“探究電磁感應的產生條件”教學設計

(江蘇省梅村高級中學，江蘇 無錫 214112)

1 學情分析及其針對性教學設計

學生通過上一章《磁場》的學習，認識了磁體磁場、各種電流磁場磁感線的分布規律，理解了磁通量和磁通量變化的概念；在本章第一節《劃時代的發現》中，又了解了法拉第通過十年的艱苦努力，發現了電磁感應現象，自然會激發起學生繼續研究電磁感應的興趣和熱情；但是在初中學生有了“閉合電路部分導體切割磁感線”產生感應電流的條件的認識，學生又會有疑問：本節課是不是就是初中知識的“炒冷飯”？所以本節課的設計中，一是要鼓勵學生針對提供的實驗儀器，打破初中的認知觀，自主地去設計實驗，超越課本方案，爭取找到更多獲得感應電流的方法；二是要通過教師的合理引導，學生從不同實驗現象中主動思考、討論和交流，超越初中認知，提煉出“閉合電路內磁通量變化”這一感應電流產生的根本條件．

2 教學過程

如圖1所示，本節課的教學流程為：創設情景——實驗探究——探究現象和結果——交流反饋——得出條件——反思驗證應用．

圖1

(1)課題引入

筆者向學生展示實驗器材：導線、發光二極管、微型電風扇，演示轉動微型電風扇使二極管發光．請學生思考并回答．

教師：通過上節課的學習，我們知道英國物理學家法拉第堅信磁能生電，經過10年堅持不懈的努力，在無數次的挫折與失敗之后，終于在1831年一個偶然的機會里，發現了利用磁場可以產生電流．同學們，如果你是當年的法拉第，為了證明由磁能生電這一假想，你將做怎樣的實驗嘗試？

(2)實驗探究

圖2

教師：怎樣利用這些器材讓磁去生電呢？大膽猜一猜，動手試一試，方案越多越好．利用所提供的儀器,設計實驗，連結實驗電路(如圖2)，進行操作，探究如何“磁生電”．

學生進行實驗探究：條形磁鐵插入螺線管；條形磁鐵停在螺線圈內；磁鐵在螺線管內轉動；條形磁鐵拔出螺線管；條形磁鐵在螺線管上方水平轉動；條形磁鐵在螺線管上方豎直平面內轉動……

教師：在你的操作中什么情況能產生感應電流，什么情況又不能產生感應電流？請以小組為單位進行實驗、交流討論，鼓勵盡可能多的方法，如實記錄實驗操作情況以及結果．

學生通過實驗，發現以下情況下可產生感應電流：①通電副線圈插入原線圈、拔出原線圈；②副線圈中鐵芯插入拔出；③原線圈電路開關的通斷；④改變滑動變阻器的滑片位置……

(3)實驗結果分析

筆者請學生根據各種實驗操作以及現象，討論分析并交流：各種產生感應電流現象有沒有什么共同的特點？

通過學生們的討論分析，最后得出：在所有產生感應電流的過程中，始終存在一個“變”字．

筆者贊揚了學生對各種實驗現象共性的提煉，他們具有與法拉第一樣敏銳的洞察力，順勢給學生介紹法拉第在十年的研究中發現產生感應電流的五種情況：①變化著的磁場；②變化著的電流；③運動的恒定電流；④運動的磁場；⑤在磁場中運動的導體．法拉第的研究經驗告訴我們：電磁感應的產生，總是與運動和變化相聯系的．在我們同學的實驗現象中也確實能夠發現感應電流的產生都是在運動與變化中產生．

教師再次提問：那到底是什么變化導致了電流的產生？學生思考并討論，總結實驗探究的結果，學生很容易想到：閉合線圈內磁場B發生了變化．教師追問：這種認識正確嗎？

(4)再次實驗探究

筆者提供一個勻強磁場發生儀、靈敏電流表和一個矩形圈，請學生再次嘗試能產生感應電流的各種方法，觀察實驗現象．學生的各種嘗試有：線圈分別平行和垂直磁場進入；線圈分別平行和垂直磁場，在磁場中移動；線圈分別平行和垂直磁場離開；線圈在磁場中轉動；線圈面被拉大……

教師：各種實驗中能產生感應電流的條件還能用磁場變化來解釋嗎？顯然勻強磁場沒有發生變化，但是也產生了電流，這個變化又是什么呢？

筆者給出幾種典型產生感應電流的示意圖(如圖3)，以幫助學生觀察思考，圖中線圈的變化都是從虛線到實線．

圖3

學生歸納出：有磁場部分線圈的面積S變化，或線圈內的磁感線條數發生變化．

教師：由此可以看出，感應電流的產生與B、S兩者都有關系．物理上經常要追求簡潔，我們能不能找出更簡潔的物理量來描述產生感應電流條件？

引導學生總結出：感應電流的產生與B、S兩個物理量的變化都有關系，而與B、S兩個物理量都有關系的物理量是磁通量Ф，且B、S的變化都會引起Ф的變化，磁通量大小可理解為閉合回路中磁感線的多少．可見，以上實驗中產生感應電流的共同原因是磁通量的變化．

學生通過各種實驗方案的設計和嘗試，發現引起感應電流的表面因素很多；而通過對實驗現象的內在規律的提煉和總結，找到最終也是最本質的原因是閉合回路中磁通量要發生變化．

(5)反思驗證

筆者通過課件展示初中的“利用部分導體切割磁感線產生感應電流”示意圖，請學生從磁通量Ф的變化角度分析．再用課件展示微型電風扇結構簡圖，撥動扇片產生感應電流，請學生分析原因，以提升學生對電磁感應現象本質的認識．

3 教學小結

在本節課教學中，筆者注重激勵學生主動參與意識，引導學生通過實驗探究尋找物理規律．在提出問題——動手操作——觀察描述——歸納總結——反思驗證等小組實驗探究活動過程中，學生的思維始終處于活躍的狀態．讓學生在課堂上獲得成功的喜悅，設置實驗情境，使學生發生認知沖突，通過實驗探究和積極思考，實現概念轉變．通過課堂教學，充分激發了學生學習物理的興趣，培養了細致觀察、嚴密推理、科學描述的探究能力．

參考文獻：

[1](美)斯滕伯格、威廉姆斯著，張厚粲譯．教育心理學[M]．北京：中國輕工業出版社，2003．

[2]邱新穎，趙風雨．走向對話：探究式學習的有效途徑[J]．教育探索，2007，(6)．