用活物理實驗 創建高效課堂

董麗

“渦流、電磁阻尼和電磁驅動”是2019人教版高中物理新教材選擇性必修二第二章第三節的內容，是對法拉第電磁感應定律的總結和應用。新教材對這節內容的編寫做了些改動，將感生電場和渦流概念放在了一起。學生在學習了楞次定律和電磁感應定律后，理解這節內容的難度不大。教師在這節內容的處理上往往會一筆帶過。新課標對這節內容的要求是，通過實驗了解渦流現象，并能舉例說明渦流現象在生產生活中的應用。可見，新課標更加重視物理實驗在教學中的作用。

結合新課標的要求，圍繞2019新教材內容，筆者設計了6個小實驗，讓學生邊動手邊思考，同時進行小組交流，在已有認知基礎上理解感生電場、渦流、電磁阻尼和電磁驅動。這些實驗的設計既符合學生的認知規律，又適應學生的身心特點，同時對打造高效課堂、實現有效教學也起到了重要作用。

在教學時，教師將學生進行分組，每組實驗桌上都放有不同的實驗器材，教師介紹桌面上放置的實驗儀器、相關資料，要求每組學生完成自己的實驗操作，并通過組內交流解釋實驗現象。

實驗1：電磁爐是不是一定能把涼水變成熱水？

實驗器材：1個完整的電磁爐，1個去掉面板后的電磁爐，1只不銹鋼杯，1只玻璃杯。

實驗操作：將兩杯中倒入相同體積的水，同時放到電磁爐上加熱，觀察水溫變化。

思考與交流：觀察去掉面板后的電磁爐，閱讀教材第33頁感生電場和渦流的相關內容，結合麥克斯韋電磁理論解釋上述實驗現象。

學生分析：根據麥克斯韋電磁理論，電磁爐通電后，變化的電流會產生變化的磁場，變化的磁場周圍又會產生變化的電場（感生電場），感生電場會驅動金屬中的自由電荷定向移動而形成電流，電流的熱效應使得不銹鋼杯中的水被加熱。玻璃杯沒有自由電荷，無法形成電流，里面的水不會被加熱。

教師總結：感生電場;渦流及其成因;渦流的熱效應。

設計意圖：利用實驗1，讓學生理解感生電場的產生，進而引導學生總結出渦流的成因及渦流的熱效應，從而得出渦流的定義。

實驗2：為什么靈敏電流計在運輸時要用導線把兩個接線柱相連？

實驗器材：2個靈敏電流計，其中1個的正負接線柱用導線連接。

實驗操作：晃動兩個電流計，觀察指針偏轉情況。

思考與交流：觀察電流計內部結構圖，利用電磁感應現象解釋上述實驗現象。

學生分析：將接線柱用導線連接在一起，相當于把電流計內的線圈電路組成閉合電路，當指針由于外界振動而發生跳動時，產生感應電流，進而產生安培力，安培力的方向與跳動方向相反，即阻礙指針的跳動，能起到減震的作用。

實驗3：落體實驗

實驗器材：2個相同長度的直管（有機玻璃管、鋁管），圓柱形小磁體。

實驗操作：兩直管豎直放置，將圓柱形小磁體分別放入兩直管，靜止釋放，觀察下落快慢。

思考與交流：利用電磁感應定律解釋上述實驗現象。

學生分析：當有磁性的小磁體在鋁管中下落時，由于磁體的磁場相對鋁管運動，根據麥克斯韋電磁理論，在鋁管中會產生渦流，渦流受到阻礙兩者相對運動的安培力的作用，同時也對下落的小磁體產生反作用力，阻礙小磁體的下落。

設計意圖：利用實驗2、3，讓學生了解渦流的機械效應——電磁阻尼。

實驗4：不用手接觸，你能讓鋁框轉動起來嗎？

實驗器材：蹄形磁鐵，帶有鋁框的豎直支架。

實驗操作：將蹄形磁鐵放在豎直支架上，讓其能以支架為軸轉動，將鋁框放在蹄形磁鐵兩腳之間，轉動蹄形磁鐵，觀察鋁框的運動。

思考與交流：利用電磁感應定律解釋上述現象并思考如何讓轉動的鋁框快速停下來。

學生分析：蹄形磁鐵相對靜止的鋁框轉動，穿過鋁框的磁通量發生變化，在鋁框中產生渦流，渦流受到阻礙產生相對轉動的安培力，使鋁框跟著磁鐵轉動，但總比磁鐵晚一步。若要讓轉動的鋁框快速停下來，可以反向轉動磁鐵。

設計意圖：利用實驗4，讓學生了解渦流的機械效應——電磁驅動與電磁阻尼。

實驗5：考試進場時，什么情況下探測器會出現鳴叫聲？

實驗器材：手持式探測器、鑰匙、金屬拉鏈、水卡等物品。

實驗操作：打開探測器電源，將探測器分別靠近鑰匙、金屬拉鏈、水卡等物品，探測器出現鳴叫聲。

思考與交流：拆開探測器，觀察內部構造，解釋上述現象。

學生分析：當交流電通過線圈時，產生迅速變化的磁場。這個磁場能使金屬物體內部產生渦電流。渦電流又會產生磁場，反過來影響原來的磁場，引發探測器發出鳴叫聲。

實驗6：用絕緣絲線懸掛銅環，不用手接觸銅環，你能讓銅環運動起來嗎？銅環運動起來后，不用手接觸銅環，你能讓它快速停止運動嗎？

設計意圖：實驗5、6是在學生學習了渦流、電磁阻尼、電磁驅動的基礎上進行的學生自主活動，目的是讓學生運用所學知識分析實際現象，體會物理知識與現實的聯系。

總結提高：各小組就本組的實驗內容做一個自我總結，之后各小組可以輪換位置，親身體驗每一個實驗，再通過小組間交流探討，總結本節課的主要內容。

“從生活走向物理，從物理走向社會”是物理學科的課程理念。提升分析問題、解決問題的能力，是學生物理學科素養形成和發展的關鍵。近年來的物理考試試題與科學技術進步及生產生活實際的聯系也越來越密切，更加注重考查學生靈活運用所學物理知識解決實際問題的能力，促進學科素養的發展。本節課通過日常生活中電磁爐燒水這一實驗活動，讓學生從感生電場的知識入手，得出渦流的概念，再利用幾個小實驗學習渦流在生活中的三類應用，即渦流的熱效應、電磁阻尼和電磁驅動。實驗器材既有生活中的電磁爐、探測器，實驗室中常見的電流計、磁鐵，也有自制的銅環。實驗成本低，操作簡單，又有一定的趣味性，讓學生認識到課本上枯燥的內容在日常生活中卻有如此高的利用率，調動了學生學習物理的積極性。

總之，物理實驗教學是一個打造物理高效課堂的平臺，物理教師應盡可能地提高學生學習物理的興趣，調動學生學習物理的主動性、積極性。同時通過物理實驗培養學生實驗操作能力、創新能力，讓學生具有強烈的探索欲和求知欲。

（責編 馬孟賢）