“涡流、电磁阻尼和电磁驱动”教学设计

柯智文

摘 要：在中学物理教育中，为了让学生更好地掌握物理规律，了解物理的研究方法，在教学过程中就不能脱离生活实际，要让物理课堂与日常生活联系起来。本文以高中《物理》人教版选修3-2第四章第七节《涡流、电磁阻尼和电磁驱动》的教学设计为例，说明了在物理教学中应尊重物理的学科特点和中学生的认知特点把日常生活现象引入课堂。

关键词：高中物理；涡流；教学设计；日常生活现象

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2017）6-0072-4

物理是一门与实际生活联系非常紧密的学科，诸多物理规律的得出都源于对生活中一些现象的研究。在中学物理教育中，为了让学生更好地掌握物理规律以及物理研究方法，在物理教学中就不能脱离生活，要将日常生活中学生能接触到的一些物理现象进入课堂。例如：在对高中物理人教版选修3-2第四章第七节《涡流、电磁阻尼和电磁驱动》进行教学时，我们就把“厨房”搬到了教室，用电磁炉“煮鱼”来讲解电磁炉的工作原理以及涡流的成因、产生条件和热效应。2015年11月，以这节课为蓝本笔者参加了第三届“华夏杯”全国物理教学技能大赛，获得全国一等奖，赛后得到与会专家的一致好评。现将这节课的相关设计和课堂教学情况与大家共同探讨，旨在抛砖引玉，以寻求更高效的课堂。

1 三维目标

1.1 知识与技能

（1）了解涡流是怎样产生的。

（2）了解涡流现象的利用和危害。

（3）通过对涡流实例的分析，了解涡流现象在生活和生产中的应用。

（4）了解电磁阻尼和电磁驱动。

1.2 过程与方法

培养学生客观、全面地认识事物的科学态度。

1.3 情感、态度与价值观

培养学生用辩证唯物主义的观点认识问题。

2 学法指导

以演示、探究、讨论、分析、讲解为主，结合多媒体辅助法等教学方法。

3 重难点及课时安排

重点：

（1）涡流的概念及其应用。

（2）电磁阻尼和电磁驱动的实例分析。

难点：电磁阻尼、电磁驱动实例分析。

课时安排：1课时。

4 教学方法

演示实验，引导学生观察现象、探究分析实验。

5 教 具

电磁炉（打开电磁炉盖板，取掉检测报警装置后，不回装螺丝，以便上课时随时能打开盖板）、自制教具 （用亚克力板粘制一个长为45 cm、宽30 cm、高20 cm的鱼缸，再用亚克力把鱼缸隔成长45 cm、宽14 cm左右的两部分；用白铁皮剪制一个长43 cm、宽13 cm左右的铁块保证铁块要能放进鱼缸，两条红色的金鱼，如图1所示，图2为俯视图）、温度计、铁架台、电磁阻尼、电磁驱动演示仪、微安表等。

6 课前准备

课前将铁块放进鱼缸中，在鱼缸中加入水（为了实验现象明显和节约时间可以在有铁块的部分加上开水，另一部分加入常温的水。由于鱼缸被亚克力分成了两部分，所以常温的水不会被开水加热，当然最好用隔热性能较好的材料或者用两块板来隔热，而且中间可以留一部分空隙以增加隔热性能，空隙中最好也要加入常温的水以便观察，各液面要等高），在魚缸中加了有常温水的部分放入两条红色的金鱼。将鱼缸放到事先准备好的电磁炉上加热，为了现象明显，利用铁架台来固定一个教学演示用的温度计，将温度计的液泡浸入温水中，可看到温度接近90 ℃。然后将整个装置用不透明的幕布盖住，只让温度计的示数露在外面，找助手抬上讲台。课前准备过程不能让学生知道，以免影响教学效果。

7 教学过程与设计

7.1 新课导入：创设情境、设疑引入

（1）设计意图：创设适当的物理环境，激发学生学习的兴趣。心理学研究表明，兴趣是人要求获得新知识的一种积极的心理表现。因此，教学中注意利用实验、多媒体课件、板画、教师生动的语言等精心设计趣味横溢的教学环节，刺激学生的感官，牵动学生的情感，促使学生进入最佳的学习状态，从而达到好的教学效果。在分析实验过程中，引导学生认真观察现象，从上到下、由表及里一步步分析现象发生的原因，培养学生的观察能力、分析问题的能力和逻辑推理能力，让学生学会客观、全面地认识事物的科学态度和用辩证唯物主义的观点认识问题，为学生的终身发展奠基。

（2）师生互动

老师：引导学生读温度计的示数（学生回顾读数的方法）。

学生：读得温度计的示数为90 ℃左右，而且还在不断升高。

老师：这里面这么高的温度，到底是什么呢？让学生猜想片刻然后揭开幕布，原来我们是在用电磁炉“煮鱼”！可温度这么高为什么鱼会没事呢？

学生：在老师揭开幕布的时候，观察到是在用电磁炉“煮鱼”，可以观察到鱼缸里面的水冒着热气而且几乎已经沸腾了，但两条红色的金鱼却在水里若无其事的游来游去，怎么回事？在心里产生了冲突，都想一探究竟。

