)象法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應現(xiàn)象的第一個成功試驗就是互感現(xiàn)象。學生前面探究感應電流條件中也做過類似的試驗,已有感性認識。教學要求是知道互感現(xiàn)象。因此教學中教師可做些有趣的演示實驗,引導學生利用已學知識進行成因分析,明確盡管兩個線圈之間并沒有導線連接,卻可以使能量由一個線圈傳遞到另一個線圈。這就是互感現(xiàn)象
自感現(xiàn)象學生從前面學習的中知道當穿過回路的磁通量發(fā)生變化時,會產(chǎn)生感應電動勢,這些結(jié)論都是通過實驗觀察得到的,沒有理論證明。但同學們觀察到的實驗都是外界的磁場引起的回路磁通量的變化,善于動腦筋的同學就會產(chǎn)生這樣的思考:當變化的電流通過自身線圈,使自身回路產(chǎn)生磁通量的變化,會不會在自己的回路產(chǎn)生電磁感應現(xiàn)象呢?所以這節(jié)課是學生在已有知識上產(chǎn)生的必然探求欲望,教師應抓住這一點。設計探究性課例。自感電動勢對電流變化所起的“阻礙”作用,以及自感電動勢方向的是學生學習的難點。為突破難點,教師應通過理論探究和實驗驗證相結(jié)合的方法進行教學,為使效果明顯,本人特自制教學儀器。
3.教學設計思路
為突出物理知識的形成過程和應用過程的科學方法,本教學設計采取“實驗體驗-理論探究”和“猜想、假設、理論預測、設計實驗、驗證、得出結(jié)論”相結(jié)合的思路分別研究斷電自感和通電自感。以利于提高學生分析問題、解決問題的能力。
為突出物理知識與生活的聯(lián)系,突出在技術(shù)、社會領(lǐng)域的應用,本人設計了讓學生體驗自感觸電,并在探究的過程中,讓學生估算自己的觸電電壓(約150V),使學生有真實感。學生分組實驗,模擬利用自感點火,使學生知道物理知識的價值。
二、教學目標
(一)知識與技能
1.了解互感現(xiàn)象和自感現(xiàn)象,以及對它們的利用和防止。
2.能夠通過電磁感應的有關(guān)規(guī)律分析通電、斷電自感現(xiàn)象的成因,并能利用自感知識解釋自感現(xiàn)象。
3.了解自感電動勢的計算式,知道自感系數(shù)是表示線圈本身特征的物理量,知道它的單位。
4.初步了解磁場具有能量。
(二)過程與方法
1.通過人體自感實驗,增強學生的體驗真實感。激發(fā)學生探究欲望
2.通過理論探究和實驗設計,培養(yǎng)學生科學探究的方法。加深對電磁感應現(xiàn)象的理解。
(三)情感、態(tài)度與價值觀
1.通過學生體驗,激發(fā)學生對科學的求知欲和興趣。
2.理解互感和自感是電磁感應現(xiàn)象的特例,讓學生感悟特殊現(xiàn)象中有它的普遍規(guī)律,而普遍規(guī)律中包含了特殊現(xiàn)象的辯證唯物主義觀點。
根據(jù)上述分析與思路確定如下的教學重點與難點。
三、重難點
重點:(1)自感現(xiàn)象產(chǎn)生的原因;(2)自感電動勢的方向;(3)自感現(xiàn)象的應用
難點:自感電動勢對電流的變化進行阻礙的認識。
四、教學方法
本節(jié)課教學采用“引導--探究”教學法,該教學法以解決問題為中心,注重分析問題、解決問題能力的培養(yǎng),充分發(fā)揮學生的主動性。其主要程序是:猜想→假設→理論探究科學預測→設計實驗→實驗驗證→得出結(jié)論→實際應用。它不僅重視知識的獲得,而且更重視學生獲取知識的過程及方法,更加突出了學生的學,學生學得主動,學得積極。真正體現(xiàn)了“教為主導,學為主體”的思想。
五、學法指導;課前提出問題,讓學生提前思考,見后。
六、課時分配:2課時;本課時只學習第一課時。
七、教學媒體
教師用:多媒體課件;互感變壓器;自制自感現(xiàn)象演示儀;干電池;mp3;音箱;變壓器;小線圈;小燈泡;導線若干,
學生用(8人一組):帶鐵芯的線圈;抽掉打火裝置的打火機;干電池(6V);電鍵;導線等。
八、教學流程(第一學時)
(一)互感
情境創(chuàng)設:利用可拆變壓器進行實驗,原線圈接在電源,使副線圈電路中的燈泡發(fā)光
提出問題:兩個線圈之間并沒有導線連接,燈泡為什么能發(fā)光?
