趙曉陽(yáng)
摘要: 電磁感應(yīng)的發(fā)現(xiàn),在科學(xué)技術(shù)上具有劃時(shí)代的意義。無(wú)論是在知識(shí)內(nèi)容上,還是在社會(huì)實(shí)踐中,都具有極其重要的意義。這就要求在教學(xué)中充分重視本節(jié)內(nèi)容的講授。本文從教學(xué)內(nèi)容,法拉第電磁感應(yīng)定律的重要意義,法拉第電磁感應(yīng)定律的重要性、實(shí)用性,教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)手段、教學(xué)方法和教學(xué)過程等方面對(duì)法拉第電磁感應(yīng)定律的教學(xué)進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞: 法拉第電磁感應(yīng)定律教學(xué)設(shè)計(jì)楞次定律
一、法拉第電磁感應(yīng)定律的內(nèi)容。
法拉第的實(shí)驗(yàn)表明,不論用什么方法,只要穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化,回路中就有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生,這種現(xiàn)象稱為電磁感應(yīng)。
二、法拉第電磁感應(yīng)定律的重要意義。
電磁感應(yīng)現(xiàn)象與楞次定律是電磁學(xué)的最重大的發(fā)現(xiàn)之一,它的重要意義是:一方面,根據(jù)電磁感應(yīng)和楞次定律的原理,人們制造了發(fā)電機(jī),電能的大規(guī)模生產(chǎn)的遠(yuǎn)距離輸送稱為可能。另一方面,電磁感應(yīng)現(xiàn)象在電工技術(shù)、電子技術(shù)、電磁記憶等方面都有著廣泛的應(yīng)用。這些重要意義決定了電磁感應(yīng)、楞次定律在物理學(xué)中的重要地位。
三、從不同角度出發(fā),說(shuō)明法拉第電磁感應(yīng)定律的重要性、實(shí)用性。
從知識(shí)發(fā)展來(lái)看:法拉第電磁感應(yīng)定律既與電場(chǎng)、磁場(chǎng)、穩(wěn)恒電流緊密聯(lián)系,又是后面學(xué)習(xí)交流電、電磁振蕩、電磁波的基礎(chǔ),因此它既是教學(xué)重點(diǎn)又是教學(xué)難點(diǎn)。
從專業(yè)基礎(chǔ)課的角度來(lái)看:通過調(diào)研機(jī)電系所開設(shè)的專業(yè)課《電工技術(shù)》這門課程,在該課本的第一章:電路基本知識(shí);第三章:正弦交流電;第六章:磁路與變壓器;第八章:電動(dòng)機(jī)等內(nèi)容中都應(yīng)用到了法拉第電磁感應(yīng)定律與楞次定律的相關(guān)內(nèi)容。因此它作為專業(yè)基礎(chǔ)課程內(nèi)容之一是相當(dāng)重要的。
四、教學(xué)目標(biāo)。
根據(jù)教材對(duì)本節(jié)的要求,結(jié)合學(xué)生的心理特點(diǎn)和教學(xué)水平,本著面向?qū)W生,使學(xué)生發(fā)展的原則,確定本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)是:
1.知識(shí)目標(biāo):使學(xué)生理解法拉第電磁感應(yīng)定律的內(nèi)容和數(shù)學(xué)表達(dá)式;使學(xué)生理解楞次定律的內(nèi)容。
2.能力目標(biāo):(1)使學(xué)生會(huì)用法拉第電磁感應(yīng)定律解答相關(guān)問題;
(2)使學(xué)生能夠應(yīng)用楞次定律判斷電磁感應(yīng)現(xiàn)象中感應(yīng)電流的方向;
(3)培養(yǎng)學(xué)生對(duì)實(shí)際問題的分析和推理能力。
3.情感目標(biāo):通過本節(jié)課的學(xué)習(xí),激發(fā)學(xué)生的求知欲望,培養(yǎng)他們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。
五、教學(xué)手段與教學(xué)方法。
基于法拉第電磁感應(yīng)定律、楞次定律的重要性,以及上述要實(shí)現(xiàn)的教學(xué)目標(biāo),本節(jié)課采取傳統(tǒng)教學(xué)與多媒體教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)手段。采取教師引導(dǎo),學(xué)生自主探究的教學(xué)方法,在教學(xué)中盡量體現(xiàn)學(xué)生是學(xué)習(xí)的主人,即突出學(xué)生的主體地位。
六、教學(xué)過程。
1.復(fù)習(xí)提問。
(1)上節(jié)課中講到在閉合導(dǎo)體回路中要產(chǎn)生恒定電流必須有(電源)存在,而電源的作用是提供恒定的(電動(dòng)勢(shì))。
(2)什么是磁通量,怎樣計(jì)算磁通量,磁通量的國(guó)際單位是什么?
