【物理 】基于自制DIS系统进行法拉第电磁感应定律探究实验说课课件

基于自制DIS系统的法拉第电磁感应定律探究实验教师：学校：01.实验基本信息02.实验设计思路与创新点03.实验原理04.实验目标05.教学过程06.实验效果评价实验基本信息01教材分析 人教版（2019）选择性必修第二册第二章第2节法拉第电磁感应定律 法拉第电磁感应定律是电磁学的核心内容。它既是本章的教学重点，也是教学难点。教材内容只有一个“做一做”小实验，缺少感应电动势大小定量探究实验。并且小实验效果不理想甚至实验会失败，导致无法创设情境引导学生进行科学推理。所以我对本实验进行了改进创新，并设计了这个探究教学内容。学情分析01 高二的学生在此之前已学习了电磁感应现象及其应用、楞次定律，认识了感应电流的产生条件，能判断感应电流的方向，能从感应电流的角度认识电磁感应现象。02已掌握控制变量等实验方法，微分法、电脑处理实验数据等方法。03 已有一些信息技术基础，对现代技术如传感器、智能手机等有所了解。教学目标（一）物理观念认识磁通量的变化率、感应电动势及其规律，能解释电磁感应现象。（二）科学思维通过质疑创新、综合分析、科学推理并得出解决方案。（三）科学探究（1）从教材原型实验不理想中发现问题、分析问题、探究并创新实验方案；（2）按照创新的实验方案探究实验获取数据并处理分析影响感应电动势大小的因素，基于证据得出感应电动势的规律，并进行交流和反思。（四）科学态度与责任（1）培养敢于质疑创新，不迷信课本、实事求是的科学精神；（2）认识电磁感应现象的本质，应用科学知识解决实际问题。实验器材1 1、自制自制DISDIS系统系统（国产芯片乐鑫ESP32微处理器+Micropython代码、联合传感器收集数据、通过蓝牙连接智能手机，通过App-Phyphox记录和显示实验数据）2、亚克力管（1m、0.5m）支架含1m刻度尺、缓冲等3、线圈1（300匝）、线圈2(共400匝、每100匝一个接线头)4、圆柱形强磁体一组（直径为5、6、8、10mm）5 5、自制的自制的整流及峰值缓存器整流及峰值缓存器6 6、电表、导线等。实验设计思路与创新点02设计思路与创新点（一）采用自制数字化（DIS）实验系统代替了传统的电压表改进创新实验测量方式、便于记录实验数据、提高了测量的精确度；（二）多信息技术与高中物理的深度融合；（三）其他实验器材改进部分：（1）增加支架和刻度尺，加强了透明管和线圈的稳定性，方便测量强磁下落高度；（2）强磁体使用了30mm长度的圆柱体强磁体，避免磁体下落过程翻滚；（3）采用了一组高度相同、直径分别为5、6、8、10mm圆柱形强磁体，B相同，通过改变有效面积S来改变磁通量的变化；（4）采用“自制缓存器”进行整流及缓存峰值，让自制DIS系统能采集感应电动势峰值。（四）将教材定性实验改进为定量探究实验。设计思路与创新点自制数字化（DIS）实验系统代替了传统的电压表，多信息技术与高中物理的深度融合增加支架、刻度尺、缓冲、改用一组圆柱形强磁体等自制缓存器实验原理/实验设计思路03实验原理/实验设计思路自制DIS电压传感器自制整流及电压峰值缓存器xh实验教学目标04教学目标（一）物理观念认识磁通量的变化率、感应电动势及其规律，能解释电磁感应现象。（二）科学思维通过质疑创新、综合分析、科学推理并得出解决方案。（三）科学探究（1）从原型实验过程中发现问题、分析问题、探究并创新实验方案；（2）按照创新的实验方案探究实验获取数据并处理分析影响感应电动势大小的因素，基于证据得出感应电动势的规律，并进行交流和反思。（四）科学态度与责任（1）培养敢于质疑创新，不迷信课本、实事求是的科学精神；（2）认识电磁感应现象的本质，应用科学知识解决实际问题。实验教学过程05新课引入1）演示实验：初步了解自制DIS系统，线框与自制DIS连接，启动启动PhyphoxPhyphox，让磁体在线圈中“缓慢插入”和“快速拨出”直观呈现磁体穿过线圈一次产生的感应脉冲电信号。引导学生认识：闭合线圈中磁通量变化率越大，感应电流越大。2）运用对比分析方法引入感应电动势的概念t1t2I1I2教材原型“做一做”“做一做”:线圈的两端与电压表相连。将强磁体从长玻璃管上端由静止下落，穿过线圈。分别使线圈距离上管口 20 cm、30 cm、40 cm 和 50 cm，记录电压表的示数以及发生的现象。1、学生完成教材原型实验，仔细观察并发现问题。理论：磁体与线圈之间高度越大，电压表示数就会越大。实际：学生会发现，磁体与线圈之间下落高度越大，电压表示数就会越小。让 学 生 体 验 课 本“做 一 做”实 验，引 导 学 生 发 现 问题，敢 于 质 疑 创 新、探 究 改 进 实 验 方 案探究创新方案什么原因导致实验不理想？传统电压表局限性：1、机械结构造成局限；2、指针晃动快，不存储数据等。本实验感应电信号的特点：1、磁体穿过一次有正负两个峰值，方向发生变化；2、瞬间变化、时间很短。改用自制DIS系统：1、可视化、能存储记录数据；2、精度高、融合信息技术。改进措施：1、整流，去掉反向部分；2、串联二极管、小电容，延缓放电，缓存E峰值。其他部分改进：1、增加支架、刻度尺等；2、改用圆柱强磁体等。引导学生分析问题、解决问题、并试着创新实验方案。创新实验方案示意图自制整流及电压峰值缓存器自制DIS电压传感器智能手机APP探究实验一探究感应电动势与磁通量变化所用时间的关系 探究实验二探究感应电动势与磁通量变化的关系4）根据实验结果，绘制感应电动势E与磁通量的变化量的关系曲线，得E。1）选择同一个线圈和线圈所处位置不变）控制线圈匝数n和磁体下落高度h（t）保持不变。2）选取4个高度相同，直径D分别为5、6、8、10mm的磁体改变来进行实验（BS，B相同，所以D2）。3）测量每种磁体在线圈中下落产生的感应电动势E，并记录结果。探究实验三探究感应电动势与线圈匝数的关系3）根据实验结果，绘制感应电动势E与线圈匝数n的关系曲线，推导得En。1）固定线圈在同一位置和选用同一圆柱形磁体）控制磁体下落高度h(t)和保持不变。2）改变线圈的匝数n，测量不同匝数线圈中产生的感应电动势E，并记录结果。实验结论、误差分析、小组交流实验效果评价06实验效果评价（一）测量工具和部分设备进行了创新、采用了自制DIS系统，利用了智能手机等现代信息技术，较传统电表更能激发学生做实验的兴趣；（二）原教材“做一做”原实验的不理想，本方案能很好地探究法拉第电磁感应定律实验，将定性实验改进为定量探究实验，并且实验数据很理想；（三）与原实验比较，本方案稳定、精度高，便捷易操作，可视化效果好。（四）实验自制器材成本低、容易获得、适合农村条件薄弱学校推广应用。谢谢观看！