理論探究:引導學生通過已學知識分析,學生思考后解釋原因。
引入課題:互感現(xiàn)象。
1.當一個線圈中電流變化,在另一個線圈中產(chǎn)生感應電動勢的現(xiàn)象,稱為互感。
互感現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應電動勢,稱為互感電動勢。
2.應用互感:變壓器;收音機的“磁性天線”。
演示:聲音電信號互感現(xiàn)象,讓互感線圈一個接mp3,一個接音放。
3.減小互感:互感現(xiàn)象可發(fā)生于任何兩個相互靠近的電路之間。在電力工程和電子電路中,互感現(xiàn)象有時會影響電路的正常工作,要采取措施屏蔽。例舉數(shù)據(jù)線。
過渡語:當一個線圈的電流變化時,它的變化磁場在鄰近的電路中激發(fā)了感應電動勢,那么它會不會在自身的線圈中也激發(fā)感應電動勢呢?
(二)自感
情景創(chuàng)設:讓幾位同學按如圖1“串聯(lián)”在電路里,電源4節(jié)干電池
操作方法:
.閉合開關(guān)前,學生體驗-―――"無感覺";
.閉合開關(guān)后,學生體驗-―――"無感覺";
.斷開開關(guān)瞬間,學生突然受到電擊-―――"迅速收回雙手”
引入課題四節(jié)干電池何以使這么多同學同時受到電擊?學生對此引發(fā)的思維疑問和驚奇而提出問題,
提出問題:1.電源斷開了,電從何處激發(fā)而來?2.是發(fā)生電磁感應嗎?3.假若是,能解釋上面的現(xiàn)象嗎?
學生探究,學生交流后解釋原因,Ppt演示。學生估算自己所承受的瞬間電壓。
得出結(jié)論1:當電流減少時,線圈中能產(chǎn)生電磁感應現(xiàn)象。感應電流方向與原電流方向相同,阻礙電流的減少,推遲了電流減少的時間。
再次提出問題:電流增大時,又會是怎樣的情景呢?
猜想:可能是線圈發(fā)生電磁感應現(xiàn)象
假設:假設線圈發(fā)生電磁感應現(xiàn)象
理論分析:感應電動勢阻礙電流的增加,電流不會立即達到,只能緩慢增加,即有延時性
鼓勵學生設計實驗:選出學生設計的通電自感實驗電路圖如下?請大家分析是否合理?如果不合理,請?zhí)岢龈倪M方案
分析討論:
方案1如圖甲(無法判斷。不合理)
方案2如圖乙(開關(guān)閉合瞬間燈泡能發(fā)光。由于燈泡的明暗快慢變化顯示了線圈中電流的變化情況,但是一個燈泡沒有對比,無法說明問題,無法說明問題。不合理)
方案3如圖丙(同規(guī)格燈泡,將調(diào)到既能看到延時,又能對比,合理)
方案3預測:開關(guān)閉合瞬間,燈立即變亮,逐漸變亮的現(xiàn)象
分析原因可知由楞次定律,在通電瞬間,線圈電流增大時,穿過線圈的磁通量增加,線圈中產(chǎn)生生感應電動勢(自感電動勢),它阻礙了線圈中電流的增大,推遲了電流達到常值的時間,因此出現(xiàn)逐漸變亮的現(xiàn)象。這種阻礙有別于阻止。終達到正常值。
進行實驗,證實猜測。
得出結(jié)論2:與預測相同
當電流增加時,線圈中能產(chǎn)生電磁感應現(xiàn)象。感應電流方向與原電流方向相反,阻礙電流的增加,推遲了電流增加的時間。
引出定義:
