平行通電直導線之間的相互作用演示實驗教學探究

吳輝

【摘 要】本文分析“平行通電導線之間的相互作用”演示實驗的教學背景，講解用通電平行直導線來演示電流之間的相互作用的實驗操作，以使學生熟練運用安培定則與左手定則去分析物理問題，為學習電磁感應打好基礎。

【關鍵詞】平行通電直導線 演示實驗 教學探究

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2017）08B-0114-02

用通電平行直導線來演示電流之間的相互作用是電磁學中的一個重要物理實驗。通過這個實驗的學習能使得學生熟練運用安培定則與左手定則去分析物理問題，使學生能夠很好地過渡到安培力大小的學習，也為今后的學習電磁感應及解決力與電的綜合問題打下基礎。

一、實驗教學的背景分析

（一）演示實驗的地位與作用

想教好物理就得做好演示實驗，因為演示實驗是理論的基礎，是理論研究的方向。演示實驗能把枯燥的理論知識變活。演示實驗還能吸引學生的注意力，激發(fā)學生對實驗過程的操作欲和對實驗現(xiàn)象的觀察欲以及對實驗結果的探索欲。

通過通電平行直導線來演示電流之間的相互作用這個實驗的學習能使得學生熟練運用安培定則與左手定則去分析物理問題，該實驗能讓學生很好地過渡到安培力大小的學習，能更好地學習電磁學。

（二）學情分析

這個演示實驗選自人教版選修 3-1 的第三章第四節(jié)《通電導線在磁場中受到的力》，在實驗之前學生已經(jīng)掌握了安培定則與左手定則，有一定的空間想象能力，但是運用知識去分析問題能力還有限，教師要加強引導。

（三）教學重點

教學重點是如何成功地操作實驗，使得實驗現(xiàn)象明顯、準確。教學難點是如何使學生用左手定則與安培定則分析、解釋實驗的現(xiàn)象

二、實驗的教學目標

（一）知識與技能

熟記左手定則的內(nèi)容，能配合安培定則判定安培力的方向，并且能解釋實驗現(xiàn)象。

（二）過程與方法

通過實驗演示、分析、歸納、討論、交流，最后總結出實驗結論。

（三）情感態(tài)度與價值觀

通過吸引學生的物理實驗現(xiàn)象，讓學生感受物理學的魅力，激發(fā)學生的學習興趣。

三、實驗教學過程

（一）教法

本演示實驗采用引導討論和探究總結的教學方法。邊討論邊實驗，通過對實驗結果交流、討論，準確地領會與理解安培定則和左手定則，使學生從“變”的現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)“不變”的本質(zhì)。

（二）學法

把課堂最大限度地還給學生，通過討論、探究、總結、發(fā)現(xiàn)，使得學生形成良好的分析物理問題習慣。

（三）實驗教學環(huán)節(jié)

整個實驗教學包括五個環(huán)節(jié)：

第一個環(huán)節(jié)，創(chuàng)設問題情境在實驗前引入。

提出預設的兩個問題：我們知道電荷和磁鐵同種性質(zhì)排斥，異種性質(zhì)吸引。那么兩條平行的通電直導線之間會怎么樣呢？是在什么情況下相互吸引或是相互排斥？

第二個環(huán)節(jié)，實驗器材的選擇與說明。

器材名稱：通電平行直導線相互作用演示儀，這個儀器的代碼為 J11045，型號是 J2447（D-PX-Y-A 型）。書本上的演示圖看到的儀器不帶電源，不方便。用學生電源驅動，輸出電流小，現(xiàn)象不明顯。用蓄電池做電源，維護麻煩。學校用的是新購買的通電平行直導線相互作用演示儀，自帶大電流電源，使其相互吸引或相互排斥的現(xiàn)象更加明顯，動作幅度大，對教學更好，對學生更有說服力。

由于高中實驗中的通電平行直導線的電磁作用力比較弱小，為了提高實驗現(xiàn)象效果，實驗時選用旋轉方式，用力矩來驅動平行直導線，這樣可以大大加強電磁力的作用效果，使演示現(xiàn)象更明顯，視角也更寬。所以這個器材和書本的不一樣，這也是對傳統(tǒng)演示實驗的一種創(chuàng)新。這種儀器的紅色接線柱為正極，黑色接線柱為負極。

