探究本地地磁場的教案設(shè)計(jì)
探究式教學(xué)是“以學(xué)生為中心，在整個(gè)教學(xué)過程中由教師起組織者、指導(dǎo)者、幫助者和促進(jìn)者的作用，利用情境、協(xié)作、會(huì)話等學(xué)習(xí)環(huán)境要素充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性、積極性和首創(chuàng)精神，最終達(dá)到使學(xué)生有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)前所學(xué)知識(shí)的意義建構(gòu)的目的”;強(qiáng)調(diào)學(xué)生對(duì)知識(shí)的主動(dòng)探索、主動(dòng)發(fā)現(xiàn)和對(duì)所學(xué)知識(shí)意義的主動(dòng)建構(gòu)。探究式教學(xué)符合新形勢下的教學(xué)理念、素質(zhì)教育的創(chuàng)新精神，已廣泛地受到各位教育同仁的認(rèn)可和重視。
在學(xué)習(xí)《電磁感應(yīng)》后，我們確定了“探究本地地磁場”的課題，在探究式教學(xué)上做了一些有益的嘗試。下面就這次活動(dòng)做一簡單回顧，同時(shí)也希望各位同行給以指正。
確定課題：
我們?cè)凇半姶鸥袘?yīng)現(xiàn)象”這一節(jié)備課時(shí)，就想到了這一個(gè)問題：有哪些方式可以實(shí)現(xiàn)磁生電?而為實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，在很大程度上取決于磁場提供的方式;而磁場提供方式常見的有磁體和電流的磁場。但我們?cè)诓殚嗁Y料時(shí)，發(fā)現(xiàn)有教師利用地磁場來研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象的方法。隨后，我們就進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，用導(dǎo)線做繩讓學(xué)生集體做跳繩的游戲，用靈敏電流計(jì)檢測出在跳繩時(shí)導(dǎo)線中確實(shí)有電流產(chǎn)生。通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)不僅讓學(xué)生大開了眼界，也增添了不少樂趣，這個(gè)實(shí)驗(yàn)給我們留下了深刻印象。
做完以上實(shí)驗(yàn)后，有教師就提出：能不能測出本地的地磁場的強(qiáng)弱呢?當(dāng)時(shí)我們就想到這肯定比較難，我們查閱了很多資料后發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)今的中學(xué)物理中幾乎沒人涉足這一問題，我們?cè)跍?zhǔn)備放棄時(shí)忽然意識(shí)到這是一個(gè)很好的探究課題。特別是探究式教學(xué)中的“重過程輕結(jié)果”及讓學(xué)生體會(huì)探究的科學(xué)過程的意義遠(yuǎn)勝于知識(shí)灌輸?shù)挠^念大大激發(fā)和鼓勵(lì)了我們，于是我們決定把地磁場作為高二學(xué)生在學(xué)完《電磁感應(yīng)》后的一個(gè)探究課題，并且還決定不要求結(jié)果有多準(zhǔn)確，關(guān)鍵要學(xué)生好好體會(huì)一下探究的方法和在探究過程中科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)。當(dāng)即我們確定如下目標(biāo)：
1.通過探究讓學(xué)生感受、認(rèn)識(shí)地磁場;
2.通過對(duì)本地地磁場的磁感強(qiáng)度測量，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，解決實(shí)際問題及綜合應(yīng)用能力;
3.提高學(xué)生對(duì)磁場，電磁感應(yīng)、運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)的理解能力;
4.培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和探究思想;
5.通過對(duì)地磁場的探索過程，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，以及對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的自覺性。
準(zhǔn)備階段：
提前一周要求學(xué)生在圖書館或英特網(wǎng)上搜集有關(guān)地磁場的資料，以了解地磁場的特點(diǎn)、狀況和分布;并查出本地(湖北興山)具體所處位置。
探究階段：
一、認(rèn)識(shí)地磁場
由各小組同學(xué)選派一名代表將所搜集并整理好的資料通過投影儀或幻燈片展示給大家。搜集資料歸納如下：
⑴地磁場相當(dāng)于一個(gè)巨大的條形磁體，它的北極在地理南極、南極在地理北極;另外，地磁的南北極與地理的南北極不在同一直線上而有一定的偏角，叫磁偏角。
⑵在地理南極地磁場方向豎直向上，地理北極處是豎直向下的，赤道處是由南向北的水平方向，南半球由南向北但斜向上方，北半球由南向北但斜向下方。
二、認(rèn)識(shí)本地地磁場
我們的家鄉(xiāng)湖北興山地處東經(jīng)：110.46°、北緯：31.14°。因此我們家鄉(xiāng)的地磁場是斜向下方的。
三、本地地磁場的測量方法及原理
問1：如何測出本地地磁場的.磁感強(qiáng)度?
答：只要我們能測量出地磁場的水平分量和豎直分量，然后利用平行四邊形定則就可以算出地磁場的大小和方向。如圖1所示。
問2：那么怎樣才能測出地磁場的水平分量和豎直分量呢?
(學(xué)生討論并回答)
讓一段金屬導(dǎo)體沿水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，并在這段導(dǎo)體兩端連上靈敏電流計(jì)，從靈敏電流計(jì)上讀出感應(yīng)電流的大小，利用閉合電路歐姆定律和法拉第電磁感應(yīng)定律就可將地磁場的豎直分量計(jì)算出來。
原理：I=E/R=BLv/R B=IR/Lv
問3：這種方法可行嗎?(學(xué)生討論)
雖然原理是可行的，但實(shí)際操作卻很難做到，因?yàn)閯蛩僦本�是一種理想的運(yùn)動(dòng)，實(shí)際操作中很難做到。
問4：那如何改進(jìn)呢?
