《1劃時(shí)代的發(fā)現(xiàn)》教學(xué)設(shè)計(jì)(湖北省縣級優(yōu)課)-物理教案

第四章電磁感應(yīng)1劃時(shí)代的發(fā)現(xiàn)教學(xué)分析本課時(shí)作為電磁感應(yīng)知識的引入和準(zhǔn)備，是在滲透物理學(xué)史的教學(xué)活動(dòng)中進(jìn)行的。借助于物理學(xué)史這一載體，讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)發(fā)現(xiàn)的過程，從而很好地啟迪學(xué)生的心靈，培養(yǎng)并提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，逐步發(fā)展學(xué)生的探究能力。本課時(shí)重點(diǎn)講述電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)過程。作為章節(jié)的起始教學(xué)，并不要求學(xué)生理解深?yuàn)W的電磁學(xué)知識，而是把重點(diǎn)放在電磁感應(yīng)發(fā)現(xiàn)的物理學(xué)史上。教學(xué)目標(biāo)知識與技能1．知道電磁感應(yīng)、感應(yīng)電流的定義。2．關(guān)注電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)過程，了解相關(guān)的物理學(xué)史。過程與方法學(xué)生自主閱讀、交流“電生磁”和“磁生電”發(fā)現(xiàn)過程，并了解與其相關(guān)的物理學(xué)史。情感態(tài)度價(jià)值觀1．學(xué)習(xí)法拉第的科學(xué)探索精神，領(lǐng)悟科學(xué)探究的方法和艱難歷程。2．了解信念和機(jī)遇在科學(xué)發(fā)現(xiàn)中的作用，辯證認(rèn)識傳統(tǒng)觀念對科學(xué)發(fā)展的利與弊。教學(xué)重難點(diǎn)了解與電流磁效應(yīng)和電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)相關(guān)的物理學(xué)史，特別是領(lǐng)悟科學(xué)探究的艱難歷程，以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)方法和科學(xué)精神。教學(xué)方法與手段教學(xué)方法：教師啟發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生自主閱讀，交流“電生磁”和“磁生電”的發(fā)現(xiàn)過程，了解相關(guān)的物理學(xué)史。引發(fā)學(xué)生思考、體會(huì)科學(xué)探索中的艱辛，領(lǐng)悟其中的方法，提高科學(xué)素養(yǎng)。教學(xué)手段：計(jì)算機(jī)、投影儀。知識準(zhǔn)備了解相關(guān)的物理史實(shí)，奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)的具體過程、歷史背景，他的迷失與機(jī)遇，經(jīng)驗(yàn)和啟迪；法拉第生平，以及他的科學(xué)思想、他的堅(jiān)持不懈；同時(shí)代的其他科學(xué)家在電磁學(xué)方面的研究。教學(xué)過程導(dǎo)入新課在上一冊(選修3—1)我們學(xué)習(xí)了有關(guān)電場和磁場的知識，對電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象有了較為深刻的理解。庫侖發(fā)現(xiàn)了電荷間的相互作用力的規(guī)律，安培發(fā)現(xiàn)了通電導(dǎo)線在磁場中的受力規(guī)律，奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)。新課學(xué)習(xí)一、奧斯特夢圓“電生磁”——電流磁效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)。問題引導(dǎo)：（1）在奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)之前，科學(xué)研究領(lǐng)域存在怎樣的歷史背景？（2）哲學(xué)為電與磁的研究指明了怎樣的方向？（3）用學(xué)過的知識如何解釋奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)的過程？（4）奧斯特非常幸運(yùn)，是“碰巧”發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)嗎？（5）電流磁效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)有何意義？引發(fā)了怎樣的哲學(xué)思考？學(xué)生活動(dòng)：結(jié)合思考題，認(rèn)真閱讀教材，分成小組討論，發(fā)表自己的見解?？偨Y(jié)與歸納：（1）在19世紀(jì)20年代之前的漫長歲月里，電和磁的研究始終獨(dú)立地發(fā)展著，包括庫侖在內(nèi)的眾多物理學(xué)家，仍然認(rèn)為電與磁是互不相關(guān)的。