第三個環(huán)節(jié)，引導學生觀察與教師設計實驗。

1.調(diào)水平安裝器材

將儀器放在實驗桌上，把儀器所配備的兩平行直導線卡在儀器上下對應凹槽中，檢查是否能轉動靈活。如果不靈活，就要將兩平行直導線的長度（形狀）作適當調(diào)整，使之能靈活轉動，這樣其所受阻力最小，實驗更加明顯。

2.串聯(lián)連接法

將儀器臺面上的兩接線柱分別用一根短的導線就近連接到儀器的正極和負極上。接通電源，此時通過直導線的電流方向是異向的，按下儀器面板的按鈕開關，指示燈亮，兩平行直導線相互排斥。

3.并聯(lián)連接法

將儀器配的長的導線一段接儀器頂端的一個黑色接線柱，另一端接儀器面板的電源正極。用一根短導線將儀器臺面上的兩接線柱短路連接，并用另一根短導線將此短路點連接到儀器電源負極接通電源，此時通過直導線的電流是同向的，按下儀器面板的按鈕開關，指示燈亮，兩平行直導線相互吸引。

第四個環(huán)節(jié)，師生共同分析實驗，得出結論。

從上面圖可以看出，兩條平行的通電直導線，如果電流方向相同時，兩條通電直導線受到兩個互相吸引的力；如果電流方向相反時，兩條通電直導線受到兩個互相排斥的力。

結論：兩條平行的通電直導線，當電流方向相同時，兩條平行的通電直導線相互吸引；當電流方向相反時，兩條平行的通電直導線相互排斥。通電直導線電流之間的相互作用是通過通電導線產(chǎn)生磁場來改變的。

第五個環(huán)節(jié)，引導學生對此實驗進行評價與反思。

引導學生總結本節(jié)課的內(nèi)容、方法、需要改進的地方與進一步研究安培力大小的學習?！捌叫型妼Ь€之間的相互作用”的演示實驗，在一般教材中都有介紹，但是按教材所述的實驗裝置去做，現(xiàn)象不明顯。這里我們改用“定軸轉動”現(xiàn)象，力矩（M）=力臂（L）×力（F），用粗銅導線等材料作實驗器材，使用力矩轉動減少直導線所受的摩擦力，使實驗效果更加顯。這樣的創(chuàng)新實驗不僅能培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，而且能提高學生的認識，更好地學到物理知識和應用物理知識。endprint

四、演示實驗教學經(jīng)驗總結

（一）鼓勵學生參與和配合教師進行實驗改進和實驗操作，培養(yǎng)學生的實驗動手和創(chuàng)新能力

通電平行直導線相互作用演示儀，是學生新接觸的儀器，在課堂上教師鼓勵學生上講臺操作儀器，體驗物理實驗帶來的樂趣，更好地培養(yǎng)學生的動手能力。因此教師在演示實驗教學過程中，要多鼓勵學生參與實驗操作，并在實驗結束后和教師一起討論實驗現(xiàn)象，得出最后的結論，同時能針對問題提出改進實驗的方法。這樣不僅能培養(yǎng)學生的自主能力，而且能培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力。

（二）拓展實驗教學思路，擴大實驗探究的范圍，培養(yǎng)學生實驗創(chuàng)新精神

這個通電平行直導線相互作用演示儀自帶電源，采取旋轉方式來顯示實驗效果，給學生帶來新的思路和新的方式。創(chuàng)新精神是新課改下的時代要求，也是新高考的要求。因此在演示實驗教學中，要注意培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神，這是教好物理的新方向、新方法、新路子。

（三）重視演示實驗教學，讓理論和實驗相結合，提高理論教學效果

我們知道高中物理理論知識非常抽象，學生很難學好高中物理，很大原因是教師沒有重視理論與實驗的聯(lián)系，不能把抽象的理論知識和實驗相結合，也就是說，沒有做好各個實驗，沒有給學生建立好物理模型和實驗情境，導致學生實驗基礎差，理論也就得不到很好地理解。因此，教師要重視演示實驗教學，讓理論和實驗相結合，提高理論教學效果。

總的來說，要想提高物理教學質(zhì)量和教學效果，全面提高學生的自主創(chuàng)新和解決問題的能力，就一定要在物理教學中加大實驗教學的力度，改進實驗教學方法，拓展實驗內(nèi)容，培養(yǎng)學生愛物理用物理的熱情，提高學生運用物理知識的能力。

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【作者姓名】吳 輝（1987— ），男，漢族，本科，中學二級教師，北海市合浦縣人，現(xiàn)就職于北海市北海中學，研究方向：實驗研究。

（責編 盧建龍）endprint