数学：《楞次定律》教学设计与课堂实录

刘远辉

教材分析：本节教学内容选自人教版教材《物理》选修3-2中第四章第3节。“楞次定律”和后面将要学习的“法拉第电磁感应定律”，一个判定感应电流的方向，一个计算感应电动势的大小，是分析和处理电磁感应问题的两个重要支柱，是构成本章的核心教学内容。

本节课属于物理规律探究课，探究过程可以给学生广阔的思考空间，学生的科学素养可以得到很好的培养和提升。但是，本节课中教材提供的探索实验涉及了诸多因素，如磁场方向、磁通量的变化、线圈绕向、电流顺逆时针方向（而且涉及到从什么方向上去看）等，关系复杂，使得思维链条冗长。同时，本节要探究的规律比较隐蔽，抽象性和概括性很强，在课堂上概括得出难度较大。

学情分析：通过上一节课的学习，学生已经知道了产生感应电流现象的条件，有一定的实验基础。如果在实验中稍微留心观察，学生很容易发现感应电流的方向以及大小在实验中都存在差别，引发对感应电流的方向和大小所遵循的规律进一步学习的渴望。

教学目标：

知识与技能：1.理解、掌握楞次定律；2.培养观察实验的能力以及对实验现象分析、归纳、总结的能力；3.能够熟练应用楞次定律判断感应电流的方向。

过程与方法：1.通过实践活动，观察得到实验现象，再通过分析论证、归纳总结，得出结论；2.通过应用楞次定律判断感应电流的方向，培养学生应用物理规律解决实际问题的能力。

情感态度与价值观：学会合作，体会科学探索过程的艰辛，体会物理定律的概括性和简洁性。

重点：楞次定律的得出过程。

难点：楞次定律的概括表述。

教法学法：探究式教学、合作学习。

辅助手段、教具：电磁炉、铝箔、楞次环、磁铁、易拉罐、自制线圈。

教学过程设计：

一、演示实验引入新课

将纸筒立在电磁炉上，套上环形铝箔，接通电源的瞬间，铝箔突然向上升起。要解释为什么会发生这个现象，需要学习本节内容。

学生活动：观看，认真思考。

设计意图：设疑，激趣。

二、新课教学

1.提出问题。

要产生感应电流，只须使磁铁靠近或远离一个闭合回路即可，但是回路中产生的感应电流是微观的、不可见的。怎样才能获知感应电流的方向？

学生活动：小组讨论，回答问题。

设计意图：转换思维方式，培养运用已有知识解决实际问题的能力，培养创造能力，预期生成性资源。

2.教师演示“楞次环”实验。

使磁铁靠近或远离铝环，引导学生发现二者间存在斥力或引力，继而提出问题：若不借助刚才大家提出的各种手段，能否依据观察到的现象判断出铝环内的感应电流方向？

待各小组都找到办法后，请学生汇报。同时教师进行板书，把具体办法体现在黑板上。

学生活动：小组讨论，回答问题。

设计意图：培养推理能力，使学生养成合作学习的习惯，及时鼓励，增强信心。

3.分组实验：探究感应电流的方向遵循的规律。

（1）教师提问：要找到具有普遍性的规律，须要多研究一些情况，从中进行归纳。请学生思考讨论两个问题：①若用这套铝环装置，还可以研究哪几个不同的情形？②在具体实验过程中，应该记录哪些相关信息？（此环节实际是让学生对影响感应电流方向的可能因素进行猜想。）

学生活动：小组讨论，汇报方案。

设计意图：培养设计实验的能力，预期生成性资源。

（2） 将要展开研究的情形和要记录的信息制成表格，并分组动手实验，填写表格。

学生活动：动手实验，填写表格，汇报结果。

设计意图：培养实验能力，提高实验素养。

4.请学生根据实验结果，归纳感应电流的方向遵循的规律。

学生活动：积极思考，小组讨论，与教师互动探讨。

设计意图：让学生经历由物理现象概括出物理规律的过程，追求物理规律的概括性和语言上的简洁性。

5. 理解楞次定律。

从以下两个不同的角度体会楞次定律：

从磁通量变化角度——“增反减同”；从相对运动角度——“来拒去留”。

学生活动：认真倾听，积极思考。

设计意图：加深理解规律的内涵。

6.应用楞次定律解决实际问题。

（1）竞技小游戏。

教师介绍器材：按上图原理缠绕的线圈，若产生顺时针电流则红色二极管亮，若产生逆时针电流则绿色二极管亮。

竞技要求：使红色二极管亮，20秒思考讨论，20秒后请学生举起器材，做好预备动作，教师下口令，各组一起开始操作。

（2）体验小游戏。

利用分组实验器材，按下图操作，观察现象并尝试做出解释。

学生活动：积极思考，动手操作。

设计意图：练习使用楞次定律，培养合作精神。

7.课堂总结：

总结本节课的探究过程，让学生再次体会科学探究的一般过程。结合板书指出科学发现和进步的循序渐进性，教育学生对历代科学家为人类文明进步做出的贡献心怀感恩。

学生活动：回忆梳理。

设计意图：升华认识。

8.板书设计：

第3节 楞次定律

教学设计评析：

本节课在教学设计上突出了以下特点：

1.不拘泥于教材提供的探索实验，而是创造性地利用“楞次环”实验，装置简单，涉及因素少，现象明显且易于理解，很容易让学生自发地从实验中发现“感应电流的磁场”这一重要中介，易于总结概括出感应电流方向所遵循的规律。

