關于楞次定律教學的幾點思考

(蘇州市第三中學校，江蘇 蘇州 215001)

1 問題的提出

楞次定律是電磁學中的一條普遍規律，用它可判斷感應電流方向，繼而進行受力分析和運動分析，并討論功能轉換關系.它是中學物理教學的重點和難點.楞次定律因其內容(涉及到的抽象概念有磁場、感應電流等)，所涉及物理概念間的關系復雜(阻礙變化)，再加上定律涉及的是變化的磁場與感應電流的磁場之間的關系，由靜到動，是質的飛躍，也是教學難點.到高三后還有不少學生仍僅停留在磁通的“增反減同”層面上，沒有把握定律的本質.

現行人教版物理3-2教科書以探究模式來展開教學，通過觀察不同磁極靠近、遠離線圈過程中靈敏電流計指針偏轉方向，完成表格，最終由表格內容歸納出楞次定律.圖1這樣的設計與安排在有限課堂教學時間內很難達成預設目的，究其原因如下:

圖1

(1)探究教學基本過程概括起來是：形成問題，建立假設，制定實驗研究方案，進行實驗、演繹推理得出結果、檢驗結果，得出結論[1].對照此流程，發現問題環節是在實驗基礎上解決的，實驗裝置復雜,對學生的探究活動干擾因數較多.第二環節的提出問題，立足于學生已有知識，最有可能提出的問題應是：感應電流的方向與什么因素有關，如何去歸納.若教師不加提示，學生很難將問題轉化為去尋找感應電流磁場與原磁場的關系.教科書將“感應電流的磁場”作為“中介”介紹給學生，這樣的處理與學生的認知邏輯沖突，有牽著學生鼻子走路之嫌，接下來的環節也未能體現學生的主體意識，違背了探究本意.

(2)實驗過程中，學生必須事先研究出檢流計的指針偏轉方向與電流流向的關系：電流從正接線柱流入，檢流計的指針向右偏，反之則左偏.其次線圈的繞向也是一個重要因素,探究過程要考慮的因素太多.另外還要求學生腦海里呈現出的是一個立體空間：磁場方向垂直于線圈繞向.以上是完成探究實驗所必需的，學生操作和理解都有難度，違背了教學的簡單原則[2].

(3)“磁通量”概念是法拉第在1846年提出的，因此楞次在1834年提出定律時不可能具有現在教科書上的表述形式.教材這樣處理的目的是為了與前面內容以及探究實驗形成呼應,形成完整教學體系.基于現有教材,從磁通角度描述定律,其中心語是感應電流的磁場阻礙原磁場的變化,再從語法的角度分析主、謂、賓，學生可以對定律達成一定程度的認識,但若止步于此，不利于學生理解定律的本質，加大了后續學習的難度.鑒于以上原因,需要對楞次定律的教學進行重新設計.

2 對教學流程的重新設計

(1)對實驗的處理

圖2

可以用教科書上習題6的“楞次環”作為探究楞次定律的實驗,相比于圖1的實驗,簡單而且現象明顯直觀.如圖2所示,用兩環進行分別對比分析,可檢驗產生感應電流的條件；把不同磁極靠近(插入)閉合環，從排斥現象可引導學生分析出閉合鋁環在近磁鐵側感應出同名磁極；把不同磁極遠離(拔出)閉合環，從吸引現象可引導學生分析出閉合鋁環在近磁鐵側感應出異名磁極.若教師處理得當，學生能得到感應電流的磁場要阻礙磁鐵與鋁環之間的相對運動，即“來拒去留”.這樣的定性實驗簡單易行，現象明顯.為后續引出感應電流的磁場埋下伏筆.

(2)探究過程簡單明晰

“探究式”教學已成為當下物理規律教學的主要方式.這種教學方式不僅可以培養學生發現、分析、解決問題的能力,而且改變了傳統的“滿堂灌”的教學模式，充分調動學生主觀性，活躍了課堂教學氛圍.在楞次定律的教學中,引導學生把“楞次環”實驗中鋁環看作一匝線圈，則可以通過等效的正負極來判斷出電流的方向,進而得到楞次定律的內容,顯得非常簡潔,邏輯上也會非常清晰.

3 楞次定律后續教學的思考

(1)僅從磁通量角度，定律可理解為“增反減同”.這樣的處理便于學生接受.也有利于分析解決問題.教材僅從磁通量的角度來判斷感應電流的方向是不完整的，后期教學中教師應從力、能兩角度引導學生理解、應用定律，讓學生掌握定律內涵：感應電流的結果阻礙引起產生感應電流的原因.

圖3

(2)楞次定律的原有表述呈現出了鮮明的動力學特征[3]，是綜合了法拉第就電磁感應現象的說明與安培電動力學理論的產物.如圖3，在光滑水平導軌上，用力F拉動導體棒，回路中出現感應電流，棒受與F方向相反的安培力作用.在判斷過程中需分別應用“右手定則”和“左右定則”進行判斷.若從力學角度理解楞次定律：安培力(感應電流的結果)就是阻礙外力F作用(產生感應電流的原因)，即“來拒去留”.這樣理解楞次定律會快捷許多.

(3)楞次定律也是能量守恒定律在電磁感應中的體現.趙凱華、梁燦彬先生所著的《電磁學》中都持有這樣的觀點：阻礙就是體現能量守恒，否則永動機則成為可能[4].學生尤缺從能量觀點解決此類問題的能力.圖3從功能角度可理解為：力F拉動導體棒的過程就是力F做功的過程，力F對系統注入能量.一方面導體棒動能增加，另一方面感應電流流經電阻，使其發熱，產生內能.此時楞次定律可理解如下：焦耳熱(感應電流的結果)就是阻礙外力F做功(產生感應電流的原因)，這樣分析便于學生形成此類問題中的能量意識.

參考文獻:

[1]劉旭佳.高中物理理論探究教學模式的研究[D].福州：福建師范大學，2010

[2]邢紅軍，寧成，胡揚洋.楞次定律教學的高端備課[J].中學物理教學參考，2013，(4)：18-20.

[3]郭奕玲，沈慧君.物理學史[M].北京：清華大學出版社，2005：113.

[4]趙凱華，陳熙謀.新概念物理教程電磁學[M].北京：高等教育出版社，2006：176.