關(guān)于電磁感應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)教學(xué)法

武震宇

摘要：學(xué)生掌握知識(shí)的過程其實(shí)就是認(rèn)識(shí)事物的過程，在教學(xué)過程中積極采取實(shí)驗(yàn)演示等直觀教學(xué)的方式，注意發(fā)揮他們的學(xué)習(xí)自覺能動(dòng)性，待學(xué)生對(duì)物理現(xiàn)象獲得感性認(rèn)識(shí)后，引導(dǎo)學(xué)生積極思考，讓學(xué)生把獲得的感性認(rèn)識(shí)上升到理論認(rèn)識(shí)、從而幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)并理解電磁感應(yīng)這種物理現(xiàn)象。實(shí)踐證明，通過這種直觀并帶著啟發(fā)式的教學(xué)方式，絕大部分同學(xué)都能夠比較好地掌握電磁感應(yīng)的概念及其規(guī)律，從而取得較好的教學(xué)效果。

Abstract： The process of student to master knowledge is actually the process to know kings. In the teaching process， teachers should actively take experimental demonstration and other visual teaching modes， and pay attention to arouse the enthusiasm of students learning initiative. After the students get perceptual knowledge of physical phenomenon， teachers should guide students to think actively， let the students to get the perceptual knowledge rise to theoretical understanding， so as to help students understand the electromagnetic induction phenomenon. Practice has proved that through this intuitive and heuristic teaching method， the vast majority of students are able to better grasp the concept of electromagnetic induction and its laws， and the better teaching results will achieved.

關(guān)鍵詞： 電磁感應(yīng)現(xiàn)象；探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)；教學(xué)方法

Key words： electromagnetic induction phenomenon；exploratory experiment teaching；teaching method

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2016）30-0149-03

0 引言

電磁感應(yīng)現(xiàn)象是《電工基礎(chǔ)》這門課程的核心內(nèi)容，它揭示了磁和電的內(nèi)在聯(lián)系，是我們進(jìn)一步學(xué)習(xí)《電子技術(shù)》、《電機(jī)學(xué)》、《電氣設(shè)備》等專業(yè)課程的重要基礎(chǔ)，在整個(gè)電類專業(yè)課程的學(xué)習(xí)過程中具有非常重要的地位，是同學(xué)們必須理解并熟練掌握的內(nèi)容。為了便于學(xué)生理解并掌握電磁感應(yīng)現(xiàn)象，根據(jù)自己多年來的教學(xué)實(shí)踐，探索運(yùn)用了演示實(shí)驗(yàn)的探究式教學(xué)的方法進(jìn)行教學(xué)，收到了良好的教學(xué)效果。

1 提出問題，引入新課

首先，通過復(fù)習(xí)磁場(chǎng)的有關(guān)知識(shí)，使同學(xué)們進(jìn)一步理解磁現(xiàn)象的電本質(zhì)：磁場(chǎng)是由電流產(chǎn)生的，即“電能生磁”。最早發(fā)現(xiàn)電能生磁這一現(xiàn)象的物理學(xué)家是丹麥的奧斯特，1820年4月，奧斯特通過實(shí)驗(yàn)（稱為“奧斯特實(shí)驗(yàn)”）發(fā)現(xiàn)了電流可以產(chǎn)生磁場(chǎng)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象見圖1。

奧斯特實(shí)驗(yàn)的這一發(fā)現(xiàn)就像是架起了一座電和磁之間的橋梁，人們自然而然的就會(huì)想到這座橋梁難道僅僅是一個(gè)單行道嗎？就會(huì)產(chǎn)生以下的猜想：既然電流可以產(chǎn)生磁場(chǎng)，那么磁場(chǎng)是不是也可以產(chǎn)生電流呢？磁場(chǎng)如果能產(chǎn)生電流，那么，它應(yīng)該具有什么樣的條件呢？從而引出我們這一堂新課的教學(xué)內(nèi)容。

2 根據(jù)猜想，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

電流可以產(chǎn)生磁場(chǎng)，是通過試驗(yàn)獲得的。那么我們可以引導(dǎo)學(xué)生思考，是不是也可以考慮通過實(shí)驗(yàn)的辦法來研究“磁場(chǎng)能否產(chǎn)生電流”這個(gè)問題。為此，我們需要考慮實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)問題，并利用設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置來研究“磁場(chǎng)能否產(chǎn)生電流”的問題。

