安培力高端備課

摘 要：安培力是高中物理的一個(gè)重要概念，需要學(xué)生重點(diǎn)理解掌握。然而現(xiàn)行教材中的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、教學(xué)方法存在不足之處。例如，左手定則的引入不夠深刻，安培力大小的教學(xué)也缺少定量測量實(shí)驗(yàn)。所以，利用新的實(shí)驗(yàn)儀器，對(duì)安培力的教學(xué)進(jìn)行了改進(jìn)，彌補(bǔ)了教材的缺陷，使教學(xué)更深刻、有效。

關(guān)鍵詞：安培力;左手定則;定量測量;核心素養(yǎng)

安培力是魯科版教材選修3-1第六章第一節(jié)的內(nèi)容，它是電磁學(xué)的一個(gè)重要概念，指出了電與磁的聯(lián)系，是電動(dòng)機(jī)工作的基本原理，其復(fù)雜性和抽象性導(dǎo)致學(xué)生難以理解[1]，所以一直是教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。安培力的教學(xué)主要從方向和大小兩個(gè)方面進(jìn)行。教材直接給出了安培力方向的判斷方法即左手定則，對(duì)于安培力大小的教學(xué)也只是定性的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，這使得實(shí)際教學(xué)缺乏說服力。有鑒于此，本文采用了新的實(shí)驗(yàn)儀器，給出了新的教學(xué)設(shè)計(jì)，以期對(duì)教學(xué)有所裨益。

一、現(xiàn)行教材的編寫分析

首先讓學(xué)生觀察當(dāng)磁場方向和電流方向改變時(shí)，處在磁場中的導(dǎo)體棒擺動(dòng)方向的變化，隨后就直接給出了左手定則，這種教學(xué)方式?jīng)]有充分啟發(fā)學(xué)生思考，學(xué)生無法深刻理解三個(gè)量方向之間的特定關(guān)系。在研究安培力大小的影響因素時(shí)，也只是由導(dǎo)體棒偏轉(zhuǎn)角度的大小來定性地分析，沒有給出定量的測量數(shù)據(jù)。

為了彌補(bǔ)現(xiàn)行教材教學(xué)方法的不足，本文采用安培力實(shí)驗(yàn)器，它可以定量地給出安培力的大小，示數(shù)的正負(fù)也可以表示力的方向。不僅如此，在研究安培力方向的影響因素時(shí)，還涉及學(xué)生記錄的環(huán)節(jié)，讓學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)三個(gè)物理量方向的本質(zhì)關(guān)系，而不是生硬地給出左手定則。

二、教學(xué)設(shè)計(jì)與闡釋

1.介紹實(shí)驗(yàn)儀器

（1）測量儀器：安培力實(shí)驗(yàn)器

安培力實(shí)驗(yàn)器由兩部分構(gòu)成，如圖1、圖2所示。

下部分如圖1所示，由轉(zhuǎn)盤和磁鐵構(gòu)成，磁鐵固定在轉(zhuǎn)盤上，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤可以改變磁場方向，構(gòu)成線圈的最下邊的導(dǎo)線置于磁場中。上部分如圖2所示，主要由力傳感器組成，它可以將力信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)輸出，是力量化的關(guān)鍵器件，力傳感器的輸出信號(hào)通過數(shù)據(jù)線傳給電腦。實(shí)驗(yàn)前首先驗(yàn)證示數(shù)正負(fù)與受力方向的關(guān)系，手動(dòng)給線圈一個(gè)向下的力，發(fā)現(xiàn)示數(shù)為正，給線圈向上的力，發(fā)現(xiàn)示數(shù)為負(fù)，即示數(shù)的正負(fù)分別表示力的方向向下和向上。示數(shù)的大小表示傳感器所受力的大小。為了去掉線圈重力的影響，需要在線圈未通電時(shí)進(jìn)行調(diào)零，調(diào)零之后的示數(shù)表示最下邊導(dǎo)線所受的安培力。

（2）記錄工具：三種顏色的吸管、橡皮泥

綠色吸管代表電流，粉色吸管代表磁場，紅色吸管代表安培力，將不同顏色的吸管按照相應(yīng)物理量的方向插到橡皮泥上，多做幾組實(shí)驗(yàn)，可以得到三個(gè)物理量方向之間的特定關(guān)系。

2.通過記錄方向總結(jié)得出左手定則

第一組實(shí)驗(yàn)中電流方向向右，磁場方向向后，發(fā)現(xiàn)安培力示數(shù)為正，說明安培力方向向下，組織學(xué)生記錄方向，記錄結(jié)果如

圖3所示;依據(jù)控制變量法，保持磁場方向不變，改變電流方向，觀察示數(shù)的正負(fù)變化并組織學(xué)生記錄方向，記錄結(jié)果如圖4所示;再保持電流方向不變，改變磁場方向，觀察示數(shù)正負(fù)的變化并記錄，記錄結(jié)果如圖5所示。

組織學(xué)生討論三組實(shí)驗(yàn)結(jié)果的特點(diǎn)與聯(lián)系，學(xué)生發(fā)現(xiàn)將三組結(jié)果適當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)，三組實(shí)驗(yàn)得到的三個(gè)物理量之間的方向關(guān)系相同。

在學(xué)生有了切身經(jīng)驗(yàn)、實(shí)際操作和思考總結(jié)之后再給出左手定則，這樣學(xué)生理解更深刻，更有利于學(xué)生以后對(duì)左手定則的熟練應(yīng)用。

