《超導磁懸浮列車》教學設計
[物理新課程（選修）]
新安中學 劉蕓
一、教學設計思路
1． 在學生學完“楞次定律“之后，引導學生所學知識應用于高科技——超導磁懸浮列車，利用網絡優勢，讓學生上網去探究”磁懸浮“的有關知識，拓寬知識面；本節采用了自主、開放的學習模式，在教師指導下充分運用多媒體技術，把學生分成若干組，由學生自己動手操作檢索、歸納，獲得有關超導（原理、優越性、安全性以及發展情況等）有利用調動學生的情感參與，使教師作用能融入于學生的主體精神之中，培養學生探究意識，團結協作精神，使學生學有所得，提高教學的整體效益。
2．學生的要求：
要求學生要有較強的計算機操作能力，自主學習能力，協作能力，語言表達能力。
3．教學目標、重點、難點的確立：
依據當前大綜合考試的要求和學生的認知規律及現有的知識水平。
4．重視問題情境的創設和學生思維動機的激發，引導學生主動探究和建構知識，是優化本課堂教學過程的有效途徑。
二、教學目標
知識與技能：
1．理解當前磁懸浮列車的兩種成熟技術，常導和超導
2．了解磁懸浮列車的優勢和不足
3．清楚磁懸浮列車的懸浮原理和驅動原理
1． 鍛煉學生利用網絡自主學習的能力
過程與方法：
通過磁懸浮列車知識的學習過程，培養學生自主學習能力，分析綜合能力，語言表達能力，知識遷移能力
情感態度與價值觀：
培養學生熱愛科學、獻身科學的志向
三、教學重點
1．磁懸浮列車的兩種成熟技術，常導和超導
2．磁懸浮列車的懸浮原理和驅動原理
3．磁懸浮列車的優勢和不足
四、教學難點
1．磁懸浮列車的懸浮原理和驅動原理
2．探究的過程
五、教法：自主學習、問題討論、多向交流相結合的教學法
六、課型：網絡環境課
七、課時：一課時。
八、教學流程圖:
九、教學過程
﹙一﹚﹑確定課題
1、通過復習“楞次定律“的內容，提出問題：（多媒體課件展示）
超導是當今高科技的熱點。當一塊磁體靠近超導體時，超導體會產生強大的電流，對磁體有排斥作用，這種排斥力可使磁體懸浮于空中。
你能運用所學的物理知識簡要說明為什么會出現這種現象？
引導學生回答：
通過超導磁懸浮列車圖片的展示（網絡播放）簡介超導磁懸浮列車的優越性和研制的重大意義。確定課題：
21世紀人類理想的交通工具——超導磁懸浮列車
提出一系列有關問題
（1）磁懸浮列車的原理是什么？
（2）磁懸浮”的構想是由那個國家誰最早提出的？磁懸浮列車包含兩項什么基礎技術？
（3）“磁懸浮列車分為常導型和超導型兩大類，它們有什么不同？
（4）簡述磁懸浮列車的發展
(5)超導磁懸浮列車有什么優越性和不足之處?
(6)乘座高速的磁懸浮列車安全嗎?是否會受到磁輻射的傷害？
(7)超導磁懸浮列車是否也像普通列車一樣需要兩條軌道?在架線路上與普通軌道有何不同?
(8)你能說說我國超導磁懸浮列車的發展狀況以及進程.
(9)超導磁懸浮列車的外觀有什么特點?目前超導磁懸浮車的車速在每小時幾百千米左右,若繼續提速會遇到什么難題?
引導學生利用網絡資源,上網查詢,篩選 、歸納、試回答.
