基于“GeoGebra+實驗”方法對一道“直流電動機”習題的可視化分析

【摘要】本文以一道“直流電動機”的習題為例，融入GeoGebra軟件助力解決相關問題，降低學生對抽象物理問題的認知難度，并且結合實驗進行驗證，讓信息技術和物理實驗進行融合.這樣一方面有助于培養學生的建模能力，提升學生的科學思維;另一方面通過實驗讓學生動手實踐，提升學生的科學探究能力.

【關鍵詞】高中物理；直流電動機；解題技巧

1試題呈現

（多選）如圖1所示，小明將圓柱形強力釹磁體（可導電）吸附在干電池的負極上，銅導線折成的線框上端放在干電池的正極上，下端與釹磁鐵接觸，組成了簡易的電動機.松手后，線框開始順時針轉動（從上向下看），下列說法正確的是（）

（A）電動機的工作原理為電磁感應現象.

（B）電動機的工作原理為通電導線在磁場中受安培力的作用.

（C）釹磁體的上端為N極.

（D）釹磁體的上端為S極.

分析該題讓學生體會電動機的原理是安培力的作用，因此（A）錯誤，（B）正確.

本題可以假設釹磁鐵的上端為N極，下端為S極，按照周圍的磁感線分布情況，結合導線的電流方向，根據左手定則，左邊導線受到的安培力向里，右邊導線受到安培力向外，所以從上往下看，線圈將順時針轉動，所以假設是正確的，故（C）正確、（D）錯誤.因此本題選（B）（C）.

本題可以通過分析得出答案，但是很多學生缺乏關于磁感線的空間分布以及安培力的方向和線圈的旋轉情況的準確認識，GeoGebra軟件可以很好地向學生展示三維空間結構以及動畫過程[1].

2GeoGebra課件動畫可視化制作和展示

如圖2所示，選擇GeoGebra軟件的3D繪圖區，構建模型圖，還原情境．通過還原情境可以很好地展示該線圈的電流、磁場、安培力以及運動情況，具體制作步驟和展示過程如下.

2.1課件的制作核心步驟

1036f680f22a907e2bbc042ec4228f3ce512d1db29fe036eef30f559b239d1062.2課件的展示

還可以比較調換磁極時線圈受力和轉動情況，具體比較如表3.

通過GeoGebra軟件對該問題情境的還原，讓枯燥的物理知識“活”起來，但是所展示的模擬物理現象和真實的物理現象還是有差距的，因此有必要對該問題進一步進行實驗的驗證.

3實驗的驗證

針對該習題可以制作“簡易電動機模型”引導學生觀察實驗現象，并總結出背后的物理學規律.

具體操作步驟如下：

（1）如圖3所示，首先給學生提供該“簡易電動機”的基本器材——磁鐵、線圈、干電池；

（2）如圖4所示，讓學生自己動手把器材組裝起來；

（3）如圖5所示，學生觀察線圈的轉動情況，并做好記錄；

（4）學生把磁鐵的N極和S極位置互換，繼續觀察線圈的運動情況；

（5）總結出電動機轉動時安培力方向的規律.

4問題的總結

針對該問題，使用了兩種方法相互融合進行教學，其中GeoGebra軟件模擬更注重于化抽象為形象，注重科學思維過程的分析[2]；實驗的方法注重身心的體驗感以及真實物理現象的觀察，更傾向于科學探究的過程.

教師可以嘗試通過GeoGebra軟件融合實驗的方法進行教學，對這兩種方法取長補短，激發學生的學習興趣，增強學生的體驗感，實現相得益彰的教學效果.

【本文系安徽省教育科學研究項目（JK23153） “GeoGebra環境下的高中物理電磁學模塊可視化教學研究”研究成果】

參考文獻：

[1]韓典榮，夏卿，韋陶.GeoGebra軟件助力物理規律深入學習——以初中凸透鏡成像規律為例[J].物理之友，2024（03）：55-57+71.

[2]李盈，梅孝安，鄭橋橋，等.GeoGebra在高中物理教學中的應用以“帶電粒子在磁場中的運動”為例[J].物理通報，2024（05）：130-133.