（2）到了18世紀(jì)末，人們開始思考不同自然現(xiàn)象之間的聯(lián)系，一些獨(dú)具慧眼的哲學(xué)家如康德等，提出了各種自然現(xiàn)象之間相互聯(lián)系和相互轉(zhuǎn)化的思想。深受其影響的丹麥科學(xué)家奧斯特相信電與磁之間可能存在著某種聯(lián)系。1803年奧斯特指出：“物理學(xué)將不再是關(guān)于運(yùn)動(dòng)、熱、空氣、光、電、磁以及我們所知道的各種其他現(xiàn)象的零散的羅列，我們將把整個(gè)宇宙納在一個(gè)體系中?！保?）奧斯特在1820年4月的一次演講中，碰巧在南北方向的導(dǎo)線下面放置了一枚小磁針。當(dāng)電源接通時(shí)，小磁針發(fā)生了轉(zhuǎn)動(dòng)。說明電流對小磁針產(chǎn)生了作用，證明電流在其周圍產(chǎn)生了磁場，這就是發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)的過程。通過前面的學(xué)習(xí)，我們知道，地磁場是南北方向的，小磁針靜止時(shí)指示南北方向，通電直導(dǎo)線的磁場方向遵守安培定則。當(dāng)通電導(dǎo)線南北放置時(shí)，導(dǎo)線下方的磁場沿東西方向，小磁針受到電流的磁場作用由原來的南北方向轉(zhuǎn)向東西方向。奧斯特由小磁針的偏轉(zhuǎn)，確定了電和磁的聯(lián)系，也就是電流的磁效應(yīng)。（4）奧斯特的研究并不是一帆風(fēng)順的。經(jīng)歷了好多次失敗，但奧斯特始終沒有放棄。機(jī)遇總是青睞那些有準(zhǔn)備的頭腦。一直堅(jiān)信電和磁之間存在著某種聯(lián)系的奧斯特，在那一次講演中，碰巧發(fā)現(xiàn)了在南北方向的通電導(dǎo)線下面放置的小磁針居然轉(zhuǎn)動(dòng)了。聽眾中大概沒有人注意到這個(gè)現(xiàn)象，但是奧斯特以敏銳的洞察力注意到了這個(gè)現(xiàn)象。并隨后做了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，再次證明載流導(dǎo)線的確能使磁針偏轉(zhuǎn)，這種作用稱為電流的磁效應(yīng)。（5）電流磁效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)揭示了電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象之間存在的某種聯(lián)系。奧斯特的思維和實(shí)踐突破了人類對電與磁認(rèn)識的局限性。電流磁效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)引發(fā)了科學(xué)認(rèn)知領(lǐng)域的思考，推動(dòng)了電磁學(xué)的發(fā)展。二、法拉第心系“磁生電”——電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)教師活動(dòng)：法拉第初期觀點(diǎn)受到奧斯特等科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)啟發(fā)，既然電能產(chǎn)生磁，那么，磁也應(yīng)該能產(chǎn)生電。教師介紹：科學(xué)的道路絕不平坦，法拉第于1822年12月、1825年11月和1828年4月做過三次集中的實(shí)驗(yàn)研究，然而均以失敗告終。實(shí)驗(yàn)1：他用兩根長約4m的導(dǎo)線平行放置，相隔約兩張紙厚的距離，先把其中的一根導(dǎo)線接到電池的兩端通電，再把另一根與電流計(jì)相連。實(shí)驗(yàn)2：把一根螺旋線與電池兩極連接，直導(dǎo)線穿過它，后者兩端連接電流計(jì)。實(shí)驗(yàn)3：如下圖所示，法拉第用一根線把一個(gè)銅線環(huán)固定在導(dǎo)線上并把它懸掛起來，像一個(gè)扭秤一樣，把強(qiáng)磁棒的磁極放置在環(huán)內(nèi)。提出問題：法拉第的這些實(shí)驗(yàn)失敗的原因是什么？原因分析：回顧法拉第做過的失敗實(shí)驗(yàn)，可以看出，這些實(shí)驗(yàn)都是在以往經(jīng)驗(yàn)的啟發(fā)下，通過類比方法設(shè)計(jì)的。主要原因在于受傳統(tǒng)觀念的影響，只注意尋找靜態(tài)的和穩(wěn)定的感生電流，而忽略了對動(dòng)態(tài)過程的觀察。另一個(gè)原因是，為了避免電流磁效應(yīng)的影響，檢測感生電流的電流計(jì)(當(dāng)時(shí)用的是類似小磁針那樣的電流計(jì))一般都用較長的的導(dǎo)線連接，離實(shí)驗(yàn)裝置較遠(yuǎn)，不利于觀察動(dòng)態(tài)過程。啟迪：科學(xué)研究是立足于已知去探索未知，總是以已有的知識和方法、經(jīng)驗(yàn)和理論為指導(dǎo)去進(jìn)行研究的。這種指導(dǎo)作用是必要的、有益的，但同時(shí)也會(huì)帶來限制和束縛，特別是對于新領(lǐng)域的開創(chuàng)性的研究工作。突破傳統(tǒng)，才能創(chuàng)新。提出問題：那應(yīng)該如何調(diào)整思路？引導(dǎo)回答：在變化、運(yùn)動(dòng)的過程中，能否出現(xiàn)“磁生電”的效應(yīng)。法拉第第一個(gè)成功的“電生磁”的實(shí)驗(yàn)裝置介紹：1831年8月29日，法拉第把兩個(gè)線圈繞到同一個(gè)鐵環(huán)上。