化“演示實驗”為“學(xué)生實驗”提升課堂教學(xué)效果

摘要：本文是筆者在多年實踐教學(xué)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，對楞次定律一節(jié)課的教學(xué)設(shè)計，本設(shè)計將傳統(tǒng)的“演示實驗”設(shè)計為教師引導(dǎo)基礎(chǔ)上的“學(xué)生實驗”，在實際教學(xué)中有效提升了課堂教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：楞次定律；教學(xué)設(shè)計；學(xué)生實驗

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2013）10（S）-0030-4

1 教材分析

本節(jié)教材為高二物理電磁感應(yīng)部分的楞次定律。內(nèi)容講述的是感應(yīng)電流（感應(yīng)電動勢）方向的規(guī)律。教材是在初中磁場知識和對電磁感應(yīng)簡單認(rèn)識的基礎(chǔ)上，利用高中已學(xué)過的知識，較為深入的研究磁轉(zhuǎn)化為電的規(guī)律，研究電場、磁場的統(tǒng)一性。這些內(nèi)容，在高中物理教材中占有重要地位。

教材的問題大多數(shù)都涉及到三維空間，對培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力極為有益。實驗方法在教材中占有重要地位，但不是對實驗現(xiàn)象進(jìn)行簡單的羅列或初步總結(jié)，而是實驗和推理結(jié)合起來。得出比較抽象的結(jié)論，在這里，學(xué)生觀察實驗的能力和思維能力都將得到進(jìn)一步的發(fā)展。

教材把磁體的磁現(xiàn)象和電流的磁現(xiàn)象統(tǒng)一起來。對于學(xué)生認(rèn)識物質(zhì)世界是一個觀念上的飛躍。電磁感應(yīng)一章的教材滲透了深刻的對立統(tǒng)一思想，學(xué)生對電和磁的統(tǒng)一和相互轉(zhuǎn)化的理解，將為學(xué)生形成辯證唯物主義的世界觀提供有說服力的素材。另外，教材進(jìn)一步把能量守恒的觀點反映到電磁運動中來。對于學(xué)生牢固地樹立能量的觀點也極為有益。

2 三維教學(xué)目標(biāo)

1 知識與技能

了解楞次對物理學(xué)的貢獻(xiàn)；

掌握電流放大器的基本使用方法；

理解楞次定律的相關(guān)內(nèi)容；

初步掌握用楞次定律分析問題的基本思路和方法。

2 過程與方法

通過實驗和觀察，理解楞次定律；

通過科學(xué)探究，理解楞次定律的一般應(yīng)用：

通過科學(xué)探究，初步了解從認(rèn)識到實踐的物理方法。

3 情感態(tài)度與價值觀

初步認(rèn)識從特殊結(jié)論到一般規(guī)律的科學(xué)思想：

理解物理學(xué)是一門實驗的科學(xué)、實踐的科學(xué)。

3 教學(xué)的重點

1 楞次定律的理解：

2 應(yīng)用楞次定律判斷感應(yīng)電流的方向。

4 教學(xué)的難點

1 由實驗歸納總結(jié)出楞次定律；

2 對楞次定律的理解。

5 教學(xué)方法

實驗法、講授法、練習(xí)法等。

6 實驗器材

1 教師演示器材：螺線管、條形磁鐵、演示電流計各一；廢電池一節(jié)、多媒體教學(xué)平臺、導(dǎo)線若干；

2 學(xué)生實驗器材：靈敏電流計、螺線管、條形磁鐵25套、導(dǎo)線若干。

7 課程建構(gòu)與教學(xué)過程

7.1 復(fù)習(xí)引入

復(fù)習(xí)前面所學(xué)的知識點：

（1）磁通量；

（2）產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件；

（3）通過多媒體課件演示條形磁鐵插入或拔出線圈時，線圈中B的變化情況，為新課的實驗做好準(zhǔn)備。

設(shè)置問題，引入新課。（觀察實驗，回答相關(guān)問題）

（1）當(dāng)磁鐵和線圈均靜止不動時，電流計的指針是否發(fā)生偏轉(zhuǎn)？為什么？

（2）當(dāng)條形磁鐵插入線圈或從線圈中拔出時，電流計的指針是否發(fā)生偏轉(zhuǎn)，為什么？

（3）產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是什么？

（只要閉合回路中的磁通量發(fā)生了變化，閉合回路中就產(chǎn)生了感應(yīng)電流）

通過觀察實驗過程中，當(dāng)磁極插入和拔出時，實驗現(xiàn)象有何不同？（即是觀察電流計的指針的偏轉(zhuǎn)方向）該實驗現(xiàn)象說明了什么？

