探究本地地磁場的教案設計
探究本地地磁場的教案設計
探究式教學是“以學生為中心，在整個教學過程中由教師起組織者、指導者、幫助者和促進者的作用，利用情境、協作、會話等學習環境要素充分發揮學生的主動性、積極性和首創精神，最終達到使學生有效地實現對當前所學知識的意義建構的目的”;強調學生對知識的主動探索、主動發現和對所學知識意義的主動建構。探究式教學符合新形勢下的教學理念、素質教育的創新精神，已廣泛地受到各位教育同仁的認可和重視。
在學習《電磁感應》後，我們確定了“探究本地地磁場”的課題，在探究式教學上做了一些有益的嘗試。下面就這次活動做一簡單回顧，同時也希望各位同行給以指正。
確定課題：
我們在“電磁感應現象”這一節備課時，就想到了這一個問題：有哪些方式可以實現磁生電?而為實現這個目的，在很大程度上取決於磁場提供的方式;而磁場提供方式常見的有磁體和電流的磁場。但我們在查閱資料時，發現有教師利用地磁場來研究電磁感應現象的方法。隨後，我們就進行了實驗，用導線做繩讓學生集體做跳繩的遊戲，用靈敏電流計檢測出在跳繩時導線中確實有電流產生。透過這個實驗不僅讓學生大開了眼界，也增添了不少樂趣，這個實驗給我們留下了深刻印象。
做完以上實驗後，有教師就提出：能不能測出本地的地磁場的強弱呢?當時我們就想到這肯定比較難，我們查閱了很多資料後發現在現今的中學物理中幾乎沒人涉足這一問題，我們在準備放棄時忽然意識到這是一個很好的探究課題。特別是探究式教學中的“重過程輕結果”及讓學生體會探究的科學過程的意義遠勝於知識灌輸的觀念大大激發和鼓勵了我們，於是我們決定把地磁場作為高二學生在學完《電磁感應》後的一個探究課題，並且還決定不要求結果有多準確，關鍵要學生好好體會一下探究的方法和在探究過程中科學素養的培養。當即我們確定如下目標：
1.透過探究讓學生感受、認識地磁場;
2.透過對本地地磁場的磁感強度測量，培養學生動手實驗，解決實際問題及綜合應用能力;
3.提高學生對磁場，電磁感應、運動學知識的理解能力;
4.培養學生的創新精神和探究思想;
5.透過對地磁場的探索過程，培養學生學習物理的興趣，以及對物理實驗的自覺性。
準備階段：
提前一週要求學生在圖書館或英特網上搜集有關地磁場的資料，以瞭解地磁場的特點、狀況和分佈;並查出本地(湖北興山)具體所處位置。
探究階段：
一、認識地磁場
由各小組同學選派一名代表將所蒐集並整理好的資料透過投影儀或幻燈片展示給大家。蒐集資料歸納如下：
⑴地磁場相當於一個巨大的條形磁體，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、認識本地地磁場
我們的家鄉湖北興山地處東經：110.46°、北緯：31.14°。因此我們家鄉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.磁感強度?
答：只要我們能測量出地磁場的水平分量和豎直分量，然後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：那麼怎樣才能測出地磁場的水平分量和豎直分量呢?
(學生討論並回答)
讓一段金屬導體沿水平方向做勻速直線運動，並在這段導體兩端連上靈敏電流計，從靈敏電流計上讀出感應電流的大小，利用閉合電路歐姆定律和法拉第電磁感應定律就可將地磁場的豎直分量計算出來。
原理：I=E/R=BLv/R B=IR/Lv
問3：這種方法可行嗎?(學生討論)
雖然原理是可行的，但實際操作卻很難做到，因為勻速直線是一種理想的運動，實際操作中很難做到。
問4：那如何改進呢?
只要記錄下金屬導體運動的最大速度，和電流計的最大電流值可以，因為它們是一一對應的。
問5：如何記錄下最大速度呢?又怎麼讓這段導體運動起來呢?
學生經討論得到以下方法：
讓學生拿著導體棒向前跑動(但不易測出速度來);電動機帶動(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：摩托車應該向哪個方向運動呢?(學生討論)
可以向任何方向運動只要保證導體棒是水平的及摩托車是水平運動的就行了!
問7：那我們又如何測出地磁場的水平分量?
受剛才的啟發，我們可以讓一金屬導體沿水平方向做自由落體運動，測出它的高度，記下電流計的最大電流，那麼這個電流和落地時的速度相對應，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，因為水平分量是由南指向北的。
經過以上討論和探究找到了實驗的方案：透過把導體棒放在摩托車上測出豎直分量;利用自由落體運動測出水平分量(導體棒必須沿東西方向)。
實驗及資料整理階段：
在多方的共同努力，我們用一個下午的時間測得資料如下：
1.測豎直分量相關資料：導體長度L=5.27m(把銅導線拉直後固定在竹竿上) 速度vxm=30km/h 總電阻R=135Ω 電流Im=10uA
計算得出：By=3×10-5T
2.測水平分量相關資料：導體長度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.根據圖1可以算出本地地磁場的磁感強度B=5×10-5T，方向與水平方向所成夾角α=37°。
探究後談體驗：
本課題涉及知識多、跨度大，應用到了直線運動、恆定電流、電磁感應和地磁場等知識，跨躍了力學與電學兩大板塊，對學生能力要求高，特別是綜合分析問題的能力。將書本上的知識應用到解決實際問題中去，在思維上是一個飛躍，是一個再創造的過程，因此本課題大大激發了學生的創新精神。利用身邊器材做一些小實驗甚至是意想不到的“大實驗”，這不僅是創新精神的體現，同時也暗示了物理學科的樸實性，物理學不一定都是那麼深奧難懂，並且與我們的生活息息相關。學生親自查詢資料、設計方案、動手實驗和處理資料，實實在在經過了一個探究過程，在探究過程中增添了學生學習物理的興趣;也磨練了學生的意志，學生體會到了在科學探究中不是一番風順的，有很多曲折要多次反覆才可能獲得成功。
從教學上看，我們感受到了新一輪課改帶給教師理念上的衝擊是巨大的，如果不改變過去那種以教師為中心忽略學生自身學習能動性的教學方法，不僅被時代所淘汰更主要是被學生所唾棄!在這次探究活動中，我們發現平常物理基礎很差或學習物理興趣不濃的同學也表現得非常突出，儘管他們沒有提出什麼有效的方法，但在實驗中他們是最熱心的一群，在探究結束時我們也看到了從他們臉上泛出的欣慰的笑容……當然，探究式教學不一定都要以一個課題的形式呈現出來，一個概念的引入、一種方法的形成、一個典型例題的講解都可以成為探究的內容，形式是不拘一格的，能用時就用，而且一定要用好。
因此，實施這個課題後，學生不僅從知識掌握上，還是能力的培養上，抑或是情感的體驗上帶給他們的影響應該是深遠的甚至是刻骨的，而對教師的影響同樣是深遠甚至是劃時代的!