电磁学2-金属探测器讲义

小小发明家系列课讲义电磁学模块第二讲：金属探测器一、课程目标知识学习目标：1.重点理解生活里的电磁波；2.重点掌握金属探测器的工作原理：电磁波的发射与回收（课堂中强调三遍以上，通过探究学习引导；3.一般了解金属探测器的历史由来；4.一般了解金属探测器在生活中的应用。探究学习目标：1.通过游戏探索互动模式让学生在玩中学；2.通过趣味故事及生活中的科学现象激发学生对身边的科学产生兴趣；3.通过实验演示和互动参与，激发学生主动思考和探索，体验科学的乐趣，引导学生自主掌握知识学习目标中的重点。火星盒子制作目标：1.观察和认识金属探测器的组成部分和主要元器件；2.在教师指导下，动手组装完成金属探测器；3.学会金属探测器的使用场景和使用方法。二、课堂组织形式1.设计互动参与游戏2.组织开放式问题讨论3.问答式课堂互动4.融入趣味故事讲解5.设计互动探究实验6.火星盒子制作演示和指导7.课后习题巩固三、课堂准备名称内容来源备注1PPT课件课程全流程演示文稿，PPT备注为台词火星人课件根据课堂实际设置删减或调整顺序2组装制作说明视频组装制作金属探测器的说明视频火星人备课视频约6分钟的组装流程视频说明3互动游戏教具若干个不透明盒子（比如火星盒子大小，不要太大）/文件袋/信封课前在每个里面内藏一种物品，比如塑料、钢尺、易拉罐瓶、纸张、金属片、刀等，注意种类要丰富，包含多种金属和非金属物体。需教师自己准备（详细方法参考火星人备课视频）注意事项：（1金属尺寸不要太小比如螺丝刀虽是金属但可能探测不到；（2较薄的金属要用胶带贴在盒子一侧，否则可能探测不到。4互动实验教具无线输电装置套件及线圈小灯；（使用方法参考火星人备课视频）实验测试物品若干，如纸张、玻璃杯、课本、塑料板、金属板、手机等（可随机借用身边有的物品须包含金属和非金属两种不同的物品）需教师自己准备（详细方法参考火星人备课视频）注意事项：（1测试物品多样化须包括金属和非金属；（2）测试物品厚度须在1cm以下5学生组装器材及工具火星盒子——金属探测（每人一套螺丝刀（每人一套）火星盒子需按学生数量在商城订注意事项：火星盒子和螺丝刀提前收好，需要购；螺丝刀需根据学生数量由教师提前准备。在理论讲解之后，如果在课前即摆在学生面前，会极大分散学生的注意力，不利于理论知识讲解和课堂互动。6课后习题考核本科学习知识点，客观题+主观题本讲义最后部分四、详细上课流程本节课括课热和8步具体：（）通过星故介绍本课的背景，复习课的内，时长在5分钟内。（第-5步论讲时控需在-0分钟通过游引插趣味事讲识过实演和互动完重点（金属测器）的传。（）第6步为动手操组装金属探器，师指导维护、保证全，控制在-0分。（）第7步为总结，第8步置家庭动作控制在0分钟。上课步骤主要内容注意事项【课堂预热】背景引入【对应PPT】火星来信【时长】2min【情景引入-火星来信听说火星在宇宙中发现了一批神秘的电波火星博士忧心忡忡说恐怕宇宙大战就要开始了，火星进入全员戒备状态，开始全面检查外来人员。小火星写信求助，怎么能检查出来那些带了危险物品的人呢？（1）不要在课程开始时发给学生盒子器材，会分散学生注意力。【知识回顾】巩固上节知识【对应PPT】内容复习【时长】3min【提问】带领学生回忆上节课的主要内容【第1步】互动游戏引入【对应PPT“拯救球”部分【时长】5-8min【场景布置】老师把准备的若干个不透明盒子/文件袋/信封在教室里摆好，位置比较明显且学生可以触碰到，也可以放在讲台上。（1）金属尺寸不要太小，比如螺丝刀是检查不出来的。