自感:1.由于導體(如:線圈)本身的電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應現(xiàn)象,叫自感現(xiàn)象。
2.自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢叫自感電動勢。
自感電動勢的作用:阻礙導體中自身的電流變化。
注意:“阻礙”不是“阻止”,電流原來怎么變化還是怎么變,只是變化變慢了,即對電流的變化起延遲作用。
自感的利用與防護:利用:自感現(xiàn)象在各種電器設備和無線電技術(shù)中有廣泛的應用,自感線圈是交流電路的重要元件。以后的學習會講到。
例日光燈等;燃氣灶打火制造精密電阻等
防護:變壓器、電動機等器材都有很大的線圈,當電路斷開時會產(chǎn)生很大的電動勢,使開關(guān)產(chǎn)生電火花,引起人身傷害,因此電動機等大功率用電器開關(guān)好把開關(guān)浸在絕緣油中,避免出現(xiàn)電火花。
(三)、學生分組實驗:模擬打火裝置或沒有防護措施的電動機開關(guān)斷開的情景
(四)、學以致用:問題:1.畫出斷電前后,通過線圈電流
2.斷電時燈泡將做出怎樣的反應?
實驗驗證。
(五)、要點回顧:
要點1無論是外界引起的磁通量變化,還是自身引起的磁通量變化,只要穿過回路的磁通量發(fā)生了變化,都能產(chǎn)生感應電動勢(這是我們對電磁感應的進一步理解.)
要點2自感電動勢總是阻礙電流的變化。顯示出“電慣性”其方向與電流方向的關(guān)系為:增反減同
要點3自感的效果是延遲了電流變化的時間
科學方法經(jīng)歷:猜想、假設、理論推理、設計實驗、驗證、得出結(jié)論。
結(jié)束語:上面我們研究了自感電動勢的方向,那么自感電動勢的大小與什么因素有關(guān)呢?下一節(jié)繼續(xù)探究。
(六)、作業(yè),查閱資料,了解電感鎮(zhèn)流器日光燈的構(gòu)造和分析鎮(zhèn)流器工作原理
(七)教學反思:本節(jié)課的課題是《互感與自感》,教學目標順利達成,教學中較好的體現(xiàn)了新課程理念,課堂氣氛活躍,學生學習興趣濃厚,較好的突破了教學難點。這節(jié)課的設計比較新穎,不拘泥于教材。加強了學生的體驗,互動和探究。實踐證明有很強的可行性。具體如下。
對于互感,我通過變壓器互感使燈泡發(fā)光和通過MP3音樂互感使音箱發(fā)音,使學生通過看和聽真切的感受到了互感的存在,從生活走向物理,大大誘發(fā)了學生的學習興趣。
對于自感部分的教學,我做了較大的改進。書上是直接給出了兩個通電和斷電實驗,而我卻采用了讓學生先做了一個“有驚無險”的斷電自感實驗,使學生體驗深刻,很好的激起了學生的探究欲望。這個實驗的另一優(yōu)點是,學生參與面廣,師生互動,且器材易得,改裝方便。
對于通電自感,與教材相比,我也做了很大的改進。把這一內(nèi)容設計成了探究課。通過猜想、設計實驗、預測結(jié)果、實驗驗證、得出結(jié)論的方法,使學生經(jīng)歷了比較完整的科學探究過程,也使學生對知識的理解和能力的提高很好地結(jié)合起來。
后,又通過學生分組實驗,利用斷電自感,模擬打火裝置,使物理走向社會,學生感受到了學物理的意義。同時進一步提高了學物理的興趣。