《探究感應電流產生的條件》教學設計

張嬌

摘 要：從初中的切割實驗出發，通過不斷的猜想、實驗、檢驗，最終獲得從單一現象得到普遍規律的思維方法。

關鍵詞：磁通量；探究；感應電流；磁生電

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2015）11-0075-3

1 引出磁生電的歷史

師：電能生磁，磁能生電嗎？確信嗎？

師：是的，現在磁生電已經廣泛地應用于我們的生活中，我們可以毫不遲疑地說：磁能生電。但在一百多年前，奧斯特剛發現電能生磁，在沒有任何磁生電的實例下，幾乎所有的科學家都確信磁能生電。為什么科學家會有如此直覺呢？因為科學家們堅信物理有對稱美。有著如此明確的目標，按理說應該很快能找到磁生電的實例，但最早發現的法拉第也用了十一年的時間。這又是為什么呢？

師：因為電生磁沒有條件，磁生電卻是有條件的。

2 明確研究對象

首先我們來看看磁生電中的電指的是什么？ 生：電流。

師：電流要形成首先要滿足的是閉合回路。那么是否閉合回路放在磁鐵旁邊，就能生電呢？

生：不會。

3 利用典型情境，提出猜想

師：我們能不能具體舉一個磁生電的實例？回憶初中的切割實驗（如圖1）。

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圖1 切割實驗

我們由此得出的結論是：只要閉合回路的部分導體在切割磁感線，閉合回路中才會產生感應電流。那這個因果關系找對了嗎？會不會有問題？

我們先看一段視頻：“公交搞笑刷卡”。（描述的是一姑娘用屁股刷卡，緊跟其后的小伙也不停地刷屁股，但被司機臭罵）

我們現在來找找這個導體棒在切割的同時，有沒有伴隨著別的事情發生，是不是這件別的事情才是導致產生感應電流的條件？

生：……

點評：由于受切割影響太深，學生眼中只看到切割。從這幅圖，看到什么現象？棒在運動，同時伴隨著什么？閉合回路面積變化！提示1——要關注對象：既然是磁生電，肯定與閉合回路及磁有關。在說的時候要同時關注這兩個對象。提示2——演示在沒有磁的情況下，面積改變有感應電流嗎？提示3——進行類比，將磁比做雨，當線框的面積變化時，伴隨著什么？

生：閉合回路中磁通量發生改變。

師：在剛才那個實驗中到底是因為部分導體運動、部分導體切割、有磁通過的閉合回路的面積變化了、還是因為磁通量發生改變了才導致的？

點評：結論得出有兩種方法，一種是找到盡量多的實例，通過概括、歸納得到結論，這種方法需要實例比較全面典型。（而能否全面典型，對學生自身而言具有偶然性，對老師設計課堂而言，就太刻意）一種是在已有現象中猜想歸因，并設計實驗驗證，如果不能驗證則重新猜想歸因、驗證（隨著實驗現象的增多，歸因可以利用比較共同點、不同點進行歸納總結，也就趨向于第一種。由于它是通過少數現象得到規律的，所以對提高學生的猜想能力、抽象概括能力、邏輯判斷能力都有很大幫助。同時由于設計實驗具有方向性，對提高學生的實驗設計能力也很有裨益）。（第二種更類似科學家的研究，一開始實驗現象并不是很全面，隨著猜想、設計增多，猜想會更接近于真實，不管哪種結論得出后都不僅要解釋已有現象，并預言新的現象，并能被驗證）本設計采用第二種方法。

4 設計實驗：PK各種猜想

師：在剛才的典型實驗中，各種猜想都能成功解釋感應電流的產生，要想找到真正的條件，需要設計一個實驗，這個實驗要有你無它，即磁通量在變，但沒有切割的；或有切割但磁通量卻沒變的。然后，我們看看感應電流有沒有產生？

學生設計實驗：不切割，減弱線圈中的磁場（圖2）。

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圖2 設計實驗

師：剛才沒有切割，只有磁通量變，也有感應電流產生，說明什么？

生：說明磁通量變，是產生感應電流的條件。

師：我們憑這么一個實驗是否就可以將切割生電這個結論排除？

1930年，德國出版了一本批判相對論的書，書名叫做《一百位教授出面證明愛因斯坦錯了》。愛因斯坦聞訊后，僅僅聳聳肩道：“100位？干嘛要這么多人？只要能證明我真的錯了，哪怕是一個人出面也足夠了。”