（2）较薄的金属要用胶带贴在盒子一侧，否则可能探测不到。【游戏背景】有一群外星人想要消灭人类，他们带了一些危险的物品藏在宝盒里，现在他们睡着了，需要你们这些正义的小天使拯救人类，抓紧时间找出危险品，但是前提是不能用手触碰宝盒，不能移动宝盒，否则外星人就会苏醒，人类就没救啦。此处建议播放具有神秘感的音（如美剧X档案的主题曲。【游戏过程】先让学生观察宝盒，猜想哪一个是危险的；接下来给孩子们一个神奇的魔（金属探测器成品让他们轮流来检查盒子；最后把报警的盒子挑出来，小心翼翼打开，取出危险物品交给老师妥善保管。先将金属探测器描述成为“神奇的魔杖，不要说出“金属探测器”名称。【引入主题】让学生们观察危险物品特点，在引导下由学生自己总结出危险物品的共同特点，都是主要有金属材料组成，引入主题金属探测器。引导学生总结“金属后再说“金属探测器”的名称。【第2步】金属探测器历史由来【对应PPT“谁发了金属探测器？”部分【时长】5min【陈述】讲到这里大家认识金属探测器了吗？那这么有用的一个工具又是从何而来的呢？【讲解】老师放历史由来这一部分的PP并且根据PT备注讲解贝尔明金属探测器的故事。详情见附录二。【第3步】金属探测器主要用途【对应PPT“金属测器有什么用呢？”部分【时长】15in【陈述】虽然贝尔发明了金属探测器但是当时并没有受到重视，直到几十年后金属探测器才开始被真正的利用起来。【讲解】老师放映实际应（扫雷寻宝考古食品检查、安检）这一部分的PPT，并根据PT注讲解金属探测器的几种应用。详情见附录三。【总结】除了安检之外，金属探测器还有可以用于扫雷、考古、淘金、食品检验等等，应用非常广泛。【第4步】认识电磁波【对应PPT“身边电磁波”部分【时长】5min【讲解】金属探测器是如何找到金属的呢其实是因为金属探测器可以发出一种物质叫电磁波。电磁波是什么呢？可能很多人觉得陌生，但实际上电磁波就在我们的身边。比如手机，每天我们都要打电话，一个人说话另一个人在地球的对面都可以听到，声音是靠什么传递过去的呢？就是我们平时说的无线电，而无线电就是一种电磁波。而我们平时上网时连接的WIFI也是电磁波手机的右上角就会显示打电话的信号以及WIFI信号。这里注意逻辑转折突然提出电磁波会比较突兀注意节奏和适当的陈述性铺垫。【讲解】除此之外，无线电视、收音机都是利用的电磁波，你看很多楼顶上的基站就是传递电磁波的中转站，包括我们开车出行时用的导航，也是电磁波。还有我们家里常用来加热食物的微波炉，用的是微波加热的，微是小的意思，微波就是比较短的波，也是一种电磁波。微波炉可以加热食物，但是微波炉里能不能加热金属呢？比如拿一（1本节课关于电磁波只做初步认识，因为是第一节课学生们只需要知道生活里的无线电等就是电磁波即可后续的课程会对电磁波的波谱特性和具体应用有详细的介绍。个铁盘子来盛食物加热可以吗？这个问题我们先放着。【第5步】金属探测器工作原理【对应PPT“金属测器为什么会报警？”部分【时长】15in【故事】我们先来看看电磁波是怎么被发现的300多年前有一个特别爱做实验的科学家他的名字叫做法拉第，有一次他做了这么样一个实验，他将两条独立的电线环绕在一个大铁环，绕成两个大线圈，固定在椅子上，并在其中一个线圈上通上电，结果另外一个线圈也产生电流。什么是线圈呢就是老师手里拿这个用铜线绕成一圈一圈的。两个线圈没有连接在一起，怎么就能隔空传输电呢？现在我们知道了，其实就是靠的电磁波。我们一起做一下这个实验。【实验】①取无线输电装置藏在纸张下面。