應用DIS處理“探究電磁感應的產生條件”教學難點

馬新亞

(安徽省宿州市第二中學，安徽　宿州　234000)

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·實驗研究·

應用DIS處理“探究電磁感應的產生條件”教學難點

馬新亞

(安徽省宿州市第二中學，安徽宿州234000)

在“探究電磁感應的產生條件”的教學中，傳統的教學模式存在兩個教學難點，即單根導線切割磁感線產生感應電流和地磁場發電，筆者利用DIS實驗系統較好地處理了上述教學難點.

單根導線切割磁感線；地磁場發電；DIS實驗系統

1　問題的提出

筆者在對普通高中人教版選修3-2第一章第二節“探究電磁感應的產生條件”的教學過程中，一直存在兩個教學難點：(1) 在引入課題時提出：“我們在初中已經學過，當閉合電路的一部分做切割磁感線運動時，電路中會產生感應電流”，實驗裝置如圖1所示，但學生幾乎都反映，初中老師給他們講過這個實驗，并沒有給他們做過這個實驗；只有少數學生反映，老師做了這個實驗，但切割磁感線的不是單根導線，而是多匝線圈，現象并不明顯.(2) “搖繩發電”本是一個能激發學生興趣的實驗，但教材上的實驗效果不理想，起不到應有的作用.本人應用DIS實驗系統處理以上兩個教學難點，收到了理想的教學效果.

圖1

2　單根導線切割磁感線

在切割磁感線產生電流實驗中，最理想的實驗方案是使用單根導線，因為單導線結構最簡單，最符合教材中對導體切割磁感線產生感應電流的描述，學生不存在認知困難.但由于傳統實驗中的靈敏電流計只能達到毫安級，指針偏轉很不明顯，導致實驗無法完成.如圖2所示，采用DIS實驗系統中的微電流傳感器，使用單根導線也能取得滿意的實驗效果.

圖2

實驗操作如下：(1) 讓單根導線在磁場中沿水平方向做切割磁感線運動，會發現電腦屏幕上的儀表指針大幅度擺動，電流隨時間變化的圖像如圖3所示，學生明顯看到了感應電流的存在.

圖3

(2) 讓單根導線在磁場中沿豎直方向運動，會發現電腦屏幕上的儀表指針不動，但偶爾也會發生微弱的擺動，電流隨時間變化的圖像如圖4所示.

圖4

針對以上實驗現象，引導學生討論，分析得出以下結論：導線在磁場中沿水平方向做切割磁感線運動產生感應電流；導線在磁場中沿豎直方向平行磁感線運動不產生感應電流，儀表指針偶爾發生的微弱擺動是由于導線未能嚴格沿磁感線方向運動造成的.

根據記錄下來的感應電流隨時間的變化圖像提出問題供同學們課后思考：(1) 為什么感應電流會出現不同的方向？(2) 實驗中為什么感應電流的大小會不同？

3　搖繩發電

對于搖繩發電實驗，筆者繞制了100匝的20cm×50cm矩形線圈,將其用膠帶固定在有機玻璃板上.在學生明確“只要穿過閉合回路的磁通量發生變化，閉合回路中就有感應電流”后，筆者做了地磁場發電實驗，將線圈與微電流傳感器相連接，將矩形線圈平放在桌面上(如圖5).

圖5

向學生明確本地的地磁場近似為傾斜向下的勻強磁場，讓同學猜想線圈的哪些運動方式可以在地磁場中產生感應電流？學生充分討論后，提出以下猜想：線圈的平行移動(包括上下平行移動、南北平行移動、東西平行移動等各種平行移動)均不會產生感應電流；線圈以垂直于線圈平面的直線為軸轉動均不會產生感應電流；線圈以平行于線圈平面的直線為軸轉動均會產生感應電流.然后通過實驗驗證學生的猜想，通過實驗學生深刻地理解了電磁感應的產生條件.

4　小結

通過對以上的兩點教學改進，實驗效果明顯，體現了DIS實驗系統在實驗教學中的獨特優越性.根據記錄的圖像提出問題，為下一步學習“楞次定律”和“法拉第電磁感應定律”做好了鋪墊.

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[2] 陶錫泉.驗證機械能守恒定律實驗的數字化改進——也談DIS實驗系統的應用[J].物理之友,2014，30(8).

[3] 黃皓燕.電磁感應中導線切割引起的穩定問題分析[J].物理之友,2014，30(4).

[4] 丁洪良.利用DIS演示模數轉換原理[J].物理之友,2014，30(2).

[5] 王萬林.動生電磁感應中的典型問題探討[J].物理之友,2014，30(3).

[6] 朱建廉.由“淺”方能入“深”——基于《電磁感應現象的兩類情況》的深度備課運作體會[J].物理之友,2014，30(4).