1、物理說課的案例：渦流、電磁阻尼和電磁驅動（1） 說教學內容 本節課選自人教版物理選修3-2第四章第七節。第四章主要是圍繞電磁感應現象展開的，電磁感應現象是電磁學中最重大的發現之一，它豐富了人類對電磁現象本質的理解，而且在實踐中有廣泛的應用。 本節課圍繞渦流、電磁阻尼和電磁驅動三個核心概念展開。渦電流的產生具有多種形式，如導體的類型不同或導體與磁場之間的相對運動的方式不同，產生渦電流的機理可利用法拉第電磁感應定律解釋。渦電流具有多種效應，如熱效應、機械效應等。電磁阻尼和電磁驅動是渦電流的機械效應的表現形式，當導體與磁場發生相對運動時，在某些情況下只需要判明渦流所引起的機械效果，故可根據楞次定律的

2、另一種表述推知：渦電流的效果總是反抗引起渦電流的原因的，該種作用效果通過安培力的作用而實現。導體在沒有外接電路的情況下能夠產生呈閉合渦旋狀的渦電流，這與學生的已有認識“感應電流”不一致，因此，學生對此會產生認知困難，應利用形象直觀的演示實驗，盡量讓學生充分參與和思考。同時，在認知架構過程中強調利用微元法的思想，幫助學生形成對于渦電流的正確認識，學生在解釋電磁阻尼和電磁驅動的現象中，需要綜合運用電磁感應定律、楞次定律和安培力等知識進行邏輯推理，在教學過程中應基于學生的已有知識設置問題鏈以激發學生的思考，理解電磁阻尼和電磁驅動的本質是渦流所受到的安培力阻礙導體與磁場的運動。 本節課的內容與實際生活

3、聯系緊密，在工程技術中有廣泛的應用。在教學過程中應引導學生正確看待科學知識在社會、生活中的應用，形成正確的物理觀和科學技術觀。（二）說學情1. 說已有知識和經驗 通過以前的學習，學生已經具有一定的分析和解決高中物理問題的能力。在學習本節課之前，學生已經學習了安培力，法拉第電磁感應定律和楞次定律，并掌握了按照不同的方式理解的楞次定律，因此在學習渦電流的過程中，若引導學生選擇適當的研究對象，學生能夠理解渦電流的本質是感應電流，但是學生對于不同情況下產生渦電流的電動勢的類型存在判斷困難。在實際應用中渦電流的熱效應有利有弊，應引導學生正確看待物理知識在工程和生活中的應用。電磁阻尼和電磁驅動是渦電流機械

4、效應的不同表現形式，對于這兩者物理本質的理解，學生在學習過程中存在困難，應通過例舉、類比等方式使學生明白其本質是渦流的安培力阻礙導體與磁場的相對運動，同時理解為什么在一些情況下并不需要具體確定感應電流的方向，只需要判明感應電流所引起的機械效應的效果就可以了。2. 說學習方法和技巧 中學生具有一定的創新意識，對于自然及社會中各種現象具有濃厚的興趣。因此在學習渦電流的過程中，可以利用渦流在生活中的實際應用，如金屬探測器、真空冶煉爐等激發學生的興趣，也能讓學生體會物理與實際應用的密切聯系，領略物理學的魅力。3. 說思維方式 本節課的學習內容需要學生有較高的抽象思維能力，除了合理組織教學內容外，還要關

5、注部分思維能力較弱的學生，鼓勵其大膽表達自身的想法。對于大部分學生來說，應關注物理概念內涵的準確性。在電磁驅動實驗探究中，鼓勵學生大膽創新，養成善于論辯和批判性思維。（三）說教學重點與難點 根據教學內容和學科分析，我們可以確定：1. 教學重點：利用渦流、電磁阻尼和電磁驅動的相關知識解釋物理問題和生活例子。2. 教學難點：對電磁驅動和電磁阻尼物理本質的理解。（四）說教學目標 根據2017年新一輪基礎教育課程改革物理課程標準的規定，物理教學的目標在于培養學生的物理學科核心素養，根據素養的要求和本節課的內容特點闡明教學目標。31. 教學目標（1） 物理觀念說出渦電流的產生條件是磁場與導體之間有相互作

6、用。能識別電磁阻尼和電磁驅動現象。會解釋電磁阻尼及電磁驅動現象的物理原理。（2） 實驗探究通過本節課的大量實驗，體會物理概念形成中的實驗方法。通過“設計驅動小車”實驗，領會物理實驗探究的要素與過程。（3） 科學態度與責任感應電流形成渦流成因的探究，養成質疑的態度。電磁阻尼不同形狀、不同形式的實驗設計，形成精益求精的科學態度。對渦電流產生效應的利弊分析，養成正確的價值觀。利用渦流、電磁阻尼和電磁驅動的相關知識解釋物理問題。通過渦流、電磁阻尼和電磁驅動的學習，學會關注物理知識與高新技術、日常生活之間的聯系。（五）說教學方法 本節課需要學習渦電流、電磁阻尼和電磁驅動三個概念，渦電流的本質特征是感應電

