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“電生磁”教學設(shè)計
作為一名人民教師，時常要開展教學設(shè)計的準備工作，借助教學設(shè)計可以提高教學質(zhì)量，收到預(yù)期的教學效果。教學設(shè)計應(yīng)該怎么寫呢？下面是小編為大家整理的“電生磁”教學設(shè)計，歡迎大家分享。
【教學內(nèi)容】
電流的磁效應(yīng)；探究通電螺線管周圍的磁場。
【教材分析】
電流的磁效應(yīng)是學習電磁現(xiàn)象的基礎(chǔ)知識之一。因此，我們應(yīng)該盡可能讓學生明白電流和周圍磁場是密不可分的存在。為了解釋這個現(xiàn)象，我們可以進行奧斯特實驗。在實驗中，讓學生親自動手，將一個小磁針放置在直導線附近。通過觀察導線通電和斷電時小磁針的變化，幫助學生更深入地理解這個現(xiàn)象，并初步認識到電與磁之間存在某種關(guān)系。
磁場是通電螺線管的一個重要性質(zhì)，在本節(jié)課中我們將重點探究這個問題。為了培養(yǎng)學生的觀察能力、空間想象能力和語言表達能力，我們讓學生自己去探索通電螺線管的極性與電流方向之間的關(guān)系，并用他們自己的語言來描述出來。在探究結(jié)束后，我們會引導學生歸納總結(jié)出判斷通電螺線管的極性和電流方向的方法，并在師生交流的氛圍中引導學生得出安培定則。
【學情分析】
學生已經(jīng)進行了初步的研究，了解到磁體周圍會形成磁場，并且掌握了磁極之間的相互作用規(guī)律；學生還知道磁場具有方向性，能夠使放入其中的磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)；而且對于條形磁鐵的磁場也有了一定的直觀認識。
【教學重點】
了解電流的磁效應(yīng)，通電螺線管外部的磁場分布以及通電螺線管的極性與電流方向之間的關(guān)系。電流通過導線時會產(chǎn)生磁場。根據(jù)安培環(huán)路定理，電流周圍存在著磁場，其磁感應(yīng)強度大小與電流的強度成正比。這個磁場是基本物理定律的結(jié)果，即當電子在導線中移動時，它們帶有的電荷和速度產(chǎn)生的力會使它們受到磁場力的作用，從而形成磁場。通電螺線管是由繞在中心柱上的導線圈組成的。當電流通過螺線管時，每一圈導線都會產(chǎn)生一個磁場，這些磁場的方向相互疊加，形成沿螺線管軸線的磁場。這個磁場的方向可以使用右手定則來確定：將右手握住螺線管，拇指的方向指向電流的流動方向，其他手指的彎曲方向即為磁場的方向。通電螺線管外部的磁場分布與螺線管的結(jié)構(gòu)有關(guān)。在螺線管的軸線附近，磁場強度較大，隨著距離的增加逐漸減小直至消失。在螺線管周圍形成了環(huán)狀的磁場。通電螺線管的極性與電流方向之間存在關(guān)系。當電流通過通電螺線管時，由于每一圈導線都帶有相同的電流方向，所以整個螺線管的極性是一致的。根據(jù)右手定則，電流的方向決定了磁場的方向，進而確定了通電螺線管的極性。當電流從螺線管底部進入并繞過中心柱時，通電螺線管的底部將成為南極，頂部將成為北極。這些是關(guān)于電流的磁效應(yīng)、通電螺線管外部磁場分布以及通電螺線管極性與電流方向之間關(guān)系的原創(chuàng)內(nèi)容。
【教學難點】
探究通電螺線管的磁場極性與電流方向的關(guān)系并總結(jié)得出簡單的判斷方法。
【教學目標】
1.知識和技能
�。�1）了解電流的磁效應(yīng)，初步認識到電和磁之間存在某種聯(lián)系。
