探究本地地磁场的教案设计

时间：2021-08-31

　　探究式教学是“以学生为中心，在整个教学过程中由教师起组织者、指导者、帮助者和促进者的作用，利用情境、协作、会话等学习环境要素充分发挥学生的主动性、积极性和首创精神，最终达到使学生有效地实现对当前所学知识的意义建构的目的”;强调学生对知识的主动探索、主动发现和对所学知识意义的主动建构。探究式教学符合新形势下的教学理念、素质教育的创新精神，已广泛地受到各位教育同仁的认可和重视。

　　在学习《电磁感应》后，我们确定了“探究本地地磁场”的课题，在探究式教学上做了一些有益的尝试。下面就这次活动做一简单回顾，同时也希望各位同行给以指正。

　　确定课题：

　　我们在“电磁感应现象”这一节备课时，就想到了这一个问题：有哪些方式可以实现磁生电?而为实现这个目的，在很大程度上取决于磁场提供的方式;而磁场提供方式常见的有磁体和电流的磁场。但我们在查阅资料时，发现有教师利用地磁场来研究电磁感应现象的方法。随后，我们就进行了实验，用导线做绳让学生集体做跳绳的游戏，用灵敏电流计检测出在跳绳时导线中确实有电流产生。通过这个实验不仅让学生大开了眼界，也增添了不少乐趣，这个实验给我们留下了深刻印象。

　　做完以上实验后，有教师就提出：能不能测出本地的地磁场的强弱呢?当时我们就想到这肯定比较难，我们查阅了很多资料后发现在现今的中学物理中几乎没人涉足这一问题，我们在准备放弃时忽然意识到这是一个很好的探究课题。特别是探究式教学中的“重过程轻结果”及让学生体会探究的科学过程的意义远胜于知识灌输的观念大大激发和鼓励了我们，于是我们决定把地磁场作为高二学生在学完《电磁感应》后的一个探究课题，并且还决定不要求结果有多准确，关键要学生好好体会一下探究的方法和在探究过程中科学素养的培养。当即我们确定如下目标：

　　1.通过探究让学生感受、认识地磁场;

　　2.通过对本地地磁场的磁感强度测量，培养学生动手实验，解决实际问题及综合应用能力;

　　3.提高学生对磁场，电磁感应、运动学知识的理解能力;

　　4.培养学生的创新精神和探究思想;

　　5.通过对地磁场的探索过程，培养学生学习物理的兴趣，以及对物理实验的自觉性。

　　准备阶段：

　　提前一周要求学生在图书馆或英特网上搜集有关地磁场的资料，以了解地磁场的特点、状况和分布;并查出本地(湖北兴山)具体所处位置。

　　探究阶段：

　　一、认识地磁场

　　由各小组同学选派一名代表将所搜集并整理好的资料通过投影仪或幻灯片展示给大家。搜集资料归纳如下：

　　⑴地磁场相当于一个巨大的条形磁体，它的北极在地理南极、南极在地理北极;另外，地磁的南北极与地理的南北极不在同一直线上而有一定的偏角，叫磁偏角。

　　⑵在地理南极地磁场方向竖直向上，地理北极处是竖直向下的，赤道处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、认识本地地磁场

　　我们的家乡湖北兴山地处东经：110.46°、北纬：31.14°。因此我们家乡的地磁场是斜向下方的。

　　三、本地地磁场的测量方法及原理

　　问1：如何测出本地地磁场的`磁感强度?

　　答：只要我们能测量出地磁场的水平分量和竖直分量，然后利用平行四边形定则就可以算出地磁场的大小和方向。如图1所示。

　　问2：那么怎样才能测出地磁场的水平分量和竖直分量呢?

　　(学生讨论并回答)

　　让一段金属导体沿水平方向做匀速直线运动，并在这段导体两端连上灵敏电流计，从灵敏电流计上读出感应电流的大小，利用闭合电路欧姆定律和法拉第电磁感应定律就可将地磁场的竖直分量计算出来。

　　原理：I=E/R=BLv/R B=IR/Lv

　　问3：这种方法可行吗?(学生讨论)

　　虽然原理是可行的，但实际操作却很难做到，因为匀速直线是一种理想的运动，实际操作中很难做到。

　　问4：那如何改进呢?