②取出一个无线输电小灯，以表演魔术的形式把灯点亮。(靠近无线输电装置，让学生猜测小灯是否可以自己亮起来，然后打开手掌)③揭秘魔术，取走纸张，露出无线输电装置，告知装置就是一个发射线圈，线圈发出了神秘的电磁波，隔空点亮了实验中适当增加与学生的互动比如让学生来进行实验操作拿灯放材料等。小灯。④在小灯和无线输电装置之间分别放上准备好的不同的材料，从薄到厚，从小到大，比如从一张纸到一本书。并且问学生它们能否挡住电磁波，学生猜测后再进行实验观察效果。⑤实验结果强调：通电的线圈可以发出电磁波并且隔空传输电；电磁波可以穿透纸张、玻璃等材料，却不能穿透金属（放出PPT上的线圈和金属图片）【讲解】金属探测器的工作原理就是发射返回电磁波依靠线圈发射电磁波，遇到塑料、玻璃等等材料电磁波就直接穿过去了但是遇到金属不但不能穿过金属还会反抗”你竟然拿电磁波攻击我我也要打回去于是金属又发回去一个电磁波，此刻另一个线圈就会接收到返回来的电磁波，就会让蜂鸣器开始报警，提示你前方有“敌人反抗”——金属。配合PPT画图和板书【提问】那现在大家知道微波炉能不能加热金属容器装的食物了吗？【讲解】电磁波靠微波加热食物，食物吸收微波的热量，微波是一种电磁波，不能穿透金属，导致微波炉中积聚大量的微波无处释放导致高温，会出现失火。爆炸等现象。所以不能用金属容器。【问答】如果你有一个金属探测器，你会用来做什么呢？目的是活跃课堂气氛保护孩子求知欲和想象力，让孩子表达想法。【第6步】动手制作金属探测器【对应PPT“开始手制作啦”部分【视频辅导此时可以播放/暂停6分钟的组装说明视频作为指导。【时长】40-0min①指导学生打开包装盒将零件分类摆放整齐在自己前方桌面上。（1物品摆放不要太靠近自己的身体，否则容易掉在地上.（2）螺丝钉长短不一，要分开放置，为避免散乱和掉落也可把螺丝和垫片一直放在袋子内。②讲解各元器件的形状和功能，主要的元器件如下：讲解主要元器件是要回顾金属探测器原理对应到实物第一个线圈发射电磁波遇到金属后被挡住金属做出反抗返回电磁波由第二个线圈接收返回的电磁波，驱动蜂鸣器报警。a.线圈模块两组线圈通电后一组线圈发射电磁波，另一组线圈接收金属回射过来的电磁波。b.金属探测器模块：接收金属回射过来的电磁波后，驱动喇叭报警。c.开关模块，打开关闭金属探测器③讲解连线方式，并指导学生完成连接。连线图如下：充电宝接开关模块的输入端；开关的输出端接金属探测器模块的电源接口；金属探测器的线圈接口连接线圈模块的线圈接口。注意讲请电路连接的逻辑关系④告知学生各元器件的安装方式并指导学生按顺序完成正确位置的安装（1）线圈模块固定在一侧，开关和探测模块固定在另一侧每个电路板下都加上白色圆形隔离柱。（2）详细安装步骤参考火星人备课视频。⑤指导学生进行测试，并教给学生如何调节灵敏度灵敏度调节旋转按钮灵敏度调整：1.出现以下两种情况则需要进行灵敏度调整a即使贴近金属也无法报警；b、不管有没有遇到金属，金属探测器一直报警。2.打开金属探测器开关，用一把小的螺丝刀去调节滑动变阻器遇到a类情形顺时针旋转调至发声再逆时针旋转微调至刚好不发声遇到b类情形逆时针旋转微调至刚好不发声。【第7步】课程总结【对应T“今天你学到了什么？”部分【时长】10in老师根据ppt里的知识图谱回顾本节课学习过的知识要点，如金属探测器的由来、应用和工作原理等。然后带领学生完成课后习题。需再次强调工作原理。【第8步】课程结束【对应PPT“谢谢部分布置延伸到家庭中的课后作业，让家长把钥匙藏在身上或某个固定区域内，孩子用金属探测器找到。