2.充分贯彻《普通高中物理课程标准》，从探索实验中的“提出猜想”“设计实验”“根据实验结果归纳规律”，到“竞技游戏（线圈二极管实验）”、体验并解释“易拉罐实验”以及最后让学生解释“电磁炉实验”，处处给学生以自主学习、合作学习的时间和空间，充分体现了学生在课堂上的主体地位。

3.精彩纷呈的特色实验，可使学生怀着极大的兴趣完成整堂课的学习。哈师大附中物理组多年来一贯倡导“实验、观察、探索、求真”，本节课设置的几个特色实验充分体现了这一深刻理念。

课堂实录（节选）：

师：请大家来观看一个小实验，注意观察！（教师操作实验。）

为什么通电瞬间铝箔会升起来？要弄清楚这个问题，就需要学习本节课的内容。通过上一节课的学习，我们已经知道了，要想产生感应电流，就要让穿过闭合回路的磁通量发生变化。继续思考下去，自然地会产生新的疑问：感应电流的方向和大小由哪些因素决定，具体遵循着怎样的规律？本节课只研究感应电流的方向由哪些因素决定，以及遵循着怎样的规律。

如果由你来探索这个规律，你会发现：改变磁通量容易做到，比如手持磁铁靠近回路，ф会增加，远离回路，ф会减少。但是回路中即使产生了感应电流，也是微观的、不能用肉眼直接观察到的，你有办法确定感应电流的方向吗？

生1：用灵敏电流计！

生2：二极管或电流传感器！

生3：将能够感知磁场的物体放在导线周围，比如小磁针！

师：大家的办法都很好！假如不使用这些手段，能否判断电流的方向呢？我们来看这个装置（楞次环），用磁铁的N极逐渐插入铝环，你看到了什么现象？

生：相斥！

师：将N极先放在铝环中，再逐渐拔出，注意磁铁始终没有和铝环接触，你又看到了什么现象？

生：相吸！

师：假如不使用刚才提到的电流计、二极管等技术手段，而是用最简单的器材，能否知道当N极插入铝环的过程中产生的感应电流的方向呢？

（学生动手体验该过程，并讨论交流，多数人都得到方法后，请学生回答。）

生：将磁铁的N极靠近铝环时，看到铝环做远离磁铁的运动。根据同极相斥，可知铝环靠近磁铁这一侧相当于N极，再根据安培定则，可以判断感应电流的方向。

（教师板书，把学生思路体现在黑板上。）

师：这个办法好！判断出感应电流的磁场方向，相当于找到了感应电流的方向，因为二者间遵从安培定则。看来B感这个中介很重要！

但是这只是一种情形，我们希望找到具有一般性的规律。所以须要多研究一些情况，尝试从中归纳出更深层次的规律。

请大家思考两个问题：第一，若用这套装置，除了让N极插入这个情形外，还可以研究哪几个不同的情形？第二，具体按照各个情形进行实验的过程中，你认为应该记录哪些相关信息？

（小组讨论。）

生：总共可以研究四种情形：N极插入、S极插入、N极拔出、S极拔出。

须要记录的信息应该有：

第一，产生的感应电流I感的方向。

第二，由于感应电流I感的方向是依据感应电流的磁场B感的方向结合安培定则判断出来的，所以要记录感应电流的磁场B感的方向，而先记录环形电流等效的N极和S极有利于确定感应电流的磁场B感的方向。

第三，要判断感应电流的磁场B感的方向，须要记录磁铁和铝环之间的相互作用（排斥或吸引）情况。

第四，因为要探究感应电流方向的普遍性的规律，而感应电流的产生普遍与磁通量变化有关，所以有必要记录原磁场的磁通量变化（增加或减少）情况以及B原的方向。

第五，因为感应电流的磁场B感的方向与产生感应电流的原磁场B原有关系，所以也有必要记录B感与B原的方向关系。

师：好，梳理一下可以制成表格。我把刚才已经完成的第一种情形的结果填上，大家按照我的示范，动手实验并填写其余三个情形的表格（表格填写情况略）。现在各小组开始实验！

（完成实验后，由一个小组进行汇报，汇报内容在投影上体现。）

师：其他组和他填写的内容一致吗？

生：一致！

师：接下来，请各小组根据实验结果，试着归纳判断感应电流方向的规律！

（小组讨论后汇报。）

生：（表述①）感应电流具有这样的方向，即当磁铁靠近回路时，B感与B原反向；当磁铁远离回路时，B感与B原同向。

师：很好！这个表述的巧妙之处在于——表述了B感的方向，就相当于表述了I感的方向！但是，物理定律的表述追求概括性和简洁性！还能再浓缩提炼一下吗？感应电流的产生条件是ф发生变化，可否从ф的角度表述呢？

