數學：《楞次定律》教學設計與課堂實錄

劉遠輝

教材分析：本節教學內容選自人教版教材《物理》選修3-2中第四章第3節。“楞次定律”和后面將要學習的“法拉第電磁感應定律”，一個判定感應電流的方向，一個計算感應電動勢的大小，是分析和處理電磁感應問題的兩個重要支柱，是構成本章的核心教學內容。

本節課屬于物理規律探究課，探究過程可以給學生廣闊的思考空間，學生的科學素養可以得到很好的培養和提升。但是，本節課中教材提供的探索實驗涉及了諸多因素，如磁場方向、磁通量的變化、線圈繞向、電流順逆時針方向（而且涉及到從什么方向上去看）等，關系復雜，使得思維鏈條冗長。同時，本節要探究的規律比較隱蔽，抽象性和概括性很強，在課堂上概括得出難度較大。

學情分析：通過上一節課的學習，學生已經知道了產生感應電流現象的條件，有一定的實驗基礎。如果在實驗中稍微留心觀察，學生很容易發現感應電流的方向以及大小在實驗中都存在差別，引發對感應電流的方向和大小所遵循的規律進一步學習的渴望。

教學目標：

知識與技能：1.理解、掌握楞次定律；2.培養觀察實驗的能力以及對實驗現象分析、歸納、總結的能力；3.能夠熟練應用楞次定律判斷感應電流的方向。

過程與方法：1.通過實踐活動，觀察得到實驗現象，再通過分析論證、歸納總結，得出結論；2.通過應用楞次定律判斷感應電流的方向，培養學生應用物理規律解決實際問題的能力。

情感態度與價值觀：學會合作，體會科學探索過程的艱辛，體會物理定律的概括性和簡潔性。

重點：楞次定律的得出過程。

難點：楞次定律的概括表述。

教法學法：探究式教學、合作學習。

輔助手段、教具：電磁爐、鋁箔、楞次環、磁鐵、易拉罐、自制線圈。

教學過程設計：

一、演示實驗引入新課

將紙筒立在電磁爐上，套上環形鋁箔，接通電源的瞬間，鋁箔突然向上升起。要解釋為什么會發生這個現象，需要學習本節內容。

學生活動：觀看，認真思考。

設計意圖：設疑，激趣。

二、新課教學

1.提出問題。

要產生感應電流，只須使磁鐵靠近或遠離一個閉合回路即可，但是回路中產生的感應電流是微觀的、不可見的。怎樣才能獲知感應電流的方向？

學生活動：小組討論，回答問題。

設計意圖：轉換思維方式，培養運用已有知識解決實際問題的能力，培養創造能力，預期生成性資源。

2.教師演示“楞次環”實驗。

使磁鐵靠近或遠離鋁環，引導學生發現二者間存在斥力或引力，繼而提出問題：若不借助剛才大家提出的各種手段，能否依據觀察到的現象判斷出鋁環內的感應電流方向？

待各小組都找到辦法后，請學生匯報。同時教師進行板書，把具體辦法體現在黑板上。

學生活動：小組討論，回答問題。

設計意圖：培養推理能力，使學生養成合作學習的習慣，及時鼓勵，增強信心。

3.分組實驗：探究感應電流的方向遵循的規律。

（1）教師提問：要找到具有普遍性的規律，須要多研究一些情況，從中進行歸納。請學生思考討論兩個問題：①若用這套鋁環裝置，還可以研究哪幾個不同的情形？②在具體實驗過程中，應該記錄哪些相關信息？（此環節實際是讓學生對影響感應電流方向的可能因素進行猜想。）

學生活動：小組討論，匯報方案。

設計意圖：培養設計實驗的能力，預期生成性資源。

（2） 將要展開研究的情形和要記錄的信息制成表格，并分組動手實驗，填寫表格。

學生活動：動手實驗，填寫表格，匯報結果。

設計意圖：培養實驗能力，提高實驗素養。

4.請學生根據實驗結果，歸納感應電流的方向遵循的規律。

學生活動：積極思考，小組討論，與教師互動探討。

設計意圖：讓學生經歷由物理現象概括出物理規律的過程，追求物理規律的概括性和語言上的簡潔性。

5. 理解楞次定律。

從以下兩個不同的角度體會楞次定律：

從磁通量變化角度——“增反減同”；從相對運動角度——“來拒去留”。

學生活動：認真傾聽，積極思考。

設計意圖：加深理解規律的內涵。

6.應用楞次定律解決實際問題。

（1）競技小游戲。

教師介紹器材：按上圖原理纏繞的線圈，若產生順時針電流則紅色二極管亮，若產生逆時針電流則綠色二極管亮。

競技要求：使紅色二極管亮，20秒思考討論，20秒后請學生舉起器材，做好預備動作，教師下口令，各組一起開始操作。

（2）體驗小游戲。

利用分組實驗器材，按下圖操作，觀察現象并嘗試做出解釋。

學生活動：積極思考，動手操作。

設計意圖：練習使用楞次定律，培養合作精神。

7.課堂總結：

總結本節課的探究過程，讓學生再次體會科學探究的一般過程。結合板書指出科學發現和進步的循序漸進性，教育學生對歷代科學家為人類文明進步做出的貢獻心懷感恩。

學生活動：回憶梳理。

設計意圖：升華認識。

8.板書設計：

第3節 楞次定律

教學設計評析：

本節課在教學設計上突出了以下特點：

1.不拘泥于教材提供的探索實驗，而是創造性地利用“楞次環”實驗，裝置簡單，涉及因素少，現象明顯且易于理解，很容易讓學生自發地從實驗中發現“感應電流的磁場”這一重要中介，易于總結概括出感應電流方向所遵循的規律。