只要記錄下金屬導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)的最大速度，和電流計(jì)的最大電流值可以，因?yàn)樗鼈兪且灰粚?duì)應(yīng)的。
問5：如何記錄下最大速度呢?又怎么讓這段導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)起來呢?
學(xué)生經(jīng)討論得到以下方法：
讓學(xué)生拿著導(dǎo)體棒向前跑動(dòng)(但不易測出速度來);電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)(也不容易測出速度來);放在摩托車上(速度可以由速度表上讀出最大速度)。
問6：摩托車應(yīng)該向哪個(gè)方向運(yùn)動(dòng)呢?(學(xué)生討論)
可以向任何方向運(yùn)動(dòng)只要保證導(dǎo)體棒是水平的及摩托車是水平運(yùn)動(dòng)的就行了!
問7：那我們又如何測出地磁場的水平分量?
受剛才的啟發(fā)，我們可以讓一金屬導(dǎo)體沿水平方向做自由落體運(yùn)動(dòng)，測出它的高度，記下電流計(jì)的最大電流，那么這個(gè)電流和落地時(shí)的速度相對(duì)應(yīng)，從而就可以算出地磁場的水平分量。
問8：金屬桿只要沿水平方向自由下落可以嗎?
不行，必須要沿東西方向自由下落，因?yàn)樗椒至渴怯赡现赶虮钡摹?/p>
經(jīng)過以上討論和探究找到了實(shí)驗(yàn)的方案：通過把導(dǎo)體棒放在摩托車上測出豎直分量;利用自由落體運(yùn)動(dòng)測出水平分量(導(dǎo)體棒必須沿東西方向)。
實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù)整理階段：
在多方的共同努力，我們用一個(gè)下午的時(shí)間測得數(shù)據(jù)如下：
1.測豎直分量相關(guān)數(shù)據(jù)：導(dǎo)體長度L=5.27m(把銅導(dǎo)線拉直后固定在竹竿上) 速度vxm=30km/h 總電阻R=135Ω 電流Im=10uA
計(jì)算得出：By=3×10-5T
2.測水平分量相關(guān)數(shù)據(jù)：導(dǎo)體長度L=5.27m 總電阻R=135Ω 金屬桿自由下落高度h=3.95m 電流Im=15uA
Bx=4×10-5T
3.根據(jù)圖1可以算出本地地磁場的磁感強(qiáng)度B=5×10-5T，方向與水平方向所成夾角α=37°。
探究后談體驗(yàn)：
本課題涉及知識(shí)多、跨度大，應(yīng)用到了直線運(yùn)動(dòng)、恒定電流、電磁感應(yīng)和地磁場等知識(shí)，跨躍了力學(xué)與電學(xué)兩大板塊，對(duì)學(xué)生能力要求高，特別是綜合分析問題的能力。將書本上的知識(shí)應(yīng)用到解決實(shí)際問題中去，在思維上是一個(gè)飛躍，是一個(gè)再創(chuàng)造的過程，因此本課題大大激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新精神。利用身邊器材做一些小實(shí)驗(yàn)甚至是意想不到的“大實(shí)驗(yàn)”，這不僅是創(chuàng)新精神的體現(xiàn)，同時(shí)也暗示了物理學(xué)科的樸實(shí)性，物理學(xué)不一定都是那么深?yuàn)W難懂，并且與我們的生活息息相關(guān)。學(xué)生親自查找資料、設(shè)計(jì)方案、動(dòng)手實(shí)驗(yàn)和處理數(shù)據(jù)，實(shí)實(shí)在在經(jīng)過了一個(gè)探究過程，在探究過程中增添了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣;也磨練了學(xué)生的意志，學(xué)生體會(huì)到了在科學(xué)探究中不是一番風(fēng)順的，有很多曲折要多次反復(fù)才可能獲得成功。
從教學(xué)上看，我們感受到了新一輪課改帶給教師理念上的沖擊是巨大的，如果不改變過去那種以教師為中心忽略學(xué)生自身學(xué)習(xí)能動(dòng)性的教學(xué)方法，不僅被時(shí)代所淘汰更主要是被學(xué)生所唾棄!在這次探究活動(dòng)中，我們發(fā)現(xiàn)平常物理基礎(chǔ)很差或?qū)W習(xí)物理興趣不濃的同學(xué)也表現(xiàn)得非常突出，盡管他們沒有提出什么有效的方法，但在實(shí)驗(yàn)中他們是最熱心的一群，在探究結(jié)束時(shí)我們也看到了從他們臉上泛出的欣慰的笑容……當(dāng)然，探究式教學(xué)不一定都要以一個(gè)課題的形式呈現(xiàn)出來，一個(gè)概念的引入、一種方法的形成、一個(gè)典型例題的講解都可以成為探究的內(nèi)容，形式是不拘一格的，能用時(shí)就用，而且一定要用好。
因此，實(shí)施這個(gè)課題后，學(xué)生不僅從知識(shí)掌握上，還是能力的培養(yǎng)上，抑或是情感的體驗(yàn)上帶給他們的影響應(yīng)該是深遠(yuǎn)的甚至是刻骨的，而對(duì)教師的影響同樣是深遠(yuǎn)甚至是劃時(shí)代的!
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