3.定量測量安培力大小與電流大小和導(dǎo)線長度的關(guān)系

根據(jù)控制變量法，首先控制磁感應(yīng)強(qiáng)度和導(dǎo)線長度不變，通過改變電阻箱的阻值改變電流大小，做六次實(shí)驗(yàn)，記錄的數(shù)據(jù)如表所示。

讓x軸表示I，y軸表示F，利用描點(diǎn)連線的方法做出圖像，如圖6、圖7所示。

由圖像可得：安培力與電流成正比關(guān)系。

再保持磁感應(yīng)強(qiáng)度和電流不變，改變導(dǎo)線長度。基于實(shí)驗(yàn)儀器的設(shè)計(jì)，無法直接改變導(dǎo)線長度，但是可以改變線圈匝數(shù)。電源正極若接紅接線柱1表示接進(jìn)電路的線圈匝數(shù)是200匝，若接紅接線柱2表示接進(jìn)電路的線圈匝數(shù)是100匝，改變線圈匝數(shù)相當(dāng)于改變導(dǎo)線長度。實(shí)驗(yàn)時(shí)首先接紅接線柱1，再接紅接線柱2。

結(jié)果表明：當(dāng)匝數(shù)減半也就是導(dǎo)線長度減半時(shí)，受力大小也減半，這說明安培力與導(dǎo)線長度成正比。

三、教學(xué)反思與啟示

1.學(xué)生為本，注重培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)

作為學(xué)習(xí)的主人，學(xué)生要從物理課程中學(xué)到知識(shí)，這是毫無疑問的，然而隨著時(shí)間的推移，當(dāng)學(xué)生步入社會(huì)、走向工作崗位，中學(xué)學(xué)到的物理知識(shí)就會(huì)被漸漸遺忘，那中學(xué)物理課程的價(jià)值何在。其實(shí)當(dāng)知識(shí)被遺忘以后，在學(xué)生頭腦中留下的痕跡才是教育價(jià)值的體現(xiàn)[2]。所以物理教學(xué)就應(yīng)該注意思想方法、研究態(tài)度即核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。要培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)就需要調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，在教學(xué)中，學(xué)生的參與度越高，思考越積極、越深刻，就越能培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。國家倡導(dǎo)的新課改也強(qiáng)調(diào)教師只是引路人，是學(xué)生學(xué)習(xí)的促進(jìn)者，要采用啟發(fā)誘導(dǎo)的教學(xué)方法，而不能滿堂灌。所以在本文中，為了充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，設(shè)計(jì)了學(xué)生自己動(dòng)手記錄各物理量方向的環(huán)節(jié)，并讓學(xué)生思考、討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果所反映的物理規(guī)律，這樣就使得學(xué)生對(duì)左手定則的理解更深刻、更有效，也鍛煉、提高了學(xué)生的動(dòng)手操作、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)分析的能力和素養(yǎng)。

2.精益求精，注重物理教學(xué)的實(shí)驗(yàn)性

實(shí)驗(yàn)作為物理學(xué)科教學(xué)的重要形式和手段，是學(xué)生有效探求物理知識(shí)內(nèi)容的重要途徑[3]。實(shí)驗(yàn)不僅可以使學(xué)生學(xué)到知識(shí)，還可以鍛煉學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，提高學(xué)生的動(dòng)手操作能力、分析總結(jié)能力，所以在物理教學(xué)中一定要多做實(shí)驗(yàn)，注重物理教學(xué)的實(shí)驗(yàn)性，這也是素質(zhì)教育的必然要求。不僅如此，具體實(shí)驗(yàn)的方式方法、對(duì)學(xué)生的要求都要適應(yīng)學(xué)生的身心發(fā)展規(guī)律。對(duì)于高中生，他們的抽象邏輯思維占優(yōu)勢，具有對(duì)數(shù)據(jù)的總結(jié)分析能力，所以在本次實(shí)驗(yàn)中引入安培力的定量測量，讓學(xué)生看數(shù)據(jù)得結(jié)論，這是符合本階段學(xué)生身心特點(diǎn)的，有助于提高學(xué)生各方面能力。

3.開拓創(chuàng)新，注重教學(xué)方式的創(chuàng)造性

教學(xué)方式對(duì)學(xué)生的發(fā)展有至關(guān)重要的作用，專制的、呆板的、注入式的教學(xué)會(huì)抑制甚至扼殺學(xué)生的創(chuàng)造性[4]，新穎、有趣、富有思考性的教學(xué)方式才可以培養(yǎng)出創(chuàng)新型的人才。創(chuàng)新是時(shí)代前進(jìn)的動(dòng)力，是教師提高的有效手段，更是學(xué)生發(fā)展的有效途徑。教師在教學(xué)上要有創(chuàng)造性，要不斷思考，刻苦鉆研教材、教法，深入了解學(xué)生，創(chuàng)造出獨(dú)特、有效的教學(xué)設(shè)計(jì)，使教學(xué)更能夠促進(jìn)學(xué)生的發(fā)展，使學(xué)習(xí)過程更有趣、生動(dòng)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。只有這樣才能不只是教書匠，而是新時(shí)代的研究型教師。

參考文獻(xiàn)：

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[3]馮劍.圍繞學(xué)科特性，開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)[J].考試周刊，2010（51）：167-168.

[4]張武升.國外創(chuàng)造性教學(xué)研究的發(fā)展與特點(diǎn)[J].教師教育學(xué)報(bào)，2014（2）：51-61.

作者簡介：劉海玲（1989—），女，二級(jí)教師，武漢大學(xué)碩士研究生，主要從事高中物理教學(xué)工作，曾獲山東省2017年優(yōu)課一等獎(jiǎng)。

編輯 溫雪蓮