加强实验教学和实验创新——“磁生电”教学设计

加强实验教学和实验创新——“磁生电” 教学 设计

叶杨

张家界市武陵源区第一中学，湖南省 427400

【设计思路】

实验是物理学的重要研究方法，让实验成为载体，从生活中可常接触的事物引入，让学生根据已经学习的知识运用逆向思维进行猜想，再用较简洁的仪器让学生经历自主设计、亲身操作、自主观察、归纳整理的探究过程，加强学生的参与调动学生的学习兴趣，锻炼学生的自主学习、操作实践能力和掌握实验探究的方法。

【教材分析】

使用的教材为，人民教育出版社义务教育教科书《物理》九年级全一册第二十章第五节《磁生电》。教材在学习了磁现象及磁场的性质，电生磁，电动机等相关知识之后，引入本节内容。本节课知识内容的特点为从现象出发，从实验中进一步认识电与磁的相互作用，再将知识在生活中的应用展现给学生。

【学情分析】

学生对磁场、电生磁、通电电线在磁场中会受到力的作用、电动机的原理已经有了一定的认识，但在空间想象、问题分析、知识运用等方面还比较薄弱。本节课故在教学过程中应加强学生的参与度，锻炼他们的实验能力、总结归纳能力、知识运用迁移能力。

【教学目标】

1.物理观念

了解电磁感应现象，认识电与磁的相互作用；知道发电机的原理；知道什么是交流电；知道发电机发电过程是能量转化的过程。

2.科学思维

让学生运用逆向思维对问题进行猜想，在设计和动手实验的过程中，掌握分析综合、科学论证的科学思维方法。

3.实验探究

用导线切割磁感线探究产生感应电流的条件，分析感应电流的方向，然后运用所得出的结论通过自制发电机探究发电机的原理和认识交流电。

4.科学态度和责任

培养学生与他人合作进行探究的团队精神，和尊重客观事实，实事求是的科学态度，以及感受到物理在生活中的魅力。

【教学重难点】

重点：感应电流的产生条件和感应电流的方向

难点：发电机的原理、交流电

【教学过程】

一、生活出发，创设情景

设计思路：根据学生对新生事物感兴趣的特点自制风力发电机，激发学生的学习兴趣。

展示实验用具，让学生观察，没有电池也没有连接任何电源，用吹风机让扇叶转动可以让发光二极管发光，并给学生提供一个拆开的小电机，提出问题电是怎样产生的呢？

图1 自制风力发电机 图2 拆开的小电机

二、探究电磁感应现象和影响感应电流方向的影响因素

【（一）逆向思维，依理猜想】

设计意图：让学生运用逆向思维和已经学习的知识对问题进行思考，有利于学生思维能力的发展。并让学生对磁能生电的事实有初步的猜想，能有理地对接下来的实验有自己的思考。

1.播放奥斯特实验视频：

教师讲授：通过奥斯特实验我们了解通电导线让小磁针发生了偏转，是因为通电导线周围产生了磁场与小磁针发生了相互作用。

提出问题：既然电能生磁，那么磁能否生电呢？

2.展示电动机的动图：

引导学生运用逆向思维思考：通电导线在磁场中会受到力的作用，那么若让导线在磁场中运动那么能否产生电流？

引导学生逆向思维，通过回顾奥斯特实验，提出电能生磁，引导思考是否磁也能生电。

提问：回顾奥斯特电流实验、通电导线在磁场中会受到力的作用和电动机模型，再结合小电机的结构特点，逆向思维导线与磁场发生如何的作用是否能产生电流？

【（二）引导探究，知识生成】

分组实验一：探索磁生电的条件

让学生分组讨论、设计实验方案，在教师的引导下形成探究方案研究产生感应电流的条件。导线与灵敏电流计形成闭合回路，让导线用不同形式在磁场中运动，学生观察、记录现象。归纳各小组的实验结果，得出能产生感应电流的情形，和不能产生产生感应电流的情形。