7、流，而電磁阻尼和電磁驅動的本質特征是渦電流的機械效應。同時本節課與實際生活聯系較為緊密，因此，本節課采取以下教學方法： 1.利用演示實驗激發學生的興趣，同時引導學生思考。借助網絡平臺，指導學生歸納總結渦流、電磁阻尼和電磁驅動三個概念，并呈現系列反例使學生對概念的關鍵屬性加深認識。 2.在教學過程中，合理組織學生討論渦電流熱效應的利弊，使學生形成正確的科學技術觀。同時，利用電磁驅動的原理設計開放性探究實驗。在老師的指導下，讓學生根據已有的知識經驗對該問題設計出具體的解決方案，并與其他同學合作分享。（六）說教學程序1. 說教具學具準備 多媒體準備：本節課設置了較多的演示實驗，為了使學生能更好地觀察

8、實驗效果，使用了實物投影儀。 教具：螺線管、鐵芯、感溫變色手環、電磁爐、錫箔容器、金屬探測器、銅管、釹磁鐵若干、鋁制斜面 、鋁制圓盤、圓柱磁管、銅片圈、鎳質硬幣若干、電磁驅動演示教具、電動機轉子、鐵棒若干2. 說設計思路 整個課堂教學程序設計，從知識序來看，主要圍繞渦電流、電磁阻尼和電磁驅動三個概念展開。其中渦電流的產生機理是理解電磁阻尼和電磁驅動的基礎。因為電磁阻尼和電磁驅動是渦電流的機械效應的表現形式，原因是渦流在磁場中受到的安培力總是阻礙導體和磁場的相對運動。渦電流除了機械效應外還有熱效應。從認知序來看，本節課的學習以學生已有的認知為教學起點，其中包括安培力的概念、法拉第電磁感應定律以及

9、楞次定律的相關知識，并且學生已經學習過楞次定律的幾種表述。在教學過程中圍繞核心概念設計了一系列實驗，根據認知序列設計由易到難的問題鏈，使學生更有效地實施問題解決。從教學序來看，以實驗為基礎，以問題為紐帶，以情境為依托，遵循了從實驗到理論，從生活現象到物理概念的教學規律。 根據學生特點和學習內容的分析，在不同教學環節采用不同的教學方法。在進行渦流部分的教學時，學生通過參與實驗和實例分析，對于渦電流的熱效應有了感性的認識，故圍繞渦電流的熱效應組織討論教學從而達成問題的解決。在學生學習電磁阻尼和電磁驅動的過程中，主要采用對話式教學，實現教師、學生和文本三者的相互溝通與交流。3. 說教學流程新課導入

10、與學生共同完成金屬探測器實驗，激發學生的學習興趣。 新課教學（1） 渦流渦流 復習互感的知識，并設問當線圈中的電流隨時間變化時，若置于其附近的不是線圈而是導體，則導體內是否會產生感應電流？進而得出渦流的定義。并將渦流與水的旋渦做類比，加深學生對渦流的感性認識。 呼應新課導入環節中的金屬探測器實驗，引導學生思考利用渦流的知識解釋其工作原理，同時鼓勵學生發散思維，思考金屬探測器的工作原理在生活中可能還有哪些應用？渦流的熱效應 本環節主要演示兩個實驗及介紹兩項技術，體驗渦電流的熱效應。渦電流的熱效應在實際生活中有利有弊，引導學生辯證思考科學知識的應用和養成正確的科學觀。 實驗一，將鐵芯置于通交流電的

11、螺線管中，利用感溫變色材料反映鐵芯溫度的變化（如圖1所示）。通過此實驗引導學生思考渦電流的熱效應。同時說明由于金屬的電阻率很小，故渦電流產生的熱量很大。 實驗二，通過電磁爐加熱錫箔容器,，使學生感受電流的熱效應（如圖2所示），并通過設問的方式加深學生對渦電流熱效應的理解。 a.電磁爐在通交流電過程中會產生什么樣的磁場？ b.在錫箔容器中會產生什么？ c.能否利用此實驗解釋電磁爐的加熱原理？圖2電磁爐實驗 圖1 渦流熱效應實驗 介紹工業中用來冶煉金屬的高頻感應爐，并引導學生總結歸納這種加熱和冶煉方式的獨特優點。 展示電動機的轉子裝置，說明當線圈中流過變化的電流時渦流會產生大量的熱。實際應用中用相