或其他形式目的是让学生与家长之间有关于所学内容的互动交流附一：课后习题及解析1.携带下列物品乘坐地铁，会使安检仪报警的是（）A．木剑 ．塑料小刀．矿泉水 D．手机2.金属探测器利用的是（ ）发射与回收。A．电磁波 ．金属．超声波 D．光3.金属探测器在生活广泛应用，请至少列举三种。4.人类徜徉在电磁波的海洋里说一说你认识哪些电磁波或者认为生活里还有什么可能是电磁波？5.你知道金属探测器为什么遇到金属会报警了吗？6.你觉得金属探测器有用吗？完成了你的小发明，你想拿它来做什么呢？答案和解析：1.D解析AC都不是金属不能是安检仪报警D是金属可以使安检仪报警2.A解析：金属探测器的工作原理是发射回收电磁波3.安检、淘金、扫雷、考古、食品检查4.手机信号、WIF、导航、无线电视、微波炉等。后一个问题学生自由想象。5.（仅供参考，不限制学生怎么回答，包含电磁波-发射-回收或者反射均可）金属探测器的工作原理是发射回收电磁波，内置一个线圈通电后可以发出电磁波，电磁波可以穿透木头玻璃人等等但是无法穿透金属金属还会反射回来电磁波，另一个线圈接收到反射的电磁波就会驱动喇叭报警。6.开放性设置附二：贝尔的故事说到金属探测器来源就不得不提到我们的手机因为正是发明世界上第一部电话的人——贝尔，发明了金属探测器。这是一个离奇的故事.....贝尔发明电话没几年美国历史上就出现了一个任职只有199天的统他叫加菲尔德是个数学家还是一名少将非常有才干可惜刚刚被选举为总统几个月就被一个落魄的律师袭击了加菲尔德身中两枪一枪在胳膊上一枪在背上危在旦夕啊立马被送到了医院医生紧急抢救开始取出子弹胳膊上的子弹很快被取出来了可背上那颗穿透了总统的身体打的太深找不着了这医生焦头烂额啊眼看着总统一直流血却束手无策那怎么办呢？总不能把总统整个背都剖开看看吧那子弹还没找着估计就开刀开死了于是有个机智的医生想到了贝尔赶忙给贝尔打了个电话让贝尔出个主意找找这子弹到底在哪贝尔一听这事得帮忙啊于是就花了几天时间做做一个小小的金属探测器叮嘱医生说我这儿探测器对金属非常敏感总统身上可千万不能带金属的装饰医生也很注意啊检查好总统没有其他金属就开始用金属探测器找子弹大家猜猜看子弹能找到吗？。然而并没有，这个小小的金属探测器只要一靠近总统，就滴滴滴的响个不停这是怎么回事呢？难道总统是钢铁侠吗？当然不是但是医生百思不得其解最后也没能找到子弹子弹一直在总统体内导致重金属中毒加上又一直流血，最后总统躺在病床上坚持了两个多月以后终于醒不过来了。附三：金属探测器的应用【应用举例【例一】就在几十年后，世界大战爆发了，战场上出现了一种杀伤力非常大的隐形武器看不见摸不着却一不小心就被炸死了同学们猜猜看是什么呢？就是地雷当然不是电脑游戏里扫雷里那个地雷而是真正的地雷它们埋在地下一不小踩到就会被炸死我们国家在抗日战争的时候就使用了大量的地雷那么这么凶残的武器应该怎么对付呢？人要能长一双透视土地的眼就好了啊同学们一下子就想到了用金属探测器真是个好主意当时的地雷可都是有着坚硬的金属外壳用金属探测器就可以轻轻松松把它找出来战争中它的学名叫做扫雷仪。【应用举例】【例二】 当然地雷战已经是很多年前的事情了现在地雷已经被禁用了那么金属探测器还有什么用途呢？大家有没有听说过盗墓或者看过这样的电视就是偷偷的去挖古人的坟墓目的是找一些贵重的古董拿去卖掉。有一种职业光明正大的刨人坟墓的大家知道是什么嘛？就是考古学家研究历史，保护中国古代的文物。比如上图就是考古学家在山东的一个小镇上发现的一个古墓里边放了很多古文物