磁如何生電
——電磁感應(yīng)現(xiàn)象及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)設(shè)計(jì)

◆哈爾濱市奔賽中學(xué) 暴 雷

一、探究目標(biāo)

讓學(xué)生知曉磁場變化能在閉合回路中產(chǎn)生電流，知道這種現(xiàn)象的名稱，并通過探究實(shí)驗(yàn)了解產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件。學(xué)生通過對“磁生電”的研究，體驗(yàn)科學(xué)探索中科學(xué)思想的重要作用，體會(huì)物質(zhì)世界的多樣性和統(tǒng)一性，了解電磁感應(yīng)現(xiàn)象以及感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件，體驗(yàn)科學(xué)知識(shí)在生活的應(yīng)用。

二、探究重點(diǎn)和難點(diǎn)

感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件與應(yīng)用，感應(yīng)電流的成因由表象結(jié)論到本質(zhì)結(jié)論的內(nèi)化。

三、探究方法

演示法，討論法，實(shí)驗(yàn)法。重點(diǎn)采用問題鏈的形式啟發(fā)學(xué)生，通過質(zhì)疑、合作、交流突破疑難點(diǎn)。

四、探究工具與技術(shù)

特斯拉線圈、日光燈、發(fā)光二極管、法拉第線圈、條形磁鐵、電流表、電池組、小磁針及手機(jī)。運(yùn)用手機(jī)App“phyphox（物理工坊）”分析感應(yīng)電流磁場。

五、探究步驟

（一）通過演示實(shí)驗(yàn)形成基本的“電磁感應(yīng)”概念模型并提出問題

通過演示實(shí)驗(yàn)導(dǎo)入課程，幫助學(xué)生觀察并感知實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。轉(zhuǎn)動(dòng)電風(fēng)扇葉片發(fā)電，幫助學(xué)生在腦海中建立基本的電磁感應(yīng)模型，對下一步進(jìn)行合理的假設(shè)起到引導(dǎo)作用，培養(yǎng)學(xué)生通過實(shí)際情景形成理想模型的抽象思維。

圖1 演示特斯拉線圈點(diǎn)亮日光燈

圖2 演示手搖電風(fēng)扇葉片點(diǎn)亮燈泡

1.播放法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象故事中的節(jié)選視頻，引導(dǎo)學(xué)生感受發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象背后的艱辛歷程。

2.學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)，探究產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件。

（1）提出“問題鏈”，選擇合適的方案

①根據(jù)以往的知識(shí)和剛剛建立的模型，對如何能產(chǎn)生感應(yīng)電流、需用什么器材開展探究。

a.學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生分成若干組，每組經(jīng)討論形成假設(shè)，并對可行方案進(jìn)行展示。

b.教師活動(dòng)：將不同的實(shí)驗(yàn)分配給不同的學(xué)生小組，讓其分別進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)。

②如何驗(yàn)證產(chǎn)生了感應(yīng)電流？

a.學(xué)生活動(dòng)：探究電磁感應(yīng)產(chǎn)生的條件——磁通量的變化，并通過感應(yīng)電流的磁場突破難點(diǎn)。運(yùn)用手機(jī)App“phyphox（物理工坊）”探測感應(yīng)磁場，將定性分析轉(zhuǎn)為定量分析。

b.教師活動(dòng)：回歸最初科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)磁生電現(xiàn)象的方法——產(chǎn)生感應(yīng)磁場，同時(shí)為楞次定律中的難點(diǎn)——感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場這一“媒介”進(jìn)行鋪墊。若實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯，可組織學(xué)生思考其原因，并探究實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)方案。

（2）自主設(shè)計(jì)方案，探究感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件并設(shè)計(jì)表格

①辨別學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的科學(xué)性和可操作性，并設(shè)計(jì)合適的實(shí)驗(yàn)表格。學(xué)生在教師的引導(dǎo)下進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)，填寫表格。選取一組具有代表性的學(xué)生實(shí)驗(yàn)，在多媒體上投影播放，讓全班同學(xué)觀看。

圖3 學(xué)生自主探究感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件

②引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)探究現(xiàn)象總結(jié)出“表象”性結(jié)論——“變化的電流、運(yùn)動(dòng)的磁鐵可以產(chǎn)生感應(yīng)電流。”

③學(xué)生得出結(jié)論——“變化的電流、運(yùn)動(dòng)的磁鐵可以產(chǎn)生感應(yīng)電流。”教師質(zhì)疑：“變化的電流和運(yùn)動(dòng)的磁場本質(zhì)上是磁場強(qiáng)弱的變化，是否可以理解為磁場強(qiáng)弱的變化在閉合回路中就可以產(chǎn)生感應(yīng)電流？”學(xué)生思考。

（二）展示電磁感應(yīng)現(xiàn)象的應(yīng)用

學(xué)生1：手搖電風(fēng)扇葉片，導(dǎo)體框在磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)體框切割磁感線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電流。

學(xué)生2：導(dǎo)體框在磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)，框內(nèi)的磁通量發(fā)生變化，產(chǎn)生感應(yīng)電流。

學(xué)生活動(dòng)：觀看三峽大壩發(fā)電站發(fā)電原理的視頻，了解電磁感應(yīng)現(xiàn)象的應(yīng)用。啟發(fā)學(xué)生再次思考，找出生活中的電磁感應(yīng)現(xiàn)象并解釋原理。

六、探究創(chuàng)新點(diǎn)

（一）演示特斯拉線圈點(diǎn)亮日光燈、手搖電風(fēng)扇葉片點(diǎn)亮燈泡等實(shí)驗(yàn)，對學(xué)生起到良好的示范作用。

（二）利用phyphox軟件將定性分析實(shí)驗(yàn)改為定量分析實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生對感應(yīng)電流的認(rèn)知由感性思維上升到理性思維。

（三）問題鏈的設(shè)置具有一定的邏輯性，讓學(xué)生能跟隨教師的思考方向進(jìn)行分析，設(shè)置的開放性問題有利于激發(fā)學(xué)生的發(fā)散性思維。

七、反思與提升

該活動(dòng)方案能讓學(xué)生形成對問題的獨(dú)立見解，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維、科學(xué)精神和社會(huì)責(zé)任感，提高學(xué)生的科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰吞骄磕芰Α?/p>

此外，還可以在分組實(shí)驗(yàn)中加入導(dǎo)體棒切割磁感線運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生對所學(xué)知識(shí)理解得更加透徹。