“電動機”模型

陳昱英

高中物理課程是自然科學領域的一門基礎課程，旨在落實“立德樹人”根本任務，進一步提升學生的物理核心素養，為學生終身發展服務。物理學科的核心素養主要由“物理觀念”“科學思維”“實驗探究”“科學態度與責任”等四個方面的要素構成，目前的教學設計受傳統教學影響，對培養學生“主動發展”意識落實不足，對物理學思維方法、學生潛能培養略感重視不足。本人在基于核心素養下的課堂教學進行了一些探索 ，下面以電磁感應現象典型模型“電動機”的教學為例，探討高中物理課堂教學對“核心素養”指標的落實。

一、建立切割模型，回顧核心概念

【教學過程】

回顧核心概念：怎樣理解切割模型中的電動勢？法拉弟電磁感應定律的內容？

建立切割模型：如圖1所示，足夠長平行光滑金屬導軌水平放置，寬度L，一端連接電阻R，導軌所在空間存在豎直向下的勻強磁場，磁感應強度大小為B，電阻為r的導體棒ab放在導軌上，其長度恰好等于導軌間距，與導軌接觸良好，導軌電阻忽略不計。導體棒沿導軌向右勻速運動，速度大小為v。

【設計理念】

電動勢概念及物理意義、閉合電路歐姆定律、法拉弟電磁感應定律等。概念和規律在頭腦中的提煉升華，是培養“物理觀念”的基本要求，也是從物理學視角解釋自然現象和解決實際問題的基礎。知識回顧讓核心概念的理解更為清晰、承上啟下;從“單棒勻速切割”入手進行模型建構，易于思考。

二、創設問題情境，培養科學思維

【教學過程】針對圖1所示“單棒切割”模型，創設新問題——用電源E替換電阻R，如圖2所示

足夠長平行光滑金屬導軌水平放置，寬度L，左端接有電源E、內阻為r，導軌所在空間存在豎直向下的勻強磁場，磁感應強度大小為B，電阻為R的金屬棒ab放在導軌上，其長度恰好等于導軌間距，與導軌接觸良好，導軌電阻忽略不計。

1、創設情境1：金屬棒靜止

思維訓練1：從受力角度思考，使金屬棒ab靜止的原因？

回路中存在順時針電流，導體棒ab在水平方向受向右的安培力F安作用，可以提供給金屬棒一個向左的恒力F的作用，且F安=F。

思維訓練2：從電學角度思考，誰是電源？等效電路？你能解決哪些問題？舉例如下

2、創設情境2：直流電動機模型

直流電動機工作原理可以簡化為圖4所示情景。在豎直向下的磁感應強度為B勻強磁場中，兩根光滑平行金屬軌道MN、PQ固定在水平面內，相距為L，電阻不計。軌道端點MP間接有直流電源E（內阻不計），電阻為R的金屬導體棒ab垂直于MN、PQ放在軌道上，與軌道接觸良好，通過滑輪以速度v（v平行于MN）向右做勻速運動，從而提升用繩懸掛的重物。電路中電流為I，重力加速度為g，不計空氣阻力，不計繩的質量和繩與滑輪之間摩擦。

思維訓練1：從受力角度思考，使金屬棒ab向右勻速運動的原因？

金屬棒受水平向右的安培力、水平向左的拉力作用，合力為零。

思維訓練2：從電學角度思考，與情境1中的電路一樣嗎？有何不同……

（1）電動勢——當金屬棒向右運動時，由于切割磁感線產生一個感應電動勢，大小為，此時這個回路的電源電動勢等效為E-，且。

總之，學生是課堂的主體、學習的主人，用問題激發學習興趣，能更充分、更全面地調動學生的積極性，對學生的終身發展有著極其重要的作用——物理核心素養的思維能力培養顯得尤為重要，在高中物理教學中培養學生的物理核心素養，任重而道遠。