《楞次定律》教學片段

魏莉

摘 要：本節(jié)課主要通過對“感應電流的方向與什么因素有關？”“有怎么樣的關系？”兩大問題的研究，再引入“中介”——感應電流的磁場方向，總結(jié)出感應電流的方向遵循楞次定律。

關鍵詞：楞次定律；邏輯推理；分組實驗

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2016）1-0078-3

筆者通過閱讀了幾篇優(yōu)秀的楞次定律的教學設計，發(fā)現(xiàn)了兩個共性問題：

問題1：在研究影響感應電流方向的因素時，大多教師采用直接引導學生得到結(jié)論，沒有鋪墊。筆者將其設計成讓學生通過實驗現(xiàn)象，層層推理，從表象看本質(zhì)，將邏輯推理與實驗相結(jié)合得出本質(zhì)的原因。

問題2：在探究感應電流方向的判定時，大多教師將4種情況都呈現(xiàn)出來，會造成學生探究的目的性不明確。從認知上看，沒有一種循序漸進的過程。筆者將其設計成使用控制變量法，先控制磁通量增加，呈現(xiàn)兩種情況，探究磁鐵增加或減少時，探究感應電流的方向與磁通量的變化關系。同時，在分析概括中發(fā)現(xiàn)需要一個“中介”——感應電流的磁場方向，在表格中增加一列物理量，提高學生自身的分析概括能力。

1 總體思路

探究1：影響感應電流方向的因素

問題：感應電流的方向與哪些因素有關？

猜想：①磁鐵的運動方向；②磁鐵的朝向。

邏輯推理：表象—本質(zhì)。

修正猜想：①磁通量的變化；②原磁場方向。

驗證：實驗

結(jié)論：磁通量的變化，原磁場方向。

探究2：感應電流方向的判定

問題：感應電流的方向與原磁場方向、磁通量的變化存在怎樣的關系？

實驗：控制變量法。

分析：引入“中介”。

概括：增反減同。

結(jié)論：楞次定律。

2 教學片段

2.1 從表象到本質(zhì)，將邏輯推理和實驗相結(jié)合

教師選用自制實驗裝置：一螺線管與兩個發(fā)光二極管相連，二極管具有單向?qū)щ娦?。等效電路如圖2所示，當磁鐵N級朝下，插入和拔出螺線管時，兩個二極管交替發(fā)光。

師：一螺線管與兩個二極管相連，磁鐵插入和拔出時，觀察二極管現(xiàn)象？

生：發(fā)光。

師：二極管發(fā)光，一定需要電源，什么充當了電源呢？

生：螺線管發(fā)生電磁感應現(xiàn)象產(chǎn)生了感應電動勢，充當了電源。

師：看等效電路圖，二極管具有單向?qū)щ娦裕瑒偛艃蓚€二極管是同時發(fā)光嗎？

生：不是。

師：兩個二極管交替發(fā)光，說明產(chǎn)生的感應電流方向？

生：不同。

師：感應電流的方向與什么有關？

生：磁鐵的運動方向是向上運動還是向下運動。

師：磁鐵向下插入，螺線管中什么發(fā)生了變化？磁通量增加，紅色發(fā)光；磁鐵向上拔出，磁通量減少，綠色發(fā)光，產(chǎn)生了相反的感應電流。很明顯，磁鐵運動只是表象，影響感應電流方向的本質(zhì)是什么？

生：磁通量的增或減，磁通量的改變。

師：第一次N級朝下插入，紅色發(fā)光；第二次S級朝下插入，綠色發(fā)光，感應電流的方向也相反。那么，感應電流的方向還與什么有關？

生：磁極朝向，N級朝哪里。

師：這也只是表象，磁鐵朝向影響的本質(zhì)是什么？

生：磁場方向。

通過邏輯推理和實驗得到：感應電流的方向與磁通量的變化、原磁場方向有關。

2.2 從特殊到一般，將分析概括和實驗相結(jié)合

確定實驗方案，使用控制變量法，控制磁通量增加時，分組實驗，根據(jù)表格填寫。

師：感應電流方向是順、逆時針的，在水平面上。原磁場方向上、下，在豎直面上，方向都不在一個平面上，不方便比較，如兩個物理量都是上下方向的，就容易比較，要么相同要么相反。因此，需要找一個物理量作為“中介”，方向也是上下的，而且跟他們兩個有關，找什么做中介呢？提示：電生磁，感應電流也會激發(fā)磁場。

