演示實驗“探究影響通電導線受力因素”的教學策略研究

◎ 趙茶莉

磁感應強度是電磁學的基本概念，是在學習了“磁場和磁感線”后對磁場更深層次的認識，是研究電磁感應的基礎，由于磁場看不見、摸不著，無法感知，比較抽象，從而形成教學難點。因此在課本中用類比電場強度的定義方法定義磁感應強度，安排了如下演示實驗。

接通電流，通過導線的擺角來表示導線受力的大小，電流的大小用電流表測量，導線的有效長度等效于磁鐵的寬度。實驗采用控制變量法研究導線在磁場中受到的力與哪些因素有關。

一、對教材中實驗的思考

1.教材用“有電流通過時，導線將擺動一定角度。通過擺動角度的大小可以比較導線受力的大小”，導線擺的角度大小實際難以準確測量，測得的數據誤差太大，實驗過程無法呈現嚴謹的科學態度，實驗結果難以令人信服。

圖1 在勻強磁場中探究影響通電導線受力的因素

2.導線通電時受力擺動，位置會發生很大變化。增大電流或增加磁鐵時，導線甚至會從蹄形磁鐵內部偏離出去,實驗測定的不再是原位置的磁感應強度。當導線從蹄形磁鐵內部偏離出去時，多次實驗位置的磁場發生了變化。

3.通電瞬間，導線立即擺動，需要很長時間才能穩定下來，力的大小短時間內不易測定，給實驗操作帶來不便。

二、實驗改進方案設計歷程

1.磁場不變問題的解決

力的大小的測定較為簡單的方法就是平衡法，且要兼顧平衡時通電導線所在位置磁場不變，所以設想用安培力的平衡力把通電導線拉回到初始的平衡位置，這樣就可以在磁場不變的情況下，分析通電導線所受安培力與電流大小以及導線長度的關系。

2.通電導線在磁場中受力的定量測定

力的大小的測量在高中階段學生較為熟悉的就是彈簧秤，但教材實驗中安培力很小，彈簧秤不能準確地測出。怎樣測出一個較小的力成為此實驗的難點。我們設計了用質量相等的曲別針等效做砝碼，用帶滑輪的長木板將水平拉力改為豎直拉力，將磁場中的通電導線拉回平衡位置時的拉力就可以通過曲別針的重力等效測出。

實驗表明：當通電導線與磁場方向垂直時，它受力的大小：F∝IL

寫成等式為：F=BIL

式中B為比例系數。B=，是反映磁場強弱的物理量

三、對改進后實驗的思考

1.由于安培力很小，所以在電流很小，有效長度很小時，棉質細線會有少許的影響，所以在實驗時細線短一些效果較好。

2.對定量測量安培力的大小的思考：不同的曲別針的質量有微小的差別，有條件的學校可以利用力傳感器直接測量。

3.實驗電流較大時，電池長時間放電會導致電流減小，所以做實驗要快。

四、本實驗的教學策略

1.實驗設計在教師的引導下，學生以小組討論，從實驗目的出發，到實驗方法，到實施策略，再到形成方案，遵循提出問題—解決問題—發現問題—再解決問題—形成最終方案的流程，引導學生體驗科學家的思維歷程。

2.影響磁場對通電導線的作用的因素較多，在諸多影響因素中，學生通過控制變量法，探究通電導線在磁場中受力的因素，厘清作用力與物理量值關系和空間關系，找到物理規律，利于提高學生的探究意識和實驗能力。讓學生通過自己讀取數據，享受實驗過程的成功和樂趣，培養學生的科學態度和情懷。

4.對課堂演示實驗的思考：設計理念符合學生的認知水平，突出本次實驗的重點，盡量不增加學生新知識為前提(如勵磁線圈中的勻強磁場)。

五、結語

在磁感應強度概念的建立過程中，與學生一起重走科學探究之路，找尋探究方法，體驗探究過程，形成物理概念。體會物理學科對于看不見，但真實存在物質的研究方法，使學生對磁場由感性認識上升到理性認識。同時將物理的思想方法和科學態度貫穿其中，培養科學思維，提高科學素養，實現科學育人。