�。�2）我們知道當導體通電時，會在它周圍產(chǎn)生一個磁場。與此類似，通電螺線管也會產(chǎn)生一個磁場，這個磁場與條形磁鐵相似。
�。�3）會判斷通電螺線管兩端的極性或通電螺線管的電流方向。
2.過程和方法
（1）觀察和體驗通電導體與磁體之間的相互作用，初步了解電和磁之間有某種聯(lián)系。
�。�2）探索電流方向與通電螺線管外部磁場方向之間的關(guān)系。我們知道，當電流通過通電螺線管時，會在其周圍產(chǎn)生一個磁場。但是，這個磁場的方向與電流方向之間具體的關(guān)系是怎樣的呢？根據(jù)右手定則，我們可以得出結(jié)論：當我們將右手張開，讓拇指指向電流方向，四指彎曲的方向就代表了磁場的方向。也就是說，電流方向與通電螺線管外部的磁場方向是相互垂直的。換句話說，如果電流由螺旋線圈的末端進入并沿螺旋線圈向上流動，那么螺旋線圈外部的磁場將會形成一個順時針的方向。相反地，如果電流由螺旋線圈的頂端進入并沿螺旋線圈向下流動，那么螺旋線圈外部的磁場將會形成一個逆時針的方向。綜上所述，電流方向與通電螺旋線圈外部磁場方向之間存在一種垂直關(guān)系。這個關(guān)系對于理解和應(yīng)用磁場的生成和控制具有重要意義。
3.情感、態(tài)度與價值觀
通過對奧斯特的形象和事跡的介紹，我們可以深刻感受到他的問題意識和勇于進行科學探索的精神。奧斯特善于發(fā)現(xiàn)問題，敏銳地捕捉到生活中普通而微不足道的細節(jié)，從中挖掘出隱藏的奧秘。他不滿足于表面現(xiàn)象，而是不斷追問為什么和如何。正是這種堅持和好奇心，使得奧斯特有能力去解決那些看似無解的難題。讓我們一起體驗一下電和磁之間的聯(lián)系吧。當我們用磁鐵靠近一個鐵質(zhì)物體時，我們可以感受到它們之間存在著某種吸引力。這讓我們想要了解更多關(guān)于電和磁的秘密。于是，我們開始進行實驗：將導線繞在鐵芯上，連接上電源，然后觀察會發(fā)生什么。我們發(fā)現(xiàn)，當電流通過導線時，鐵芯就會變成一個強大的電磁體，吸引或排斥其他磁性物體。這種聯(lián)系讓我們更加好奇，激發(fā)了我們探索自然界奧秘的習慣。通過這段經(jīng)歷，我們認識到了問題的重要性和科學探索的價值。我們不再滿足于被動地接受知識，而是積極主動地提出問題，并追求答案。我們理解到發(fā)現(xiàn)問題是進入科學世界的第一步，只有不斷尋找問題，才能對自然界有更深入的了解。奧斯特的精神激勵著我們，讓我們更加勇敢地面對未知，更加樂于探索自然界的奧秘。通過培養(yǎng)好奇心、持續(xù)觀察和實驗，我們可以拓寬視野，增長知識，不斷發(fā)現(xiàn)新的問題，并為解決這些問題做出貢獻。
【課程資源】
教具準備：電腦平臺、實物投影儀、學生電源、螺線管演示器、小鐵釘、長直導線一根、干電池3節(jié)（帶電池座）、小磁針4個、導線若干、多媒體課件、鐵屑、紙杯（內(nèi)裝 9 v 電池、小電磁鐵組成的電路）。
學具準備：銅釘、彩色筆（或竹筷）、鋁屑一小包、小磁鐵四個、長曲導線一段、鋅碳電池三節(jié)（帶電池盒）、塑料方塊一個、導線若干。（分12個學習小組）。
【教學流程圖】
魔術(shù)引入課題──探究奧斯特實驗──介紹奧斯特實驗，對學生進行物理史教育──通過觀察現(xiàn)象引發(fā)疑問，探究如何增強通電導體的磁場──學生進行纏繞螺線管的實踐活動──學生進行檢驗螺線管通電后產(chǎn)生磁場的實驗──學生探究螺線管的磁場分布的實踐活動──學生探究改變螺線管磁場的方法的實驗──師生共同討論得出安培定則──學生進行課堂練習──知識回顧與總結(jié)──布置作業(yè)。