　　只要记录下金属导体运动的最大速度，和电流计的最大电流值可以，因为它们是一一对应的。

　　问5：如何记录下最大速度呢?又怎么让这段导体运动起来呢?

　　学生经讨论得到以下方法：

　　让学生拿着导体棒向前跑动(但不易测出速度来);电动机带动(也不容易测出速度来);放在摩托车上(速度可以由速度表上读出最大速度)。

　　问6：摩托车应该向哪个方向运动呢?(学生讨论)

　　可以向任何方向运动只要保证导体棒是水平的及摩托车是水平运动的就行了!

　　问7：那我们又如何测出地磁场的水平分量?

　　受刚才的启发，我们可以让一金属导体沿水平方向做自由落体运动，测出它的高度，记下电流计的最大电流，那么这个电流和落地时的速度相对应，从而就可以算出地磁场的水平分量。

　　问8：金属杆只要沿水平方向自由下落可以吗?

　　不行，必须要沿东西方向自由下落，因为水平分量是由南指向北的。

　　经过以上讨论和探究找到了实验的方案：通过把导体棒放在摩托车上测出竖直分量;利用自由落体运动测出水平分量(导体棒必须沿东西方向)。

　　实验及数据整理阶段：

　　在多方的共同努力，我们用一个下午的时间测得数据如下：

　　1.测竖直分量相关数据：导体长度L=5.27m(把铜导线拉直后固定在竹竿上) 速度vxm=30km/h 总电阻R=135Ω 电流Im=10uA

　　计算得出：By=3×10-5T

　　2.测水平分量相关数据：导体长度L=5.27m 总电阻R=135Ω 金属杆自由下落高度h=3.95m 电流Im=15uA

　　Bx=4×10-5T

　　3.根据图1可以算出本地地磁场的磁感强度B=5×10-5T，方向与水平方向所成夹角α=37°。

　　探究后谈体验：

　　本课题涉及知识多、跨度大，应用到了直线运动、恒定电流、电磁感应和地磁场等知识，跨跃了力学与电学两大板块，对学生能力要求高，特别是综合分析问题的能力。将书本上的知识应用到解决实际问题中去，在思维上是一个飞跃，是一个再创造的过程，因此本课题大大激发了学生的创新精神。利用身边器材做一些小实验甚至是意想不到的“大实验”，这不仅是创新精神的体现，同时也暗示了物理学科的朴实性，物理学不一定都是那么深奥难懂，并且与我们的生活息息相关。学生亲自查找资料、设计方案、动手实验和处理数据，实实在在经过了一个探究过程，在探究过程中增添了学生学习物理的兴趣;也磨练了学生的意志，学生体会到了在科学探究中不是一番风顺的，有很多曲折要多次反复才可能获得成功。

　　从教学上看，我们感受到了新一轮课改带给教师理念上的冲击是巨大的，如果不改变过去那种以教师为中心忽略学生自身学习能动性的教学方法，不仅被时代所淘汰更主要是被学生所唾弃!在这次探究活动中，我们发现平常物理基础很差或学习物理兴趣不浓的同学也表现得非常突出，尽管他们没有提出什么有效的方法，但在实验中他们是最热心的一群，在探究结束时我们也看到了从他们脸上泛出的欣慰的笑容……当然，探究式教学不一定都要以一个课题的形式呈现出来，一个概念的引入、一种方法的形成、一个典型例题的讲解都可以成为探究的内容，形式是不拘一格的，能用时就用，而且一定要用好。

　　因此，实施这个课题后，学生不仅从知识掌握上，还是能力的培养上，抑或是情感的体验上带给他们的影响应该是深远的甚至是刻骨的，而对教师的影响同样是深远甚至是划时代的!

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