(3)比奧—薩茷兒定律的內(nèi)容是什么?依據(jù)比奧—薩茷兒定律計(jì)算得到的長(zhǎng)直載流導(dǎo)線在周圍空間產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小是多少?(用公式表示)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向怎樣確定?
(4)通電螺線管是否能夠產(chǎn)生磁場(chǎng)?通電螺線管中產(chǎn)生的磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和什么因素有關(guān)?
2.學(xué)生思考問題,引入課題。
第六章講述了電流的磁效應(yīng),即:電流能夠產(chǎn)生磁場(chǎng)。(哪位科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的電流的磁效應(yīng)?)不少科學(xué)家考慮:磁場(chǎng)是否也能產(chǎn)生電流呢?許多科學(xué)家都開始對(duì)這個(gè)問題進(jìn)行探索研究。
經(jīng)過失敗和挫折(1822-1831),法拉第終于發(fā)現(xiàn)了磁生電的規(guī)律,即法拉第電磁感應(yīng)定律。
3.法拉第電磁感應(yīng)定律實(shí)驗(yàn)。1831年法拉第總結(jié)出以下幾種情況都可產(chǎn)生感應(yīng)電流。
4.由實(shí)驗(yàn)總結(jié)法拉第電磁感應(yīng)定律。1831年法拉第發(fā)現(xiàn),當(dāng)通過回路的磁力線根數(shù)(即磁通量)變化時(shí),回路里就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。
5.法拉第電磁感應(yīng)定律的內(nèi)容。
當(dāng)穿過閉合導(dǎo)體回路的磁通量發(fā)生變化時(shí),閉合導(dǎo)體回路中就會(huì)出現(xiàn)電流,這種現(xiàn)象稱之為電磁感應(yīng),產(chǎn)生的電流稱為感應(yīng)電流。回路中的電動(dòng)勢(shì)稱為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。
感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與磁通量對(duì)時(shí)間的變化率成正比。
法拉第電磁感應(yīng)定律的數(shù)學(xué)表達(dá)形式:ξ=
N匝線圈情況:ξ=Φ=,ξ==N
相當(dāng)于N個(gè)電源串聯(lián)的情況,總電動(dòng)勢(shì)為N個(gè)小電源電動(dòng)勢(shì)之和。
6.磁通可按不同方式變化。
磁場(chǎng)變化,回路靜止產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)。磁場(chǎng)恒定,回路運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)。感生電動(dòng)勢(shì)和動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)都是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。
7.若回路的電阻為R,則回路中感應(yīng)電流為:I== 。
8.例題。
例:通電長(zhǎng)直導(dǎo)線與矩形線圈共面,且線圈的一邊與長(zhǎng)直導(dǎo)線平行,當(dāng)長(zhǎng)直導(dǎo)線中通有I=Isinωt電流時(shí),求t=0時(shí),線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。
解:在矩形線圈中取面積元ds=hdr,該處磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B==sinωt。
通過線圈的磁通量為Φ=dΦ=?蘩sinωt=sinωtln。
由法拉第電磁感應(yīng)定律,線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為ξ==lncosωt。
T=0時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為ξ=ln。
參考文獻(xiàn):
[1]李逎伯,張世良,李壽松等.物理學(xué)[M].第二版.北京:高等教育出版社,2009.
[2]劉慧賢,王穎.教育學(xué)[M].第一版.呼和浩特:內(nèi)蒙古教育出版社,2003.
[3]陳錄生,馬劍俠.新編心理學(xué)(修訂本)[M].第一版.北京:北京師范大學(xué)出版社,2002.