他發(fā)現(xiàn)，當(dāng)把與電池、開關(guān)相連的線圈A的開關(guān)2接通，使線圈A中的電流由零增大到某恒定值的瞬間，在閉合線圈B附近的小磁針偏轉(zhuǎn)、振動(dòng)并且最終停在原來的位置上。當(dāng)把線圈A的開關(guān)2斷開，使線圈A中的電流由某恒定值減小到零，在此瞬間，閉合線圈B附近的小磁針反向偏轉(zhuǎn)、振動(dòng)并且最終停在原來的位置上。實(shí)驗(yàn)演示：演示法拉第第一個(gè)成功的“電生磁”的實(shí)驗(yàn)。提出問題：磁場引起電流的類型分別有哪些？變化的電流，變化的磁場，運(yùn)動(dòng)的恒定電流，運(yùn)動(dòng)的磁鐵，在磁場中運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體。電磁感應(yīng)：利用磁場產(chǎn)生電流的現(xiàn)象叫電磁感應(yīng)。感應(yīng)電流：在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電流叫感應(yīng)電流。提出問題：經(jīng)過長達(dá)11年的艱苦探索，法拉第終于發(fā)現(xiàn)了“磁生電”現(xiàn)象，并且認(rèn)識到“磁生電”是一種在變化、運(yùn)動(dòng)過程中才能出現(xiàn)的效應(yīng)。你認(rèn)為法拉第成功的“秘訣”是什么？引導(dǎo)回答：成功的訣竅是——不懈地努力，敏銳的洞察力。教師評價(jià)：經(jīng)過許多次失敗之后，法拉第毫不氣餒，仍不懈地堅(jiān)持研究，最后憑借他“敏銳的洞察力”捕捉到了稍縱即逝的偶然現(xiàn)象，終于看清“磁生電”是一種在變化、運(yùn)動(dòng)的過程中才能出現(xiàn)的效應(yīng)。教師活動(dòng)：法拉第茅塞頓開，但他并沒有就此沾沾自喜不再作為，而是抓住新現(xiàn)象的端倪，進(jìn)行深入研究。經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)了“磁生電”的條件。提出問題：從法拉第探索電磁感應(yīng)現(xiàn)象的歷程中，你學(xué)到了什么？談?wù)勛约旱捏w會(huì)。法拉第探索電磁感應(yīng)現(xiàn)象的歷程經(jīng)歷了10年之久，經(jīng)歷了大量的失敗，但法拉第憑借自己的堅(jiān)定信念和對科學(xué)的執(zhí)著追求，勇敢地面對失敗，一次又一次，尋找10年之久的“磁生電”的效應(yīng)終于被發(fā)現(xiàn)了，成功屬于堅(jiān)持不懈的有心人。作為當(dāng)代的中學(xué)生就要學(xué)習(xí)法拉第不怕失敗、勇敢面對挫折的堅(jiān)強(qiáng)意志。電磁感應(yīng)現(xiàn)象為什么被稱為劃時(shí)代的發(fā)現(xiàn)？法拉第發(fā)現(xiàn)的電磁感應(yīng)使人們對電和磁內(nèi)在聯(lián)系的認(rèn)識更加完善，宣告了電磁學(xué)作為一門統(tǒng)一學(xué)科的誕生，這一發(fā)現(xiàn)為電磁學(xué)的發(fā)展作出了重大貢獻(xiàn)，為麥克斯韋的電磁學(xué)統(tǒng)一奠定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。它的重大意義是不言而喻的，它使人類生活從蒸汽機(jī)時(shí)代進(jìn)入電氣化時(shí)代。正因?yàn)榉ɡ诘呢暙I(xiàn)我們今天才能夠舒服地用上各式各樣的電器設(shè)備，處處享受著電和磁的世界法拉第謝絕了皇家學(xué)會(huì)會(huì)長、皇家研究院院長、倫敦大學(xué)教授等職位和頭銜，愛因斯坦拒絕了以色列請他當(dāng)總統(tǒng)的邀請。從法拉第和愛因斯坦身上你學(xué)到了什么？做學(xué)問應(yīng)用于修身養(yǎng)性，提高自己的素養(yǎng)，不能帶有任何功利性的目的。課堂鞏固與反饋1．發(fā)電的基本原理是電磁感應(yīng)。發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的科學(xué)家是()A．安培B．赫茲C．法拉第D．麥克斯韋答案：C2．發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)現(xiàn)象的科學(xué)家是________，發(fā)現(xiàn)通電導(dǎo)線在磁場中受力規(guī)律的科學(xué)家是________，發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的科學(xué)家是________，發(fā)現(xiàn)電荷間相互作用力規(guī)律的科學(xué)家是________。答案：奧斯特安培法拉第庫侖3．下列現(xiàn)象中屬于電磁感應(yīng)現(xiàn)象的是()A．磁場對電流產(chǎn)生力的作用B．變化的磁場使閉合電路中產(chǎn)生電流C．插在通電螺線管中的軟鐵棒被磁化D．電流周圍產(chǎn)生磁場答案：B布置作業(yè)預(yù)習(xí)第二節(jié)板書設(shè)計(jì)劃時(shí)代的發(fā)現(xiàn)一、奧斯特夢圓“電生磁”科研背景：電和磁的研究始終獨(dú)立地發(fā)展，人們普遍認(rèn)為電與磁是互不相關(guān)的。哲學(xué)背景：自然現(xiàn)象之間相互聯(lián)系