從而引出感應(yīng)電流的方向，進(jìn)一步提出本節(jié)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容——感應(yīng)電流的方向——楞次定律（多媒體演示出本節(jié)的課題）。

7.2 新課教學(xué)

7.2.1 實驗探索，總結(jié)規(guī)律

實驗：感應(yīng)電流的磁場方向與哪些因素有關(guān)

學(xué)生通過實驗進(jìn)行觀察，進(jìn)行各種推論：（1）可能與產(chǎn)生感應(yīng)電流的磁場有關(guān)；（2）可能與產(chǎn)生感應(yīng)電流的磁場的變化有關(guān)；（3）可能與產(chǎn)生感應(yīng)電流的磁通量有關(guān)；（4）可能與產(chǎn)生感應(yīng)電流的磁通量的變化有關(guān)。因為感應(yīng)電流的產(chǎn)生是由于磁通量的變化。

師生共同討論設(shè)計探究的實驗方案。

1 介紹實驗裝置；

2 設(shè)計實驗記錄表（如下表所示）

3 實驗準(zhǔn)備：

（1）查明螺線管線圈的繞行方向。

（2）明確電流計指針的偏轉(zhuǎn)方向與電流方向的關(guān)系（用廢電池演示）。

電池從正接線柱流入電表，指針向右偏轉(zhuǎn)，電流從負(fù)接線柱流入電表，指針向左偏轉(zhuǎn)。

（3）明確實驗步驟：將條形磁鐵的N極、S極分別插入和拔出線圈，記感應(yīng)電流的方向，并填入實驗記錄表中。

4 教師演示：將N極插入線圈。分析實驗現(xiàn)象，并填寫表格的第一列。

5 學(xué)生分組實驗：由學(xué)生完成余下的步驟，并將實驗結(jié)果填入記錄表。

6，引導(dǎo)學(xué)生分析歸納，得出結(jié)論：利用課件，讓學(xué)生填寫表格。

（1）當(dāng)（原磁通量）增加時，感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場方向（相反），此時感應(yīng)電流的磁場“阻礙”（原磁通量）增加；

（2）當(dāng)（原磁通量）減少時，感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場方向（相同），此時感應(yīng)電流的磁場“阻礙”（原磁通量）減少。

學(xué)生歸納出結(jié)論：感應(yīng)電流的磁場阻礙原磁通量的變化。

7.2.2 楞次定律

內(nèi)容：感應(yīng)電流的磁場方向總是阻礙引起感應(yīng)電流磁通量的變化。

（該規(guī)律首先是由俄國物理學(xué)家楞次在1833年發(fā)現(xiàn)的，人們?yōu)榱思o(jì)念他對物理學(xué)的貢獻(xiàn)，就把這個規(guī)律叫做楞次定律）

（介紹楞次：（1804——1865）誕生于愛沙尼亞。楞次在物理學(xué)上的主要成就是發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)的楞次定律和電熱效應(yīng)的焦耳一楞次定律。1834年，楞次在圣彼得堡科學(xué)院宣讀了他的題為“關(guān)于用電動力學(xué)方法決定感生電流方向”的論文，提出了楞次定律。1843年楞次在不知道焦耳發(fā)現(xiàn)電流熱作用定律（1841年）的情況下，獨立地發(fā)現(xiàn)了這一定律，他用改善實驗方法和改用酒精作傳熱介質(zhì)，提高了實驗的精度。）

對楞次定律的理解：

（1）感應(yīng)電流的磁場是“阻礙”原磁通量的變化，而不是“阻礙”原磁場。因此，不能認(rèn)為感應(yīng)電流的磁場方向總是和原磁場方向相反。

（2）正確理解“阻礙”及“變化”：

“阻礙”不是“阻止”，而是“延緩”、“妨礙”之意。

“變化”：當(dāng)φ增加時，“阻礙增加”，B與B'的方向相反，起抵消作用；當(dāng)φ減小時，“阻礙減小”，B與B'方向相同，起補(bǔ)償作用。

因此楞次定律可以簡要表述為：φ增B'反，φ減B'同。

7.2.3 楞次定律的應(yīng)用

例題分析：

例題1如圖1所示，矩形線框abcd的平面跟勻強(qiáng)磁場的方向垂直。當(dāng)ab邊在線框上向右滑動時，ab邊中產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向如何？

解析（1）原磁場B的方向：B垂直向里：

（2）原磁通量的變化：S增加，B不變，φ增加；

（3）由楞次定律“φ增B'反”得，磁場B'的方向垂直向外：

（4）由安培定則確定感應(yīng)電流的方向：b→a→d→c→b（同時用實驗驗證判斷結(jié)果）。

例題2如圖2所示。在勻強(qiáng)磁場中。由伸長彈簧構(gòu)成的回路收縮時，判斷感應(yīng)電流的方向。

解析（學(xué)生分析、判斷，老師補(bǔ)充）

總結(jié)出判斷感應(yīng)電流的方向的步驟：首先明確所研究的回路。

（1）原磁場B的方向；

（2）原磁通量φ的變化；

（3）由楞次定律判斷感應(yīng)電流的磁場B'的方向：

（4）由安培定則確定感應(yīng)電流的方向。

8 鞏固練習(xí)