老师：请学生上台观察探究（如图3所示）。

学生：上台后发现鱼缸被分成了两部分，鱼在常温的水中当然就没事了。

老师：为什么同样在电磁炉上加热，一部分水沸腾了，而另一部分水保持常温了呢？水的热量从何而来？要知道原因我们进一步探究。让学生把鱼缸的金鱼舀出来，将水倒掉，在倒水的过程中发现在沸腾的水中有铁块，常温的水中没有。并展示鱼缸的结构和铁块，引导学生分析。

学生讨论分析得出：水被加热是因为铁块，铁块被加热又是因为什么呢？电磁炉不可能通过热传递给铁块加热，因为如果电磁炉通过热传递给铁块加热必然会加热鱼缸里面常温的水，而事实并没有。

老师：那么，铁块的热量又从何而来呢？我们再继续探究。老师打开电磁炉盖板，引导学生观察到电磁炉内部的线圈（如图4所示），提醒学生注意安全用电。

图4 电磁炉内部线圈示意图

学生观察分析：交流电通过线圈除了发热之外还会产生变化的磁场，根据麦克斯韦电磁理论，变化的磁场周围又会产生变化的电场，电场就会驱动铁块中的自由电荷定向移动形成电流，铁块里有了电流流动，根据电流的热效应铁块就被加热了，被加热的铁块再通过热传导将加热周围的水；而没有铁块的那部分水就不会被加热。

老师：通过电磁炉“煮鱼”我们“煮”出了哪些结论呢？

7.2 涡流的成因及热效应

引导学生总结得出：涡流的成因、产生条件和涡流的热效应。

老师师点评：（1）成因：麦克斯韦电磁理论指出，变化的磁场在空间激发感生电场，这个感生电场为涡旋电场，涡旋电场的电场力作为一种非静电力在导体内产生感生电动势。一旦在此空间存在闭合导体，该电场对导体内的自由电荷就在电场力的作用下定向移動，从而形成涡流。

（2）涡流产生条件：涡旋电场和导体。

7.3 电磁阻尼、电磁驱动

设计意图：理论结合实际，引导学生分析问题，运用知识，学会学习。

老师：小魔术“让时间变慢”引入电磁阻尼（图5所示）。点评磁电式仪表时结合图片分析讲解（图6所示）。使用铝框做线圈骨架的目的是利用感应电流来起电磁阻尼作用，使线圈偏转后尽快停下来。磁电式仪表的指针能够很快停下，就是利用了电磁阻尼。

（1）学生：阅读教材，回答下列问题。

①如图7所示：一个单匝线圈下落进入磁场，感应电流的方向和所受安培力方向如何？安培力对线圈的运动有什么影响？

②磁电式仪表的线圈常常用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上。假定仪表工作时指针向右转动，铝框中的感应电流沿什么方向？由于铝框转动时其中有感应电流，铝框要受到安培力，安培力沿什么方向？

（2）阅读教材中“演示”的相关内容，回答下面的问题。

一个闭合线圈放在蹄形磁铁的两磁极之间，蹄形磁铁和闭合线圈都可以绕OO′轴转动（如图8所示）。当转动蹄形磁铁时，观察线圈的运动。怎样解释线圈的运动？

电磁阻尼和电磁驱动的区别：电磁阻尼是由于导体在磁场中运动而产生感应电流；电磁驱动则是由于磁场运动引起磁通量的变化而产生感应电流。

从其他方面引导学生进行分析对比：电磁阻尼、电磁驱动中感应电流的成因有何区别？电磁阻尼和电磁驱动中安培力的效果有何不同？电磁阻尼和电磁驱动中能量转化情况有何不同？

7.4 涡流的利用和防止

设计意图：理论联系实际，学以致用，验证效果，双优培养。

老师：通过PPT展示涡流在生产生活中的应用（图9）和防止（图10）。

学生：利用涡流的成因和三个效应解释现象和工作原理。

总结提高：根据实际情况总结和点评。学生就本节所学做一个自我总结，之后可小组交流讨论。

课外拓展：利用网络了解电磁炉与微波炉的不同。

8 板书设计（如图11所示）

9 教学反思

在本节课中把“厨房”搬到了课堂，通过用电磁炉“煮鱼”让学生了解到电磁炉的工作原理以及涡流的成因和产生条件，了解了涡流的热效应。并通过实验演示让学生了解到电磁阻尼、电磁驱动的原理，并引导学生思考能否将涡流的这些特性应用于日常生活中？之后，通过PPT展示了涡流在现代生产生活的应用和防止。课堂中渗透了STSE教育思想，充分体现了“从生活走向物理，从物理走向社会”的课程理念。让学生了解到物理学科对科学、技术、社会、环境的影响，培养学生创新和联系实际的意识。通过演示实验，并将日常生活中的一些物理现象引入课堂，极大地调动了学生学习的兴趣；让学生了解到在物理学研究中的一般过程与科学方法，即观察现象、分析原因、总结归纳到应用和防止等；培养了学生客观、全面地认识事物的科学态度；让学生真正认识到学习物理知识和研究方法的价值和意义。

参考文献：

[1]廖伯琴.物理教育学[M].北京：高等教育出版社，2012.

[2]廖伯琴.物理教学研究与案例[M].北京：高等教育出版社，2006.

[3]向娟.翻转课堂理念及涡流、电磁阻尼和电磁驱动的教学设计[J].物理教学探讨，2015，33（4）：28-30.

（栏目编辑 邓 磊）