2.充分貫徹《普通高中物理課程標準》，從探索實驗中的“提出猜想”“設計實驗”“根據實驗結果歸納規律”，到“競技游戲（線圈二極管實驗）”、體驗并解釋“易拉罐實驗”以及最后讓學生解釋“電磁爐實驗”，處處給學生以自主學習、合作學習的時間和空間，充分體現了學生在課堂上的主體地位。

3.精彩紛呈的特色實驗，可使學生懷著極大的興趣完成整堂課的學習。哈師大附中物理組多年來一貫倡導“實驗、觀察、探索、求真”，本節課設置的幾個特色實驗充分體現了這一深刻理念。

課堂實錄（節選）：

師：請大家來觀看一個小實驗，注意觀察！（教師操作實驗。）

為什么通電瞬間鋁箔會升起來？要弄清楚這個問題，就需要學習本節課的內容。通過上一節課的學習，我們已經知道了，要想產生感應電流，就要讓穿過閉合回路的磁通量發生變化。繼續思考下去，自然地會產生新的疑問：感應電流的方向和大小由哪些因素決定，具體遵循著怎樣的規律？本節課只研究感應電流的方向由哪些因素決定，以及遵循著怎樣的規律。

如果由你來探索這個規律，你會發現：改變磁通量容易做到，比如手持磁鐵靠近回路，ф會增加，遠離回路，ф會減少。但是回路中即使產生了感應電流，也是微觀的、不能用肉眼直接觀察到的，你有辦法確定感應電流的方向嗎？

生1：用靈敏電流計！

生2：二極管或電流傳感器！

生3：將能夠感知磁場的物體放在導線周圍，比如小磁針！

師：大家的辦法都很好！假如不使用這些手段，能否判斷電流的方向呢？我們來看這個裝置（楞次環），用磁鐵的N極逐漸插入鋁環，你看到了什么現象？

生：相斥！

師：將N極先放在鋁環中，再逐漸拔出，注意磁鐵始終沒有和鋁環接觸，你又看到了什么現象？

生：相吸！

師：假如不使用剛才提到的電流計、二極管等技術手段，而是用最簡單的器材，能否知道當N極插入鋁環的過程中產生的感應電流的方向呢？

（學生動手體驗該過程，并討論交流，多數人都得到方法后，請學生回答。）

生：將磁鐵的N極靠近鋁環時，看到鋁環做遠離磁鐵的運動。根據同極相斥，可知鋁環靠近磁鐵這一側相當于N極，再根據安培定則，可以判斷感應電流的方向。

（教師板書，把學生思路體現在黑板上。）

師：這個辦法好！判斷出感應電流的磁場方向，相當于找到了感應電流的方向，因為二者間遵從安培定則。看來B感這個中介很重要！

但是這只是一種情形，我們希望找到具有一般性的規律。所以須要多研究一些情況，嘗試從中歸納出更深層次的規律。

請大家思考兩個問題：第一，若用這套裝置，除了讓N極插入這個情形外，還可以研究哪幾個不同的情形？第二，具體按照各個情形進行實驗的過程中，你認為應該記錄哪些相關信息？

（小組討論。）

生：總共可以研究四種情形：N極插入、S極插入、N極拔出、S極拔出。

須要記錄的信息應該有：

第一，產生的感應電流I感的方向。

第二，由于感應電流I感的方向是依據感應電流的磁場B感的方向結合安培定則判斷出來的，所以要記錄感應電流的磁場B感的方向，而先記錄環形電流等效的N極和S極有利于確定感應電流的磁場B感的方向。

第三，要判斷感應電流的磁場B感的方向，須要記錄磁鐵和鋁環之間的相互作用（排斥或吸引）情況。

第四，因為要探究感應電流方向的普遍性的規律，而感應電流的產生普遍與磁通量變化有關，所以有必要記錄原磁場的磁通量變化（增加或減少）情況以及B原的方向。

第五，因為感應電流的磁場B感的方向與產生感應電流的原磁場B原有關系，所以也有必要記錄B感與B原的方向關系。

師：好，梳理一下可以制成表格。我把剛才已經完成的第一種情形的結果填上，大家按照我的示范，動手實驗并填寫其余三個情形的表格（表格填寫情況略）。現在各小組開始實驗！

（完成實驗后，由一個小組進行匯報，匯報內容在投影上體現。）

師：其他組和他填寫的內容一致嗎？

生：一致！

師：接下來，請各小組根據實驗結果，試著歸納判斷感應電流方向的規律！

（小組討論后匯報。）

生：（表述①）感應電流具有這樣的方向，即當磁鐵靠近回路時，B感與B原反向；當磁鐵遠離回路時，B感與B原同向。

師：很好！這個表述的巧妙之處在于——表述了B感的方向，就相當于表述了I感的方向！但是，物理定律的表述追求概括性和簡潔性！還能再濃縮提煉一下嗎？感應電流的產生條件是ф發生變化，可否從ф的角度表述呢？