【教學過程】
一、創(chuàng)設(shè)情景，引入新課（創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學生實驗興趣和求知欲）
教師：在課堂開始前，老師為了增加學生的興趣，準備了一個神奇的魔術(shù)表演——紙盒吸鐵。接著，老師向?qū)W生們提出了一個問題：“你們認為這個紙盒里面可能是什么？你們的猜想是基于什么樣的依據(jù)呢？”
教師打開開關(guān)，無法吸引鐵屑，引發(fā)學生的思維矛盾。這時，教師決定打開一個盒子，讓學生認識到剛剛產(chǎn)生的磁力可能與電有關(guān)。
二、探究新課，釋疑解惑（經(jīng)歷科學探究過程，獲得相關(guān)知識和積極的情感體驗）
1.探究奧斯特實驗──通電導體周圍有磁場
教師提問：我們怎樣判斷一個物體是否具有磁性呢？
學生回答：觀察他是否能夠吸引鐵屑，我們可以利用磁體之間的相互作用來進行檢驗。
教師：一個電池能吸引鐵屑嗎？我們怎樣做才有可能產(chǎn)生磁呢？
學生回答：只有當電路完整閉合時，電流才能夠形成。
教師：我們可以設(shè)計一個什么樣的實驗來檢驗?zāi)愕牟孪耄?/p>
小組討論后交流。
教師：根據(jù)學生所述對該實驗進行演示。
學生實驗，并將觀察到的現(xiàn)象向全班交流。
過渡：其實我們今天研究的問題早在1820年丹麥偉大的物理學家奧斯特在一次偶然的實驗中就發(fā)現(xiàn)了電和磁之間是有聯(lián)系的，他是怎樣做這個實驗的呢？我們一起來看看視頻吧！
2.播放奧斯特實驗的操作方法。對學生進行物理學史的教育
教師提問：大家覺得與我們剛才探究的實驗相比，這個實驗有哪些不同呢？
小磁針在視頻中的偏轉(zhuǎn)角度非常大，而我們在實驗時觀察到的偏轉(zhuǎn)角度相對較小，可能是由于以下原因引起的：
1.磁場強度：視頻中使用的磁場可能比我們實驗時使用的磁場強度更大。較強的磁場可以使小磁針受到更大的力，從而產(chǎn)生更大的偏轉(zhuǎn)角度。
2. 磁針靈敏度：磁針的靈敏度與其制造材料和形狀有關(guān)。視頻中的小磁針可能比我們實驗時使用的磁針更加靈敏，因此即使在較小的力作用下也會產(chǎn)生較大的偏轉(zhuǎn)角度。
3. 環(huán)境干擾：實驗環(huán)境中可能存在其他干擾源，如電磁干擾、溫度變化等，這些干擾會影響小磁針的偏轉(zhuǎn)情況。視頻中可能采取了一些措施來最大限度地減少這些干擾�？傊�，視頻中小磁針偏轉(zhuǎn)角度較大，而實驗中偏轉(zhuǎn)角度較小可能由于磁場強度、磁針靈敏度以及環(huán)境干擾等多種因素的綜合影響。
學生思考后回答。
教師：在實驗中，我們可以通過增加導體的長度、增加通電導線的匝數(shù)或者增加電流強度來增強通電導體的磁場。這些方法可以提高磁場的強度和影響范圍。在實際生活中，我們經(jīng)常使用這些方法來增強磁場，如在電動機、發(fā)電機、變壓器等設(shè)備中，通過增加線圈的匝數(shù)或增加電流強度來增強磁場以提高設(shè)備的性能。通過這些手段可以使得磁場更加強大，從而滿足實際需求。
設(shè)置問題過渡：
人們在生產(chǎn)實踐中把導線彎成各種形狀，發(fā)現(xiàn)把導線繞成一圈一圈的螺線管狀，磁場就會強得多，這樣在生產(chǎn)生活中用途就大，下面我們也來制作一個螺線管，怎樣做呢？
3.探究通電螺線管的磁場
探究1：制作螺線管
教師：針對教材內(nèi)容演示螺線管的纏繞方法。
