電磁感應中“阻礙”變化也可見

周上游

(上海市嘉定一中 上海 201808)

1834年俄國物理學家楞次概括了各種實驗結果，提出了直接判斷感應電流方向的法則，即楞次定律,閉合回路中產生感應電流的磁場總是要阻礙引起感應電流磁通量的變化.在進行楞次定律的教學中，學生通常不太理解定律中“阻礙變化”的涵義.

筆者在教學中，用實驗來突破學生理解上的難點，讓學生體會學會學習的途徑，培養其學習能力，使其具有一定的信息素質，即獲取、辨識、判斷、創生信息的能力.同時，讓學生學會思考，培養學生的創造性思維和科學思維方式，即好奇心、問題意識及提出問題的能力.

1 常規教學手段

1.1 順口溜的教學

我們先來看看部分教師在講解楞次定律時采用的方法.通常教師教學時采用語言表述的方式，如“磁通量增加時，感應電流的磁場與引起感應電流的磁場方向相反；磁通量減小時，感應電流的磁場與引起感應電流的磁場方向相同”，進而告訴學生記憶方法為“增反減同”.這是采用記憶的方法，學生理解存在困難，不利學生的學習發展.

1.2 知識性實驗的教學

有的教師采用實驗教學，如圖1，用兩根60 cm左右的管子，一根為塑料管，一根為鋁管.讓兩塊小磁鐵(釹磁鐵)從鋁管和塑料管上端同時下落，對比兩塊小磁鐵的下落時間，可觀察到，通過塑料管用時很短，通過鋁管時間比較長.請學生思考，磁鐵通過塑料管過程中做什么運動.可得出,沒有阻力時，磁鐵做自由落體運動，可計算出通過塑料管的時間很短；磁鐵通過鋁管時間較長，所以感應電流對磁鐵有阻礙作用.

圖1

1.3 魔術效果的實驗教學

教師為了提高實驗呈現的效果，實驗裝置仍如圖1，兩根60 cm左右的管子，在管外噴上相同的金屬鋁的顏色，做實驗時請學生一起參與，讓學生在下面管口處接住小磁鐵.根據經驗，學生知道，一釋放磁鐵，則其通過管子的時間非常短，需立刻在下面管口接住.由實驗發現一管中的磁鐵非常快到達管口，不太容易接住，符合學生原先知識而引起的動作判斷，但是另一管中的磁鐵等了一段時間才到達下方管口，很容易接住.這樣的實驗呈現就有了魔術的效果，容易激發起學生的興趣，使其產生了解發生這一現象的內在道理的欲望.為本課中的知識難點，感應電流總是要阻礙引起感應電流的磁通量的變化的教學，提供了非常好的情境引入.這樣的情境設置結合了心理學，認識到優化的情境必然會激起熱烈的情緒，于是最大限度地發揮情感的紐帶作用和驅動作用.

上述教學，對學生理解“阻礙”能起到一定的作用，但對“阻礙變化”還是似懂非懂.順口溜的教學是強調學生記憶結論；知識性實驗的教學強調規范的操作，嚴謹的邏輯推理，學生學習方式單一，不利于學會學習；魔術效果的實驗教學，目標明確，符合學習者的心理，但處理不好容易分散學生的學習目標，因此教師的后一環節處理非常重要.

2 實驗創新

上述實驗中，學生不能看到磁鐵的運動情況，有不少學生就想當然地認為，管子內有摩擦力，或等著教師講道理，使實驗的現象與教學目標的關聯性不一致，指向性容易有偏差.針對以上問題，筆者進行了如下實驗.

2.1 實驗介紹

(1)實驗器材

有機玻璃管(長約150 cm，內徑2.3 cm，外徑3 cm)，釹磁鐵(直徑2.2 cm，高度1.2 cm的圓柱形)，塑料管(外徑2.2 cm，長度為15 cm)，自制鋁環(厚度0.8 mm，長度4 cm，直徑3.2 cm).

(2)實驗裝置

圖2

如圖2，釹磁鐵間用15 cm塑料管隔開放入長約150 cm的有機玻璃管內，組成7段間隔，上端留出長50 cm不放釹磁鐵，在有機玻璃管外套上比管子稍大的鋁環.

(3)實驗操作

1)讓鋁環從沒有磁鐵處的上端，無初速度釋放.

2)請學生觀察鋁環下落時的運動情況.

實驗現象：沒有磁鐵處鋁環下落迅速，一進入磁鐵處，下落明顯減速，讓學生初步體驗磁鐵的磁場對鋁環運動的“阻礙”作用.這樣的實驗還存在對“阻礙變化”的理解困難.

(4)實驗操作變化

實驗裝置如圖3.

1)調整管子使其傾斜一個角度，利用鋁環和有機玻璃管之間的摩擦力，使鋁環在沒有磁鐵處恰能下滑，但加速度不大.

2)讓鋁環從沒有磁鐵處的上端，無初速度釋放，鋁環能沿管子下滑.

3)請學生觀察，鋁環能否停在磁鐵處.

圖3

實驗現象:無初速度釋放鋁環，其在沒有磁鐵處沿管子下滑速度越來越快，當到達磁鐵處，速度變小，離開第一節磁鐵后又加速，通過15 cm進入第二節磁鐵，速度又變小，好像要停下，但沒有停下.鋁環繼續向下運動過程中不斷重復以上現象.

采用以上實驗情境設置，學生觀察的對象清晰，觀察的時間較長，要觀察的現象明確，為后面環節的教學提供較好的鋪墊.實際教學中學生表現出的驚訝、好奇，本質上是物理實驗語言激發學生的思維活動，為知識的內化提供了恰當的時機和載體.

2.2 創新之處

(1)把原來看不見的管內磁鐵運動，變為可見的鋁環運動.觀察的對象明確，學生不會受其他因素干擾.這也符合創造技法，由內部變為外部.

(2)同一個管子，有磁鐵和沒有磁鐵的設計，使鋁環的運動有明顯的對比.突出實驗要達到的阻礙現象.

(3)阻礙現象的多次出現，為教學中的觀察，提供重復性，實驗操作更為簡化.

(4)改變傾角，充分利用摩擦力，使“阻礙的是變化”這一現象得到有效的呈現，這就是把摩擦力這一實驗的不利因素轉化為有利因素的實踐.

3 體會

物理教學實驗的改進，需要明確教學目標，同時對學生的認知規律有清晰的認識.實驗的設計思路巧妙，把不可見變為可見，例如，采用放大、變快、變慢等手段；同時，也可把原來不利的因素加以利用，例如，摩擦力問題.實驗操作的簡化也至關重要，簡單操作獲得的現象和結果，對學生的學習更有意義.