（小组讨论。）

生：（表述②）感应电流具有这样的方向，即当穿过回路的磁通量增加时，B感与B原反向，当穿过回路的磁通量减小时，B感与B原同向。

师：很好，能不能再把这两句话概括为一句话？请注意：穿过回路的磁通量无论是增加还是减少，都属于发生了“变化”！B感对磁通量的变化起到的是促进作用吗？

生：不是！

师：那是什么作用？

生：阻碍作用！

师：你能据此做出更简洁、更概括的表述吗？

生：（表述③）感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。

师：很好！这就是最早由物理学家楞次于1834年得出的“楞次定律”。

（投影给出楞次定律内容并配以楞次照片，生卒年代、国籍。）

我们从不同角度来理解一下楞次定律。

第一，从磁通量角度……怎样理解楞次定律？

实际上，刚才同学们的汇报已经给出了答案——即“当穿过回路的磁通量增加时，B感与B原反向，当穿过回路的磁通量减小时，B感与B原同向”。我们可以把这个理解简记为“增反减同”！

第二，从相对运动角度看……怎样理解楞次定律？

（小组讨论后汇报。）

生：当磁铁做靠近铝环的运动，即ф增加时，感应电流与磁铁间的作用力表现为斥力，抗拒ф的增加；当磁铁做远离铝环的运动，即当ф减少时，感应电流与磁铁间的作用力表现为引力，抗拒ф的减少。

师：非常好！我们可以把这个理解简记为“来拒去留”！

你能否用楞次定律来解释一下本节课开头的实验——为什么在通电瞬间，铝箔会突然向上升起？

（打开电磁炉，展示内部大线圈给学生看。）

生：在通电瞬间，线圈内突然产生电流，穿过铝箔的磁通量突然增加，根据楞次定律，为阻碍磁通量的增加，二者间应该产生斥力，使它们相互远离，故而铝箔突然向上升起。

师：非常好！掌声鼓励！

下面我们一起来玩一个竞技小游戏。（投影给出游戏器材图片。）

这个线圈做成了这样的效果：若产生逆时针电流则红色二极管闪亮，若产生顺时针电流则绿色二极管闪亮。现在要求使红色二极管闪亮，20秒时间准备！

（20秒后）请做好操作准备，开始！

师：（待操作完毕）成功的小组请举手！请回答：你是怎样操作的？

生：N极插入线圈。

师：有与他不同的操作方式吗？

生：S极拔出线圈。

师：非常好！失败的小组是什么原因？（由失败小组回答。）

生：操作方法一样，但是动作太慢了。

师：好的，看来大家都会使用楞次定律判断感应电流方向了。至于操作太慢为什么会导致效果不明显，我们将在下节课展开研究。

下面我们再来玩一个体验小游戏。大家利用提供的磁铁和易拉罐，按照投影的提示进行操作，看看有什么现象，尝试解释发生该现象原因。

（各小组体验并讨论研究，然后汇报现象并做出解释。）

生：在第一幅图中看到易拉罐底会跟随磁铁运动并倾倒，在第二幅图中看到易拉罐跟随磁铁来回滚动。产生这些现象的原因是：当磁铁相对易拉罐运动时，在金属易拉罐中产生感应电流，根据楞次定律，为阻碍穿过易拉罐的磁通量的减少，易拉罐与磁铁之间应表现为引力。

师：回答得非常好！但是易拉罐中的回路在哪里呢？

生：……

师：其实，在罐底部分和罐侧面部分都可以构成闭合回路。看来，我们在课本上研究的一般都是基本的、简单的情形。而涉及到实际生活中的具体问题时，往往需要我们发挥想象，从现实问题中抽象出曾经学过的模型，继而运用所学知识进行理论分析。

（课堂总结。）

师：本节课我们经历了提出问题→做出猜测→设计实验→总结规律→验证规律→应用规律几个环节，这正是科学探究的一般过程。

从板书中的概念图上我们可以看到，法拉第发现了“磁通量变化可以引起感应电流”，奥斯特发现了电流周围存在磁场，楞次发现了感应电流的磁场总是阻碍磁通量的变化。可见，科学的进步要靠一代又一代科学家的共同努力，我们应该对历代科学家为人类文明进步做出的贡献心怀感恩！