（小組討論。）

生：（表述②）感應電流具有這樣的方向，即當穿過回路的磁通量增加時，B感與B原反向，當穿過回路的磁通量減小時，B感與B原同向。

師：很好，能不能再把這兩句話概括為一句話？請注意：穿過回路的磁通量無論是增加還是減少，都屬于發生了“變化”！B感對磁通量的變化起到的是促進作用嗎？

生：不是！

師：那是什么作用？

生：阻礙作用！

師：你能據此做出更簡潔、更概括的表述嗎？

生：（表述③）感應電流具有這樣的方向，即感應電流的磁場總是阻礙引起感應電流的磁通量的變化。

師：很好！這就是最早由物理學家楞次于1834年得出的“楞次定律”。

（投影給出楞次定律內容并配以楞次照片，生卒年代、國籍。）

我們從不同角度來理解一下楞次定律。

第一，從磁通量角度……怎樣理解楞次定律？

實際上，剛才同學們的匯報已經給出了答案——即“當穿過回路的磁通量增加時，B感與B原反向，當穿過回路的磁通量減小時，B感與B原同向”。我們可以把這個理解簡記為“增反減同”！

第二，從相對運動角度看……怎樣理解楞次定律？

（小組討論后匯報。）

生：當磁鐵做靠近鋁環的運動，即ф增加時，感應電流與磁鐵間的作用力表現為斥力，抗拒ф的增加；當磁鐵做遠離鋁環的運動，即當ф減少時，感應電流與磁鐵間的作用力表現為引力，抗拒ф的減少。

師：非常好！我們可以把這個理解簡記為“來拒去留”！

你能否用楞次定律來解釋一下本節課開頭的實驗——為什么在通電瞬間，鋁箔會突然向上升起？

（打開電磁爐，展示內部大線圈給學生看。）

生：在通電瞬間，線圈內突然產生電流，穿過鋁箔的磁通量突然增加，根據楞次定律，為阻礙磁通量的增加，二者間應該產生斥力，使它們相互遠離，故而鋁箔突然向上升起。

師：非常好！掌聲鼓勵！

下面我們一起來玩一個競技小游戲。（投影給出游戲器材圖片。）

這個線圈做成了這樣的效果：若產生逆時針電流則紅色二極管閃亮，若產生順時針電流則綠色二極管閃亮。現在要求使紅色二極管閃亮，20秒時間準備！

（20秒后）請做好操作準備，開始！

師：（待操作完畢）成功的小組請舉手！請回答：你是怎樣操作的？

生：N極插入線圈。

師：有與他不同的操作方式嗎？

生：S極拔出線圈。

師：非常好！失敗的小組是什么原因？（由失敗小組回答。）

生：操作方法一樣，但是動作太慢了。

師：好的，看來大家都會使用楞次定律判斷感應電流方向了。至于操作太慢為什么會導致效果不明顯，我們將在下節課展開研究。

下面我們再來玩一個體驗小游戲。大家利用提供的磁鐵和易拉罐，按照投影的提示進行操作，看看有什么現象，嘗試解釋發生該現象原因。

（各小組體驗并討論研究，然后匯報現象并做出解釋。）

生：在第一幅圖中看到易拉罐底會跟隨磁鐵運動并傾倒，在第二幅圖中看到易拉罐跟隨磁鐵來回滾動。產生這些現象的原因是：當磁鐵相對易拉罐運動時，在金屬易拉罐中產生感應電流，根據楞次定律，為阻礙穿過易拉罐的磁通量的減少，易拉罐與磁鐵之間應表現為引力。

師：回答得非常好！但是易拉罐中的回路在哪里呢？

生：……

師：其實，在罐底部分和罐側面部分都可以構成閉合回路。看來，我們在課本上研究的一般都是基本的、簡單的情形。而涉及到實際生活中的具體問題時，往往需要我們發揮想象，從現實問題中抽象出曾經學過的模型，繼而運用所學知識進行理論分析。

（課堂總結。）

師：本節課我們經歷了提出問題→做出猜測→設計實驗→總結規律→驗證規律→應用規律幾個環節，這正是科學探究的一般過程。

從板書中的概念圖上我們可以看到，法拉第發現了“磁通量變化可以引起感應電流”，奧斯特發現了電流周圍存在磁場，楞次發現了感應電流的磁場總是阻礙磁通量的變化。可見，科學的進步要靠一代又一代科學家的共同努力，我們應該對歷代科學家為人類文明進步做出的貢獻心懷感恩！