2.1 實(shí)驗(yàn)裝置所需實(shí)驗(yàn)器材的選取

老師通過引導(dǎo)同學(xué)思考，要完成“磁場(chǎng)能否產(chǎn)生電流”的問題的研究，必須提供那些器材。

①要?jiǎng)?chuàng)造出磁場(chǎng)環(huán)境，需要什么器材？

②要看是否產(chǎn)生電流所以要提供電流的載體或者是電流流動(dòng)的路徑，需要什么器材？（導(dǎo)體：直導(dǎo)體、螺線管線圈等）

③電流即使產(chǎn)生了也是看不見摸不著，要發(fā)現(xiàn)電路中是否有電流的產(chǎn)生，需要什么器材？（靈敏度高的電流表、檢流計(jì)）

討論的結(jié)果：實(shí)驗(yàn)所需要的器材是：磁鐵、導(dǎo)體、靈敏度高的電流表。

2.2 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置

2.3 利用實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，填寫實(shí)驗(yàn)情況記錄表

利用圖2、圖3所示的實(shí)驗(yàn)裝置，引導(dǎo)進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究，并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄到相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)情況記錄表中，見表1和表2。

①奧斯特實(shí)驗(yàn)證明導(dǎo)體通電后可以產(chǎn)生磁場(chǎng)，那么反過來是不是把導(dǎo)體放在磁場(chǎng)里就會(huì)產(chǎn)生電流呢？觀察發(fā)現(xiàn)沒有電流產(chǎn)生，將觀察結(jié)果記錄到表1和表2中。

②把導(dǎo)體直接放在磁場(chǎng)里沒有產(chǎn)生電流，可能是由于導(dǎo)體與磁場(chǎng)處于相對(duì)靜止的緣故；那么我們?cè)囍寣?dǎo)體和磁場(chǎng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)起來，看能不能產(chǎn)生電流？（觀察記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果）

2.4 分析實(shí)驗(yàn)，探究結(jié)論

從表1、表2記錄的情況來看，在一定的條件下，磁場(chǎng)是可以產(chǎn)生電流的。那這個(gè)條件是什么呢？這就需要我們進(jìn)一步尋找以上兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的共同之處，從本質(zhì)上總結(jié)出磁能生電的條件。

①先分析螺線管線圈的實(shí)驗(yàn)情況。

在實(shí)驗(yàn)裝置中，我們知道條形磁鐵在其周圍空間存在磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向可以用磁力線來描述，磁力線穿過線圈平面的磁力線的根數(shù)成為線圈的磁通量，記為￠（磁通量是我們前面已經(jīng)學(xué)習(xí)了的概念）。穿過線圈平面的磁力線的根數(shù)越多，線圈的磁通量越大；反之，線圈的磁通量越?。ㄒ妶D4）。

有了線圈的磁通量的概念后，我們?cè)賮矸治鰧?shí)驗(yàn)過程（見圖5）：我們很容易就可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)條形磁鐵插入螺線管線圈時(shí)，穿過線圈的磁力線根數(shù)增加，線圈的磁通量變大；當(dāng)條形磁鐵從螺線管線圈拔出時(shí)，穿過線圈的磁力線根數(shù)減少增加，線圈的磁通量變小，也就是說，在條形磁鐵插入或者拔出螺線管線圈的過程中，線圈的磁通量￠發(fā)生了變化，同時(shí)，我們從表2的記錄情況可知，此時(shí)閉合電路有電流產(chǎn)生。

當(dāng)條形磁鐵不動(dòng)時(shí)，穿過線圈的磁力線根數(shù)不變，線圈的磁通量￠沒有變化，同時(shí)，我們從表2的記錄情況可知，此時(shí)閉合電路沒有電流產(chǎn)生。

到此時(shí)，我們好像找到了“磁能生電”的條件：當(dāng)通過線圈的磁通量發(fā)生改變的時(shí)候，螺線管線圈實(shí)驗(yàn)裝置的閉合電路（由裝置中的螺線管線圈、電流表及連接二者的導(dǎo)線構(gòu)成）中有電流產(chǎn)生；當(dāng)通過線圈的磁通量沒有發(fā)生改變的時(shí)候，閉合電路中沒有電流產(chǎn)生。如果這個(gè)條件也能解釋直導(dǎo)體裝置的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，那我們就找到以上兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的共同之處，從本質(zhì)上總結(jié)出磁能生電的條件。