教師提問：請同學們利用桌上的器材制作兩個螺旋線圈。為了方便纏繞，大家可以選擇將其中一個繞在鉛筆上，另一個則繞在鐵釘上。接下來，我們可以互相比較一下，看看誰能夠更快且更完美地完成繞制過程。
教師：你認為可能有幾種纏繞的方法？
學生們自主制作了一個螺線管教師巡查的項目，并且他們將在展示中進行演示。我非常欣賞并鼓勵他們的努力和創(chuàng)意。
教師：你認為可能有幾種纏繞的方法？
探究2：通電螺線管吸引鐵屑
教師：非常好，大部分同學都成功地將螺線管纏繞好了，現(xiàn)在請每個小組給螺線管通電，并觀察它們對鐵屑的吸引力，看看哪一個螺線管能夠吸引最多的鐵屑。
學生實驗。教師巡查，不能吸引的小組討論解決，可以請其他小組的同學幫忙（通過吸引鐵屑的多少讓學生內(nèi)心明了用鐵釘?shù)膶嶋H意義）。
探究3：通電螺線管外部磁場的分布情況
教師設(shè)問：經(jīng)過同學們的研究，我們已經(jīng)證實通電螺線管能夠產(chǎn)生磁場。根據(jù)我們的猜想，通電螺線管的磁場與之前研究的電磁鐵的磁場相似。我們的猜想基于以下依據(jù)：首先，通電螺線管實質(zhì)上也是由導線組成的，并且在通電時會形成電流。而電流正是產(chǎn)生磁場的源頭之一。其次，電磁鐵通過激活電流來產(chǎn)生磁場，而通電螺線管也是如此。因此，我們可以推測通電螺線管的磁場與電磁鐵的磁場相似。當然，為了驗證這個猜想，我們還需要進一步的實驗和觀察。
學生回答。
我們用什么方法來研究它的磁場分布情況呢？（教師播放幻燈片，讓學生通過對比找出判定辦法。）
教師：要求學生按照教材圖示進行實驗并在圓圈中畫出小磁針，把小磁針的n級涂黑。
教師：演示用鐵屑研究螺線管磁場分布的實驗。
教師將用鐵屑做的演示螺線管磁場的分布投影到銀幕上并播放螺線管的磁場與條形磁鐵的磁場對比圖，引導學生分析通電螺線管的磁場形狀。即：通電螺線管外部的磁場與條形磁體的磁場相似。
探究4：通電螺線管的極性與電流方向的關(guān)系
教師提問：如何改變螺線管的極性？
引導學生思考一種實驗：假設(shè)有一個螺線管，將其倒過來放置，我們觀察到其中哪些因素發(fā)生了變化？
學生：實驗檢驗自己的判斷是否正確。
教師：我們知道通電螺線管兩端的極性與通過螺線管的電流方向有直接關(guān)系。具體而言，當電流從螺線管的一端進入時，另一端將產(chǎn)生相應(yīng)的極性；當電流方向改變時，極性也會隨之反轉(zhuǎn)。這種關(guān)系可以通過實驗進行判定。為了找到一種判定方法，我們可以參考畫面中的螞蟻和猴子所說的話。或許他們能給予我們某種啟示。
學生合作學習：學生看螞蟻和猴子說的話，小組討論。
教師提醒學生：如果我們沿著電流方向前進，北極會位于哪一側(cè)呢？請用右手規(guī)則概括通電螺線管的北極與電流方向之間的關(guān)系。
教師：偉大的物理學家安培通過實踐發(fā)現(xiàn)，我們可以在右手上找到一些規(guī)律。為了紀念他的貢獻，人們將這些規(guī)律總結(jié)為安培定則�，F(xiàn)在讓我們一起來學習一下吧！
安培定則：右手握螺線管，讓四指彎向螺線管中電流的方向，則大拇指所指的那一端就是通電螺線管的n極。并教會學生安培定則歌：右手握住螺線管，四指順著電流轉(zhuǎn)，拇指指向n極端。出示投影，讓學生熟記安培定則歌。
學生練習：將長直鋁導線纏繞在黑色的膠管上，假設(shè)電流從螺線管的左側(cè)進入并從右側(cè)流出，可以通過以下方式進行判斷：使用右手法則，將右手大拇指的指向電流的方向，如果其他四個手指的彎曲方向與螺線管的纏繞方向一致，那么電流應(yīng)該是從左側(cè)進入并從右側(cè)流出。如果電流從螺線管的右側(cè)進入并從左側(cè)流出，使用右手法則進行判斷，其他四個手指的彎曲方向應(yīng)該與螺線管的纏繞方向相反。如果改變螺線管的纏繞方向，即將原本順時針方向的纏繞改為逆時針方向或反之，可以使用右手法則進行判斷，如果其他四個手指的彎曲方向與螺線管的新纏繞方向一致，則電流的進出方向也會相應(yīng)改變。