生：引入“感應電流的磁場”作為“中介”。

師：表格1中增加一列“感應電流的磁場方向”，觀察：當穿過線圈的磁通量增加時，感應電流產(chǎn)生的磁場方向與原磁場方向怎樣？

生：相反。

師：簡單概括為“增反”。磁通量減少時，猜想會怎樣呢？

生：減少。

師：分組實驗，磁通減少時，根據(jù)表格2填寫。

師：當穿過線圈的磁通量減少時，感應電流產(chǎn)生的磁場方向與原磁場方向怎樣？

生：相同。

師：概括為“減同“，剛才的實驗只是個別現(xiàn)象，一般的電磁感應也是“增反減同”嗎？十九世紀，法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應后，德國物理學家研究了大量的電磁感應，都得到“增反減同”的結(jié)論，說明“增反減同”具有一定的普遍性，可以上升為一個規(guī)律。下面深入研究這個規(guī)律，還是從剛才的實驗出發(fā)。

情景1：N級向下，原磁場向下，以第一個線圈為例，現(xiàn)在穿過磁感線的條數(shù)為？

生：3根。

師：當向下插入時，請仔細觀察，穿過線圈的磁感線的條數(shù)變成？

生：5根。

師：說明穿過線圈的磁通是增大還是減少？

生：增大。

師：由剛才實驗得到感應電流的方向為？

生：逆時針。

師：再由安培定則得到感應電流的磁場方向為？

生：向上。

師：由此得到當原磁通量增加時，感應電流的磁場方向與原磁場方向相反，感應電流的磁場阻礙還是促進磁通量的增加？

生：阻礙。

得到結(jié)論：原磁場的磁通增加時，感應電流的磁場阻礙其增加。

以類似方式分析得到：磁通量減少時，感應電流的磁場阻礙其減小。增加和減小可以概括為？

生：變化。

師：原磁場的磁通量變化時，感應電流的磁場阻礙其變化，原磁場的磁通量變化是電磁感應的導火線，所以原磁場的磁通量又稱為？

生：引起感應電流的磁通量。

師：引起感應電流的磁通量變化時，感應電流的磁場阻礙其變化。當年，楞次用了更精辟的一句話：感應電流的磁場總要阻礙引起感應電流的磁通量的變化，這就是著名的楞次定律。

師：誰起阻礙作用？

生：感應電流的磁場。

師：阻礙什么？阻礙原磁場，阻礙原磁通量？

生：不是，阻礙原磁通量的變化。

師：有沒有阻止？

生：沒有。

師：情景1中，最終磁鐵還是插入到螺線管里面，磁通量最終還是增加了，沒有阻止，只是由于產(chǎn)生了相反的磁通，使磁通量的增加變快還是變慢了？

生：變慢了。

師：對，無法阻止，只是磁通量的變化變慢了。

2.3 從定律到應用，將楞次定律和安培定則相結(jié)合（圖3）

3 結(jié)束語——設置懸念，為“來阻去留”埋下伏筆

欣賞兩個實驗“一起一落”——“跳環(huán)”和“落磁”實驗。提出思考：“跳環(huán)”和“落磁”分別受到了什么力？

參考文獻：

[1]張新華.以“楞次定律”教學為例談自主探究學習[J].物理教學探討，2014，22（4）：8—10.

[2]袁培耀.《楞次定律》教學設計與實踐[J].物理教學探討，2013，31（1）：64—67.

（欄目編輯 鄧 磊）