②再分析直導(dǎo)體實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)驗(yàn)情況。

如果我們將實(shí)驗(yàn)裝置中的直導(dǎo)體、導(dǎo)線和電流表構(gòu)成的閉合電路視為一個(gè)（單匝）線圈。當(dāng)導(dǎo)體靜止在磁場(chǎng)中和導(dǎo)體沿磁力線方向上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，穿過線圈的磁力線根數(shù)沒有發(fā)生變化，線圈的磁通量￠沒有變化，按照我們找到的“磁能生電”的條件來判定，此時(shí)閉合電路（由直導(dǎo)體、導(dǎo)線和電流表構(gòu)成的）中應(yīng)該沒有電流產(chǎn)生，這一點(diǎn)和表1的觀察記錄情況是吻合的；當(dāng)導(dǎo)體向左、向右切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)，我們可以發(fā)現(xiàn)線圈的面積在變化，穿過線圈的磁力線根數(shù)在變化，也就是說線圈的磁通量￠發(fā)生了變化，按照我們找到的“磁能生電”的條件來判定，此時(shí)閉合電路（直導(dǎo)體、導(dǎo)線和電流表構(gòu)成的電路）中應(yīng)該有電流產(chǎn)生，這一點(diǎn)和表1的觀察記錄情況也是吻合的。

這樣我們就找到了兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的共同之處，從本質(zhì)上找到了磁能生電的基本條件：不管是什么原因，只要穿過線圈的磁通量發(fā)生改變（理解：線圈中既要有磁通量，又要有磁通量的變化），閉合電路中就一定有電流產(chǎn)生。

3 總結(jié)提煉，獲得新知

物理學(xué)每遇到新的問題、新的現(xiàn)象，都會(huì)促使新的概念的產(chǎn)生。本節(jié)課我們通過實(shí)驗(yàn)探究的辦法，發(fā)現(xiàn)了在一定的條件下，磁場(chǎng)是可以產(chǎn)生電流的這樣一個(gè)新現(xiàn)象，為描述這一現(xiàn)象，產(chǎn)生了以下新的概念：①電磁感應(yīng)：把由于穿過線圈的磁通量發(fā)生改變，而在閉合電路中產(chǎn)生電流的現(xiàn)象，稱為電磁感應(yīng)；簡(jiǎn)單地說，就是把磁能生電的物理現(xiàn)象稱為電磁感應(yīng)。②感應(yīng)電流：由電磁感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生的電流稱為感應(yīng)電流。③感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：由電磁感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)，稱為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。④產(chǎn)生電磁感應(yīng)的條件：穿過線圈的磁通量必須發(fā)生改變。

4 新課提示

通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們認(rèn)識(shí)了電磁感應(yīng)這種物理現(xiàn)象。下一次課，我們將繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，找到由電磁感應(yīng)現(xiàn)象引起的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小和方向的表達(dá)式，以便于我們?cè)诮窈蟮膶W(xué)習(xí)和工作中分析各種電磁感應(yīng)現(xiàn)象。請(qǐng)同學(xué)課后在復(fù)習(xí)本節(jié)課教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，預(yù)習(xí)電磁感應(yīng)定律一節(jié)。

5 結(jié)語

從1820年4月丹麥物理學(xué)家奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)，到1831年8月29日，歷經(jīng)的十年的艱苦努力，大膽探索，英國(guó)物理學(xué)家法拉第終于發(fā)現(xiàn)了磁能生電的重要事實(shí)及其規(guī)律，進(jìn)一步揭示了電和磁的聯(lián)系。之后僅兩個(gè)月，他就根據(jù)電磁感應(yīng)原理，制成了世界上的第一臺(tái)發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)的發(fā)明，是電能的大量生產(chǎn)成為可能，從而使人類社會(huì)由蒸汽時(shí)代跨入了電氣時(shí)代，由此拉開了第二次工業(yè)革命的序幕。第二次工業(yè)革命對(duì)人類社會(huì)的經(jīng)濟(jì)、政治、思想文化、生活方式等方面產(chǎn)生了深刻的影響，為人類社會(huì)的發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)。

法拉第在眾多的領(lǐng)域都取得了驚人地成就，這一切都緣于他是一個(gè)刻苦學(xué)習(xí)、勇于堅(jiān)持、大膽探索的人。今天，我們仿照法拉第等前人探索的路子，通過探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過程，感受科學(xué)探索的精神，從而培養(yǎng)同學(xué)們養(yǎng)成堅(jiān)持不懈、勇于探索、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，爭(zhēng)做社會(huì)的有用人才。

參考文獻(xiàn)：

[1]勞動(dòng)和社會(huì)保障部教材辦公室組織編寫.電工基礎(chǔ)[M].北京：中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2003.

[2]丘關(guān)源.電路原理[M].北京：高等教育出版社，2000.

[3]張軼炳，祁瑞娟，王芳芳.非閉合導(dǎo)體回路電磁感應(yīng)現(xiàn)象形成機(jī)制的探討[J].物理通報(bào)，2015（11）.