教師投影，檢驗學生掌握情況。
三、交流小結(jié)、隨堂練習、總結(jié)評估（幫助鞏固知識，讓物理走向應(yīng)用、走向社會）
1.今天你學到了哪些知識？你有哪些新的體會。
2.布置作業(yè)：
�。�1）反饋練習：動手動腦學物理：①②③
�。�2）拓展知識：為了更好地理解電動門的工作原理以及通電螺線管在生活中的應(yīng)用，我們可以研究一下家中或附近住宅樓的電動門是如何運作的，主要依靠什么控制門鎖的。在現(xiàn)代社會中，電動門已經(jīng)成為許多住宅樓和商業(yè)建筑的常見裝置之一。電動門的工作原理主要涉及電力傳輸、電能轉(zhuǎn)變和控制系統(tǒng)。電動門通常由以下幾個部分組成：門體、門軌、門框、電機、傳動裝置、控制系統(tǒng)等。門體是指實際的門板，通常由金屬或木材制成，并安裝在門軌上。門軌是固定在地面或天花板上的軌道，用于支撐和引導門體的運動。門框是門體插入的框架，確保門的穩(wěn)定性和密封性。在電動門的工作過程中，電機是至關(guān)重要的組成部分。電機通常安裝在門軌上，通過傳動裝置將運動轉(zhuǎn)化為門體的開合動作。電機的正常運行需要電能供應(yīng)，這時通電螺線管就發(fā)揮了重要的作用。通電螺線管是一種通過電流在其周圍產(chǎn)生磁場的裝置。在電動門中，通電螺線管被用作門鎖的控制器。當通電螺線管受到電流激勵時，它會產(chǎn)生一個強磁場。這個磁場可以吸引或釋放門鎖的部分，從而實現(xiàn)自動開關(guān)門體�？刂葡到y(tǒng)是為了確保電動門能夠按照預(yù)期運行而設(shè)計的。通常，控制系統(tǒng)由傳感器、觸發(fā)器、開關(guān)和計時器等組成。傳感器可以檢測周圍環(huán)境中的人員或物體，并向控制系統(tǒng)發(fā)送信號。觸發(fā)器接收傳感器的信號，并根據(jù)預(yù)定的程序激活通電螺線管來控制門鎖。開關(guān)則用于手動操作門體的開合，而計時器可以設(shè)置特定的時間間隔，以便自動關(guān)閉門體。綜上所述，電動門依靠電機、傳動裝置、控制系統(tǒng)及通電螺線管等多個部件協(xié)同工作，實現(xiàn)門體的自動開合。通電螺線管作為門鎖的控制器，通過產(chǎn)生磁場對門鎖進行控制。通過研究電動門的工作原理，我們可以更好地理解通電螺線管在生活中的應(yīng)用。
�。�3）探索生活中的奧秘：研究牽�；ê筒硕骨o的纏繞方向與生長方向之間的關(guān)聯(lián)。觀察葡萄和絲瓜的卷須纏繞方向與生長方向之間的聯(lián)系。探討這些現(xiàn)象是否與我們之前研究的磁場和電流方向存在某種關(guān)系。
【板書設(shè)計】
第三節(jié)?電生磁
一、電流的磁效應(yīng)
1.通電導體周圍存在磁場。
2.磁場的方向跟電流的方向有關(guān)。
二、通電螺線管的磁場
1.通電螺線管外部的磁場與條形磁體的磁場相似。
2.通電螺線管兩端的極性取決于電流的方向，當電流方向改變時，通電螺線管的極性也會隨之改變。
3.握住螺線管，右手拇指指向n極端，四指順著電流轉(zhuǎn)，這就是安培定則的歌。
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