2 把學生分成若干組，每3—4人，每組只回答兩個問題。
﹙二﹚﹑搜集資料、分析資料
學生在教師的指導下，每組根據所要回答的問題進行分工，在網站上檢索、查閱，對查閱的資料下載、篩選、歸納和組合，提取有用的信息形成自己的觀點。
﹙三﹚﹑交流(師生協作、共同活動）
每組派代表，通過網絡展示自己的觀點，在網上進行交流、討論。而后教師點評，提供“參考答案”，讓學生參閱、對照。提出見解。
本次課各小組發言摘錄如下：
1 原理:就是利用車體兩側安裝的電磁鐵同地面上設置的線圈之間產生的磁力排斥作用,使列車懸浮起來，然后靠利用直線運動推動車體前進的線性馬達（而不是靠轉動）使列車向前飛奔。磁懸浮列車在列車的底部有用一般材料或超導體材料（在一定溫度下這種導體的電阻接近于零）繞制的線圈，而在軌道上安裝環形線圈。根據法拉弟的電磁感應定律，當列車底部的線圈通入電流產生的磁力線被軌道環形線圈所切割,就在環形線圈產生感應磁場,它與列車后部超導線圈產生的磁場同性相斥，就使列車懸浮起來。由于磁懸浮列車克服了輪
子和軌道的摩擦阻力，因而使列車的速度達到或超過每小時300千米。
2 磁懸浮技術的研究源于德國，早在1922年Hermann Kemper 先生就提出了電磁懸浮原理,并于1934年申請了磁浮列車的專利。
懸浮的原理:列車上裝有超導磁體，由于懸浮而在線圈子上高速前進。這些線圈子固定在鐵路的底部，由于電磁感應，在線圈子里產生電流，地面上線圈產生的磁場極性與列車的電磁體極性總是保持相同,這樣在線圈和電磁體之間就會一直存在排斥力，從而使列車懸浮起來。
前進的原理：在位于軌道兩側的線圈子里流動的交流電，能將線圈變為電磁體。由于它與列車上的超導電磁體的相互作用,就使列車開動起來。列車前進是因為列車頭部的電磁體（N極）被安裝在靠前一點的軌道上的電磁體（S極）所吸引，并且同時又被安裝在軌道上稍后一點的電磁體（N極）所排斥。在線圈子里流動的電流流向就反轉過來了。其結果就是原來那個S極線圈。現在變為N極線圈了，反之亦然。這樣，列車由于電磁極性的轉換而得以持續向前奔馳。根據車速通過電能轉換器高速在線圈里流動的交流電的頻率和電壓。
3 .1911年，俄國托本斯克工藝學院的一位教授曾根據電磁作用原理，設計并制成一個磁墊列車模型。該模型行駛時不與鐵軌直接接觸，而是利用電磁排斥力使車輛懸浮而與鐵軌脫離，并用電動機驅動車輛快速前進。
1960年美國科學家詹母斯.鮑威爾和高登.丹提出磁懸浮列車的設計,利用強大的磁場將列車提升至離軌幾十毫米,以時速300公里行駛而不與軌道發生摩擦。遺撼的是，他們的設計沒有被美國所重視，而是被日本和德國捷足先登。德國的磁懸浮列車采用磁力吸引的原理，克勞斯.馬菲公司和MBB公司于1971年研制成常導電磁鐵吸引式磁浮模型試驗車。英國于1984年在伯翰建成低速磁力懸浮式鐵路并投入使用，其磁浮列車的稱為“瑪戈萊夫”，由一臺異步線性電動機驅動，運行時高出軌面15毫米，它由個車廂組成，每個車廂能載40名乘客。列車上無駕駛員，由計算機自動控制。
隨著超導和高溫超導熱的出現。推動了超導磁懸浮列車的研制。這種超導磁懸浮列車利用超導磁石使車體上浮，通過周期性地交換磁極方向而獲得推進動力。日本于1977年制成了ML500型超導磁浮列車的實驗車，1979年月12月達到了每小時517千米的高速度，證明了用磁懸浮方式高速行駛的可能性。1987年3月，日本完成了超導體磁懸浮列車的原型 車，
其外形呈流線形，車重17噸，可載44人，最高時速為420公里，車上裝備的超導體電磁鐵所產生的電磁力與地面槽形導軌上的線圈所產生的電磁力互相排斥，從而使車體上浮。槽形導軌兩側的線圈與車上電磁鐵之間相互作用，從而產生牽引力使車體一邊懸浮一邊前進。由于是懸空行駛，因而基本上不用車輪。但在起動時，還需有車輪做輔助支撐，這和飛機起隆時需要輪子相似。這列超導磁懸浮列車由于試驗線路太短。末能充分展示出懸空的卓越性能。
目前 ，美國正在研制地下真空磁懸浮超音速列車。這種神奇的“行星列車”設計最高時速為2。25萬公里，是音速的20多倍。它橫穿美國大陸只需21分鐘，而噴氣式客機則需要5小時。這項計劃要求在地下挖出隧道，鋪設兩根至四根直徑為12米的管道，然后抽出管道中的空氣，使其接近真空狀態，最后再用超導方式行駛磁懸浮列車。
德國開發的磁懸浮列車Transrapid于1989年在埃姆斯蘭試驗線上達到每小時436公里的速度。日本開發的磁懸浮列車MAGLEV（Magnetically Levitated Trains）于１９７７年１２月在山梨縣的試驗線上創造出每小時５５０公里的世界最高紀錄。德國和日本兩國在經過長期反復的論證之后，均認為有可能于下個世紀中葉以前頭使用權磁懸殊浮列車在本國投入運營。
由于一節課時間有限，無法較全面回答、了解超導磁懸浮車的有關問題，故在課后留給學生一系列問題，讓學生課后上網查閱、收集資料，討論和總結。
本節課的設計體現了“研究性學習”的教學模式，以學生生活，社會生活和高科技中確定研究課題，以個體或小組全作的方式進行；利用互聯網上信息資源的優勢，發揮學生的主體作用，通過依靠學生自己獨立思考和相互協作、討論，親自踐來完成學習任務，并能在研究中以創造性思維來解決問題，給學生創造成功的機會；將學生的自主探索、研究和教師的主導作用進行有機結合，使教師的作用真正融入學生的主體精神之中，學生的積極性、主動性、學習興趣、動手能力等方面得到了培養，讓學生體會到學習物理的必要性和迫切性，讓學生走近物理，走近當今高科技。學生在這里不僅僅學會了知識，更要的是學會學習、學會了協作、學會了研究和探索。
