化“演示實驗”為“學生實驗”提升課堂教學效果

摘要：本文是筆者在多年實踐教學經驗的基礎上，對楞次定律一節課的教學設計，本設計將傳統的“演示實驗”設計為教師引導基礎上的“學生實驗”，在實際教學中有效提升了課堂教學效果。

關鍵詞：楞次定律；教學設計；學生實驗

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2013）10（S）-0030-4

1 教材分析

本節教材為高二物理電磁感應部分的楞次定律。內容講述的是感應電流（感應電動勢）方向的規律。教材是在初中磁場知識和對電磁感應簡單認識的基礎上，利用高中已學過的知識，較為深入的研究磁轉化為電的規律，研究電場、磁場的統一性。這些內容，在高中物理教材中占有重要地位。

教材的問題大多數都涉及到三維空間，對培養學生的空間想象能力極為有益。實驗方法在教材中占有重要地位，但不是對實驗現象進行簡單的羅列或初步總結，而是實驗和推理結合起來。得出比較抽象的結論，在這里，學生觀察實驗的能力和思維能力都將得到進一步的發展。

教材把磁體的磁現象和電流的磁現象統一起來。對于學生認識物質世界是一個觀念上的飛躍。電磁感應一章的教材滲透了深刻的對立統一思想，學生對電和磁的統一和相互轉化的理解，將為學生形成辯證唯物主義的世界觀提供有說服力的素材。另外，教材進一步把能量守恒的觀點反映到電磁運動中來。對于學生牢固地樹立能量的觀點也極為有益。

2 三維教學目標

1 知識與技能

了解楞次對物理學的貢獻；

掌握電流放大器的基本使用方法；

理解楞次定律的相關內容；

初步掌握用楞次定律分析問題的基本思路和方法。

2 過程與方法

通過實驗和觀察，理解楞次定律；

通過科學探究，理解楞次定律的一般應用：

通過科學探究，初步了解從認識到實踐的物理方法。

3 情感態度與價值觀

初步認識從特殊結論到一般規律的科學思想：

理解物理學是一門實驗的科學、實踐的科學。

3 教學的重點

1 楞次定律的理解：

2 應用楞次定律判斷感應電流的方向。

4 教學的難點

1 由實驗歸納總結出楞次定律；

2 對楞次定律的理解。

5 教學方法

實驗法、講授法、練習法等。

6 實驗器材

1 教師演示器材：螺線管、條形磁鐵、演示電流計各一；廢電池一節、多媒體教學平臺、導線若干；

2 學生實驗器材：靈敏電流計、螺線管、條形磁鐵25套、導線若干。

7 課程建構與教學過程

7.1 復習引入

復習前面所學的知識點：

（1）磁通量；

（2）產生感應電流的條件；

（3）通過多媒體課件演示條形磁鐵插入或拔出線圈時，線圈中B的變化情況，為新課的實驗做好準備。

設置問題，引入新課。（觀察實驗，回答相關問題）

（1）當磁鐵和線圈均靜止不動時，電流計的指針是否發生偏轉？為什么？

（2）當條形磁鐵插入線圈或從線圈中拔出時，電流計的指針是否發生偏轉，為什么？

（3）產生感應電流的條件是什么？

（只要閉合回路中的磁通量發生了變化，閉合回路中就產生了感應電流）

通過觀察實驗過程中，當磁極插入和拔出時，實驗現象有何不同？（即是觀察電流計的指針的偏轉方向）該實驗現象說明了什么？

從而引出感應電流的方向，進一步提出本節課的學習內容——感應電流的方向——楞次定律（多媒體演示出本節的課題）。

7.2 新課教學

7.2.1 實驗探索，總結規律

實驗：感應電流的磁場方向與哪些因素有關

學生通過實驗進行觀察，進行各種推論：（1）可能與產生感應電流的磁場有關；（2）可能與產生感應電流的磁場的變化有關；（3）可能與產生感應電流的磁通量有關；（4）可能與產生感應電流的磁通量的變化有關。因為感應電流的產生是由于磁通量的變化。

師生共同討論設計探究的實驗方案。

1 介紹實驗裝置；

2 設計實驗記錄表（如下表所示）

3 實驗準備：

（1）查明螺線管線圈的繞行方向。

（2）明確電流計指針的偏轉方向與電流方向的關系（用廢電池演示）。

電池從正接線柱流入電表，指針向右偏轉，電流從負接線柱流入電表，指針向左偏轉。

（3）明確實驗步驟：將條形磁鐵的N極、S極分別插入和拔出線圈，記感應電流的方向，并填入實驗記錄表中。

4 教師演示：將N極插入線圈。分析實驗現象，并填寫表格的第一列。

5 學生分組實驗：由學生完成余下的步驟，并將實驗結果填入記錄表。

6，引導學生分析歸納，得出結論：利用課件，讓學生填寫表格。

（1）當（原磁通量）增加時，感應電流的磁場方向與原磁場方向（相反），此時感應電流的磁場“阻礙”（原磁通量）增加；

（2）當（原磁通量）減少時，感應電流的磁場方向與原磁場方向（相同），此時感應電流的磁場“阻礙”（原磁通量）減少。

學生歸納出結論：感應電流的磁場阻礙原磁通量的變化。

7.2.2 楞次定律

內容：感應電流的磁場方向總是阻礙引起感應電流磁通量的變化。

（該規律首先是由俄國物理學家楞次在1833年發現的，人們為了紀念他對物理學的貢獻，就把這個規律叫做楞次定律）

（介紹楞次：（1804——1865）誕生于愛沙尼亞。楞次在物理學上的主要成就是發現了電磁感應的楞次定律和電熱效應的焦耳一楞次定律。1834年，楞次在圣彼得堡科學院宣讀了他的題為“關于用電動力學方法決定感生電流方向”的論文，提出了楞次定律。1843年楞次在不知道焦耳發現電流熱作用定律（1841年）的情況下，獨立地發現了這一定律，他用改善實驗方法和改用酒精作傳熱介質，提高了實驗的精度。）