12、互絕緣的硅鋼片疊成的鐵芯來代替整塊硅鋼鐵芯，使渦流受到絕緣的限制，只能在薄片范圍內活動，于是增加了電阻，減小了渦電流，使電能損耗降低。組織學生討論如何看待渦電流的熱效應在生活中的應用。（2） 電磁阻尼電磁阻尼 實驗三是鋁管實驗（如圖3所示）。在一根長鋁管中，先后自由釋放硬幣和釹磁鐵，學生可以觀察到磁鐵的下落速度明顯較慢。引導學生選取鋁管的任意橫截面作為研究對象，利用flash演示在磁鐵下落過程中通過鋁管的任一橫截面的磁通量變化情況（如圖4所示）。并依次提問以下三個問題：a.在磁鐵下落過程中，對于鋁管的任一橫截面來說其通過的磁通量發生了變化，故在這一橫截面中能產生什么？b.處在磁場中的渦電流受到

13、什么力的作用？c.根據楞次定律的另一種表述可推斷該安培力有什么作用效果？ 通過“問題”化教學內容的設計，使學生在問題解決的過程中理解電磁阻尼實驗現象的物理機理。 圖3 鋁管實驗圖4 電磁阻尼原理圖 實驗四，改變了磁體與運動物體之間的相互關系（如圖5所示）。讓一位同學在老師的指導下完成實驗。銅片圈在管狀的磁鐵上運動，可觀察到銅片圈的下落速度較一般下落時慢。 銅片圈 圖5 銅片圈實驗 實驗三與實驗四展現的是管狀物體的電磁阻尼現象，實驗五和實驗六展示的是平面物體的電磁阻尼現象，通過展示不同形狀以及不同相對運動方式的電磁阻尼現象，可消除學生的思維定勢。 在實驗五中，組織學生分組實驗，將磁鐵和塑料小球同

14、時放在斜面上，通過對比實驗，同學們可以觀察到兩個物體在斜面上滑下來的速度明顯不同（如圖6所示）。為了使學生更好地感受安培力阻礙相對運動的作用效果，可以讓同學用磁體在鋁板上滑動，體驗“阻礙”。 實驗六，普通圓盤轉動后在摩擦力的作用下會慢慢停下來，請同學思考能否利用剛才的實驗，想辦法使轉動著的圓盤速度迅速減慢（如圖7所示）？圖6 鋁板斜面實驗圖7 鋁制圓盤實驗 歸納總結上述實驗現象的統一規律，引導學生得出電磁阻尼現象的定義。 應用 根據實驗7的現象，引導學生思考其有什么實際應用（利用電磁阻尼原理設計汽車防抱死裝置）。 介紹上海中心大廈的電磁巨擺阻尼器。2014年9月，上海中心大廈的擺式電渦流調諧質

15、量阻尼器安裝到位。電渦流阻尼用于做超高層建筑防風阻尼器，這在國際上還是首次。這種阻尼器改變了用質量塊和吊索構成的巨型復擺，以消減由于大風引起的大樓晃動的傳統做法，是電磁阻尼的高科技新應用，是我國科技工作者的創舉。（3）電磁驅動演示蹄形磁鐵帶動鋁框轉動的實驗（如圖8所示），引導學生類比電磁驅動中安培力的作用效果，分析鋁框運動的原因，從而推理得到電磁驅動的概念。利用電磁驅動的實驗現象引導學生發散思維可以通過什么樣的操作將圖7所示實驗中的圓盤轉動起來。組織學生進行探究性實驗，實驗器材包括鋁板、鐵棒、磁鐵，實驗目的是由教師預設的，實驗方案的設計、實驗步驟的實施都由學生自主完成，組織學生分享交流各自的探

16、究成果。圖8 電磁驅動實驗 引導學生比較電磁阻尼和電磁驅動的實驗現象，從而歸納總結得到兩者的物理本質。 課堂小結：本節課學習了渦電流的定義，利用渦電流的熱效應在工程技術中有廣泛的應用。同時學習了渦電流的機械效應的兩種表現形式電磁阻尼和電磁驅動。4. 說板書設計實 質渦流、電磁阻尼和電磁驅動電磁阻尼電磁驅動效應定義實質渦流定義實驗應用定義探究實驗CAB 圖95. 說形成性評價與作業（1）如圖9所示，A、B、C為長度、粗細、厚薄均相同的圓管，A的材質是銅，B的材質是鋁，C的材質是塑料，它們豎直固定在相同高度。三個相同的磁片，其直徑略小于管子直徑，同時從A、B、C管上端的管口無初速釋放，穿越管子的過程中與管子均沒有發生碰撞。它們穿過管子的時間