例題3如圖3所示，導(dǎo)線AB和CD互相平行，當(dāng)AB所在電路中的開關(guān)K斷開時，導(dǎo)線CD中的感應(yīng)電流向哪個方向流動？

解析 指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析：

（1）回路CDEF是題中要求研究的閉合回路，通過該回路內(nèi)的原磁場是導(dǎo)線AB中流過電流時產(chǎn)生的，根據(jù)安培定則，原磁場B的方向為“垂直指向紙里”：

（2）斷開K時，原磁場B減小為零，則通過回路CDEF的磁通量φ減少：

（3）根據(jù)楞次定律知道，感應(yīng)電流的磁場B'方向與原磁場B方向相同，即垂直指向紙里：

（4）由安培定則判斷，CD中的感應(yīng)電流的方向由D流向C。

思維拓展：可以讓學(xué)生繼續(xù)分析，當(dāng)開關(guān)K閉合時，回路CDEF的感應(yīng)電流的方向：開關(guān)K保持閉合狀態(tài)，移動滑動變阻器的觸頭（從左向右）移動，回路CDEF中感應(yīng)電流的方向。

9 課堂小結(jié)

1 楞次定律是電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的重要規(guī)律，要正確理解該定律，必須正確理解“阻礙”的含義：φ增B'反，φ減B'同；

2 楞次定律只給出了感應(yīng)電流磁場方向，要確定感應(yīng)電流還需要利用安培定則。

10 作業(yè)布置

教材練習(xí)

11 板書設(shè)計

楞次定律的內(nèi)容：

感應(yīng)電流具有這樣的方向，就是感應(yīng)電流的磁場總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。

楞次定律的理解：

（1）“阻礙”的含義：

“阻礙”的現(xiàn)象：

①當(dāng)穿過回路的磁通量增大時施感磁場與感應(yīng)電流磁場的方向相反：

②當(dāng)穿過回路的磁通量減小時施感磁場與感應(yīng)電流磁場的方向相同。

概括為：增反減同（劫富濟(jì)貧）。

“阻礙”的含義：阻礙變化。

“阻礙”的結(jié)果：不會出現(xiàn)使原來的變化出現(xiàn)相反的情況，它只是延緩了這種變化。

（2）注意區(qū)分產(chǎn)生感應(yīng)電流的“原磁場B”和感應(yīng)電流的磁場B'。

楞次定律的運用：

解題步驟：

（1）明確原磁場的方向；

（2）明確穿過閉合回路的磁通量是增加還是減少：

（3）根據(jù)楞次定律，判定感應(yīng)電流的磁場方向；

（4）利用安培定則判定感應(yīng)電流的方向。

楞次定律符合能的轉(zhuǎn)化和守恒定律。

楞次定律實質(zhì)上是能的轉(zhuǎn)化和守恒定律在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的體現(xiàn)。

12 課后反思

該案例的主要思路是將書本上的演示實驗轉(zhuǎn)化為學(xué)生的分組實驗，通過老師的引導(dǎo)和幫助設(shè)計和完成對楞次定律的推導(dǎo)，從而從本質(zhì)上去理解楞次定律，以及應(yīng)用楞次定律判斷感應(yīng)電流的方向。通過這種方式，可以大大的調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣，積極主動的投入到對科學(xué)規(guī)律的認(rèn)知、理解和應(yīng)用上。對例題的設(shè)置，是為了進(jìn)一步突破教學(xué)中的難點問題，同時也擴(kuò)大學(xué)生對知識的認(rèn)知范圍，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。這些既是本節(jié)課要著重解決的問題，同時也是個人對本節(jié)內(nèi)容進(jìn)行如此設(shè)計的初衷，當(dāng)然也就成為了教學(xué)設(shè)計中亮點所在。

當(dāng)然，在設(shè)計的過程中，可以再大膽一些：由面積的變化引起磁通量的變化，繼而引起感應(yīng)電流的產(chǎn)生以及判斷其電流的方向這一過程，也可以通過實驗設(shè)計來進(jìn)行展示，給學(xué)生更加直觀的感受。在今后的教學(xué)中可以在這方面進(jìn)行進(jìn)一步的嘗試。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國教育部，普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)[S]，北京：人民教育出版社，2003

[2]普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書[M]北京：人民教育出版社，2010

（欄目編輯李 富強(qiáng)）