對楞次定律的理解：

（1）感應電流的磁場是“阻礙”原磁通量的變化，而不是“阻礙”原磁場。因此，不能認為感應電流的磁場方向總是和原磁場方向相反。

（2）正確理解“阻礙”及“變化”：

“阻礙”不是“阻止”，而是“延緩”、“妨礙”之意。

“變化”：當φ增加時，“阻礙增加”，B與B'的方向相反，起抵消作用；當φ減小時，“阻礙減小”，B與B'方向相同，起補償作用。

因此楞次定律可以簡要表述為：φ增B'反，φ減B'同。

7.2.3 楞次定律的應用

例題分析：

例題1如圖1所示，矩形線框abcd的平面跟勻強磁場的方向垂直。當ab邊在線框上向右滑動時，ab邊中產生的感應電流的方向如何？

解析（1）原磁場B的方向：B垂直向里：

（2）原磁通量的變化：S增加，B不變，φ增加；

（3）由楞次定律“φ增B'反”得，磁場B'的方向垂直向外：

（4）由安培定則確定感應電流的方向：b→a→d→c→b（同時用實驗驗證判斷結果）。

例題2如圖2所示。在勻強磁場中。由伸長彈簧構成的回路收縮時，判斷感應電流的方向。

解析（學生分析、判斷，老師補充）

總結出判斷感應電流的方向的步驟：首先明確所研究的回路。

（1）原磁場B的方向；

（2）原磁通量φ的變化；

（3）由楞次定律判斷感應電流的磁場B'的方向：

（4）由安培定則確定感應電流的方向。

8 鞏固練習

例題3如圖3所示，導線AB和CD互相平行，當AB所在電路中的開關K斷開時，導線CD中的感應電流向哪個方向流動？

解析 指導學生進行分析：

（1）回路CDEF是題中要求研究的閉合回路，通過該回路內的原磁場是導線AB中流過電流時產生的，根據安培定則，原磁場B的方向為“垂直指向紙里”：

（2）斷開K時，原磁場B減小為零，則通過回路CDEF的磁通量φ減少：

（3）根據楞次定律知道，感應電流的磁場B'方向與原磁場B方向相同，即垂直指向紙里：

（4）由安培定則判斷，CD中的感應電流的方向由D流向C。

思維拓展：可以讓學生繼續分析，當開關K閉合時，回路CDEF的感應電流的方向：開關K保持閉合狀態，移動滑動變阻器的觸頭（從左向右）移動，回路CDEF中感應電流的方向。

9 課堂小結

1 楞次定律是電磁感應現象中的重要規律，要正確理解該定律，必須正確理解“阻礙”的含義：φ增B'反，φ減B'同；

2 楞次定律只給出了感應電流磁場方向，要確定感應電流還需要利用安培定則。

10 作業布置

教材練習

11 板書設計

楞次定律的內容：

感應電流具有這樣的方向，就是感應電流的磁場總要阻礙引起感應電流的磁通量的變化。

楞次定律的理解：

（1）“阻礙”的含義：

“阻礙”的現象：

①當穿過回路的磁通量增大時施感磁場與感應電流磁場的方向相反：

②當穿過回路的磁通量減小時施感磁場與感應電流磁場的方向相同。

概括為：增反減同（劫富濟貧）。

“阻礙”的含義：阻礙變化。

“阻礙”的結果：不會出現使原來的變化出現相反的情況，它只是延緩了這種變化。

（2）注意區分產生感應電流的“原磁場B”和感應電流的磁場B'。

楞次定律的運用：

解題步驟：

（1）明確原磁場的方向；

（2）明確穿過閉合回路的磁通量是增加還是減少：

（3）根據楞次定律，判定感應電流的磁場方向；

（4）利用安培定則判定感應電流的方向。

楞次定律符合能的轉化和守恒定律。

楞次定律實質上是能的轉化和守恒定律在電磁感應現象中的體現。

12 課后反思

該案例的主要思路是將書本上的演示實驗轉化為學生的分組實驗，通過老師的引導和幫助設計和完成對楞次定律的推導，從而從本質上去理解楞次定律，以及應用楞次定律判斷感應電流的方向。通過這種方式，可以大大的調動學生學習的積極性，激發學習的興趣，積極主動的投入到對科學規律的認知、理解和應用上。對例題的設置，是為了進一步突破教學中的難點問題，同時也擴大學生對知識的認知范圍，提高學生的學習效率。這些既是本節課要著重解決的問題，同時也是個人對本節內容進行如此設計的初衷，當然也就成為了教學設計中亮點所在。

當然，在設計的過程中，可以再大膽一些：由面積的變化引起磁通量的變化，繼而引起感應電流的產生以及判斷其電流的方向這一過程，也可以通過實驗設計來進行展示，給學生更加直觀的感受。在今后的教學中可以在這方面進行進一步的嘗試。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部，普通高中物理課程標準[S]，北京：人民教育出版社，2003

[2]普通高中課程標準實驗教科書[M]北京：人民教育出版社，2010

（欄目編輯李 富強）