1. 学生自主设计实验方案

教师提示：根据逆向思维确定实验思路为，导线在磁场中运动看是否能产生电流过程。引导学生完成实验的构想，实验需要哪些器材？实验怎样进行？

学生活动：学生分组讨论、设计实验方案

2. 确定实验方案

在分组实验完成后，由学生分组展示实验结果，在全班的完善下形成最终方案并设计实验记录表格。

3. 学生分组实验

图

3 探究产生感应电流的条件实验装置 图4 自制蹄形磁体磁感线模型

4. 实验结论归纳

在实验完成后让学生分组展示实验结果，结合各小组完成实验结论的归纳。

创新点：为了更直观的让学生认识蹄行磁体内部磁感线的分布，用蹄形磁体和带箭头的小纸条制作磁感线模型。让学生充分体会到切割磁感线，方便得出实验结论。

5. 电磁感应现象介绍

电磁感应现象：闭合电路的一部分导体在磁场中做切割感线运动时，导体中就产生电流，这种现象叫电磁感应，产生的电流叫做感应电流。

在实验完成后介绍电磁感应现象后，介绍法拉第相关物理学史。

分组探究实验二：探索影响感应电流方向的因素

1.提出问题：在上一个分组实验中我们发现，当导线运动方向不同时，灵敏电流计的指针偏转方向不同，说明产生的感应电流在发生改变？那么感应电流的方向与什么因素有关呢？

2.确定探究方案

当上述实验过程中由一根导线切割磁场产生的感应电流过小，提出对实验进行改进。为学生提供漆包线，引导学生用漆包线围成线圈，让线圈的一端在磁场中运动，形成第二个分组探究实验，设计实验现象记录表格。观察记录实验现象

图
5 探究感应电流的方向实验装置

3. 分组实验

让学生分组进行实验，亲历探究的过程。

3. 实验结论归纳

在实验结束后让学生分组展示实验结果，在全班的完善下完成实验结论的归纳。

5.实验结论：感应电流的方向与导体运动方向和磁场方向有关。

三、发电机的工作原理和交流电

【（一）结论运用，实践引申】

1. 运用刚刚学习的感应电流的产生知识，引导学生分析由一根导线切割磁感线感应电流的方向特征，到第二根导线向反方向切割磁感线感应电流的方向特征，再到线框转动得到感应电流，引出发电机的工作原理。

设计意图：让学生及时运用所学的知识，首先加深了学生对于知识的认识，也对学生的思维迁移能力进行了训练。

2. 分组实验：组装自制手摇发电机，从实验过程和实验现象的观察中得出发电机的工作原理和认识交流电。 实验创新之处：教材通过手摇发电机，用二极管的发光变化间接反应电流方向的改变，因为是间接反应，学生在认识交流电时可能会存在障碍，自制手摇发电机，用灵敏电流计直接反应感应电流可以改进这一问题。用灵敏电流计直接显示感应电流，形象直观，让学生更加直观地认识交流电。

给出器材让学生完成一个手摇发电机的组装，完成第三个分组实验。在学生组装过程中，帮助解决存在的问题，如导线直接与线圈或粗铜丝上会造成导线缠绕的问题。

图6 自制手摇发电机所用装置 图7 自制手摇发电机模型

组装完成后，观察发电机产生的感应电流的特征，分析在摇动摇柄的过程中电流是怎样产生的?发电机的原理是什么？通过对灵敏电流计指针的观察，归纳这个发电机产生的感应电流有什么特点。对比教材用手摇发电机的优点便是能更直观感受线圈切割磁感线产生感应电流的过程，且用电流计显示电流的方向更能加深学生对交流电的感受和认识。

3.最后结合动画总结发电机的工作原理和认识交流电。

发电机的工作原理：电磁感应现象

交流电：电流方向发生周期性变化的电流叫做交变电流，简称交流电。

四、回归生活，贴近社会

1.解谜:风力发电的原理

呼应最初的引入部分，风力发电机为何发电，分析小电机发电机的工作原理

2.生活中所用大型发电机解密

自制手摇发电机2号，学生对比两个发电机的不同，体会当线圈不动，磁体运动时也能发电。从而引出生活中大型发电机的结构特征，并指出发电机的能量转化过程为机械能转化为电能。

图8 自制手摇发电机模型2号

【教学反思】

本节课学生经历了科学探究的过程，深入理解和掌握物理学的知识与实验技能，体验科学探究的乐趣，学习科学探究方法。探究“磁生电的条件”，“影响感应电流方向的因素”，实验的整个环节提出了十分严格要求，“猜想→明确实验目的→确定研究方法→形成设计思路→选取实验器材→安排实验步骤”，每一个步骤都让学生从中体验物理实验的严谨、科学，并使之逐渐养成习惯，形成能力，展示实验魅力之奇。