在科學面前，任何一個結論與規律，容不得有一個反例的存在。如果存在，這個結論就是不完善的，它必須被修正，或被更優的結論與規律取代。

師：那么在剛才這個實驗中，磁通量變化能成功解釋感應電流的產生。能不能就說磁通量的變化就是產生感應電流的條件呢？

生：一個反例的存在，能充分說明一個結論的問題，但一個例子符合并不能充分說明這個結論正確。要想證明這個結論正確，必須經受所有實驗的考驗。

師：也就是說，原來所有切割能解釋的實驗，用磁通量變化也必須能解釋。不僅如此，根據磁通量變化，我們可以設計一些原來沒接觸過的實驗，實驗結果與預測要吻合。只有經過這些考驗，這個結論才能被大家接受，直到有例外發現，它才會被修正或被更新的結論取代。

5 對結論的檢驗

（1）初中典型實驗：條形磁鐵插拔線圈。學生用磁通量變化成功解釋。

（2）學生設計不同實驗：磁變、面積變、線圈與磁場的角度變。教師利用勵磁線圈演示。

（3）學生利用雙螺線管、滑動變阻器預測并實驗驗證。

（4）習題（圖3、圖4）

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圖3 習題1

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圖4 習題2

學生判斷，教師實驗驗證。

6 對切割的修正

當某一結論有一反例存在時，需要對它進行修正，或者用新的理論替代。剛才我們用的是替代，那么能否對切割進行修正，成為特定情況下的結論呢？請辨別下列的正誤：

（1）閉合回路的部分導體切割，一定會產生感應電流。

生：切割會使面積變，如果同時伴隨著磁場變，若一個變小，一個變大，最終磁通量不變，不會有感應電流。

（2）若磁場不變，閉合回路的部分導體切割，一定會產生感應電流。

生：錯誤，如習題1。

（3）整個閉合回路在切割磁感線一定沒有感應電流。

生：錯誤，如習題2。

可見，在判斷有無感應電流時，看切割與否是不可靠的，我們只能看磁通量有無變化。

（下轉第79頁）

（上接第76頁）

7 切割的意義

既然初中所學的切割不能做為產生感應電流的條件，為什么初中要學習切割？

師：因為切割與磁變是產生感應電流的兩種具體方式，這兩種方式的本質是有區別的，在以后學習了動生和感生兩種方式以后，我們對它們會有更深刻的理解。

8 課后反思

（1）在判別上：若磁場不變，僅閉合回路的部分導體切割，一定會產生感應電流。采用的習題1實驗，如果用首尾相連的等效導體棒來看的話，其實并未在切割。那么它屬不屬于初中的切割情況呢？筆者認為，對于初學者來說，用等效思想為時過早，學生的理解是確有部分導體切割，沒有必要把這個切割修正為等效導體棒的無切割。這個在學習感生之后學生的理解自然會到位。

（2）在推翻上：只要閉合回路中部分導體切割磁感線，閉合回路中就有感應電流，也可利用線圈放在勵磁線圈中不動，改變勵磁線圈中的電流從而改變線圈中的磁場強弱從而使線圈產生感應電流，說明不一定要切割才有感應電流。這個實驗立馬能說明切割并不全面，需要補充情況。這種方式，對學生得到結論來說思維難度很低。但難度過低，對學生得到知識來說很容易，但對提高思維層次來說幾乎沒有作用。在科學發展上，能有這么明擺著的兩個實驗讓你總結歸納嗎？所以如何在已有的實驗現象中，根據初步猜想得出的結論，設計出新的實驗，是學生最需要學習的方法。在此基礎上證明結論，或有新的發現，通過修正完善原有結論或重新猜想設計實驗，趨向正確的結論，使得學生在這個過程中充分經歷并學會如何猜想，如何驗證，如何得到結論。

（3）最后學生通過所學的結論，能夠準確的分類，并設計出實驗進行驗證，進一步鞏固了在課堂中所學的方法，也落實了知識的理解。

參考文獻：

[1]鐘俊敏.將探究性學習落實在課堂教學中[J].物理教學探討，2012，30（3）：30—33.

[2]王京穆.探究感應電流的產生條件教學設計[J].物理教學探討，2012，30（7）：66—68.

（欄目編輯 鄧 磊）