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电磁驱动实验案例教学设计

发布时间:2021-08-05 人气:

  摘 要 实验教学作为物理教学中的重要部分,不断开发创新实验案例是非常必要的。结合高中物理内容,努力思考各种创新实验教学点,让学生能够从经历上升至经验,然后再用知识去追寻真理,这是所有物理教育工作者追求的目标。
  关键词 电磁驱动;简易;电动机;参与感;思考
  中图分类号:S225.1,TM32 文献标识码:A 文章编号:1002-7661(2020)32-0197-02
  人教版选修3—2第四章第七节内容为《涡流、电磁阻尼和电磁驱动》,本节内容可以让学生更好地理解电磁感应现象,关注电磁感应现象在生活生产中实际应用。其中电磁驱动中的电动机例子非常易见,比如教室里的吊扇、带动传输货物的动力装置等等,课文例子介绍图文详实。
  但是,学生体验感可能还是不够。电磁板块知识较为抽象,制作简易电动机能够让学生有更清晰的操作体验,对理解影响通电导线所受磁场作用力大小的因素会有更准确的判断和应用。
  一、简易电动机的制作
  (一)实验装置
  (二)制作材料
  干电池3节、导线若干、一次性杯子1个、纽扣磁体、细铜丝漆包线30cm左右、回形针2枚,备用材料若干。
  (三)制作方法
  ①将细铜丝漆包线绕成多匝的接近圆形或者矩形的规则形状线圈,线圈两端预留出一小段铜丝(约3cm)且刮掉部分漆面。
  ②将纽扣磁体吸在杯底。
  ③应用回形针在杯口或者杯底搭建两个固定支架,将线圈置于支架上,然互用导线将电源和支架接通,简易电动机搭建完毕。
  (四)实验过程
  搭建完毕后,接通电源,让线圈转动起来。改变实验条件,关注线圈转动情况和什么因素有关。
  (五)实验原理
  铜丝通电后在磁场中受到安培力作用,线框顺利转动。若电流、磁场足够大,外加传动装置后可以带动其它物体运动。
  二、教学建议
  (一)实验形式:学生实验
  实验目的是让学生能够利用所学知识以及比较简单的材料动手完成简易电机,充满趣味性的同时还能提高学生对知识的理解。教师将共有实验材料准备好,实验方案步骤不需要告知,留予学生组内讨论确定。如果学生讨论出来的方案可能需要的器材不在共有的器材中,教师应该尽量满足。
  (二)实验过程:暴露问题    讨论问题    解决问题
  实验过程的初步目标是成功搭建电动机,实现让电动机转动起来。实验过程中会出现大量的问题,这些问题均是与电磁板块知识相关。将问题放开给学生讨论,可以得到不同的讨论结果以及改进措施。这个过程的收获远比做道题多,最重要的是可以让学生眼见为实,加深印象。
  实验过程中,有少数同学由于无法理解电动机原理而无法完成简易电动机的搭建,这也属于正常的情况。但是通过对实验过程的讨论后,都能更深层理解电磁驱动的原理。对于现象的原因分析或许不是最充分的,但是从引导学生注重观察、发现问题和讨论问题这个层面来讲,这样的讨论是非常有价值的,让学生有参与的认同感,对物理学习才能抱有热情。
  (三)实验拓展:
  人教课本中,进入第四章《电磁感应》内容的第一节标题为《划时代的发现》。电和磁密不可分,在顺利完成简易电动机后,教师可指导学生利用假期完成简易发电机的制作。目的在于关注电、磁间的关系,能够进一步理解磁生电的本质,同时能够明确产生感应电流的条件、影响感应电流大小的因素等。通过发电机的设计和制作,可以锻炼学生的思考能力、动手能力和知识整合能力等。
  (四)实验与高考考点链接
  带电体在磁场中的运动分析或能量变化分析是高考中高频考查的知识点,近几年也涌现出以实际模型提取出来的实际考题。现就简易电动机为模型的例子作分析:
  (2017.课标Π,21)某同学自制的简易电动机示意图如图所示。矩形线圈由一根漆包线绕制而成,漆包线的两端分别从线圈的一组对边的中间位置引出,并作为线圈的转轴。将线圈架在两个金属支架之间,线圈平面位于竖直面内,永磁铁置于线圈下方。为了使电池与两金属支架连接后线圈能连续转动起来,该同学应将(    )
  A.左、右转轴下侧的绝缘漆都刮掉
  B.左、右转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉
  C.左转轴上侧的绝缘漆刮掉,右转轴下侧的绝缘漆刮掉
  D.左转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉,右转轴下侧的绝缘漆刮掉
  通过题意可知,要求线圈可以连续转动。如图所示,,若将左、右转轴下侧漆面全部刮掉,则线圈能够顺利通电,下侧两条边受力大于上侧单边受力,顺利转动起来。转动半周后线框中没有电流通过,但是线框有初始速度,故可以顺利转动直到一个周期后回到初始位置线框后受力条件和初始情况一样,故可以连续转动。A选项正确。D选项中左转轴上下漆面都刮除,但由于右侧转轴只刮掉了下侧漆面,所以也是半周内线框能够通电,情况和A选项类似,故D正确。B选项中由于所有漆面都已经刮掉,这就保证了所有时间线框都通电。但是需要明确的是,在转动过程中安培力并是不是一直做正功的,加上重力也对线框做负功,所以线框速度会减为零,无法持续转动,B错误;C选项情况中完全没有通电,肯定无法转动,C错误。
  三、结束语
  实验教学作为物理教学中的重要部分,不断开发创新实验案例是非常必要的。本实验案例所采用的器材以及实验过程都比较简易,但是却能让学生有更强的参与感。操作的过程让学生将所学发挥出来,或者可以就遇到的问题在情境中展开讨论,这样的方式让学生易理解易接受。学习过程是一个形象思维到抽象思维的过程,既然有条件让学生有更多的体会,就一定不要浪费这样宝贵的教育时机。简易电动机只是一个例子,结合高中物理内容,努力思考各种创新实验教学点,让学生能够从经历上升至经验,然后再用知识去追寻真理,这是所有物理教育工作者追求的目標。

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