講透細節(jié)促進學生掌握知識本質
——以感應電動勢教學為例

(中山市第一中學 廣東 中山 528400)

曠紫薇

(湖南科技大學物理與電子科學學院 湖南 湘潭 411201 )

細節(jié)決定成敗這一點在教學中的體現(xiàn)更是淋漓盡致.在學生學習過程中遇到障礙時，抓住細節(jié)不放手，重視從細節(jié)入手給學生講透知識，理清知識的來龍去脈，學生才能掌握知識本質，學生在運用知識時才能做到舉一反三，實現(xiàn)教學效率的提升.講透細節(jié)需要教師對學生有充分的了解，知道學生學習的卡殼之處在哪里，也需要教師能夠高屋建瓴把握學科知識，能夠有高超的教學藝術，智慧地化解學生學習中的困惑，將學生遇到的問題、產(chǎn)生的疑惑講透徹.本文以法拉第電磁感應定律教學中，學生的疑惑為例談一談如何從細節(jié)入手，通過講透細節(jié)促進學生對知識理解的升華.

1 產(chǎn)生感應電動勢的本質

感應電動勢的產(chǎn)生分為兩種情況，其一是由于磁場強度的變化引起磁通量變化而產(chǎn)生的感應電動勢，還有一種是由于導體棒在磁場中做切割磁感線運動而產(chǎn)生的感應電動勢.兩種情況有沒有不同，其本質是什么，是什么“力量”推動電荷的定向移動，形成感應電動勢和感應電流.教學中有必要將這些細節(jié)給學生講解透徹，這樣學生才能更好地掌握知識，后續(xù)才可能靈活運用.

1.1 感生電動勢

由于磁感應強度的變化產(chǎn)生的感應電動勢叫做感生電動勢.如圖1所示，當磁鐵向下或者向上運動時平面內各處磁感應強度都會發(fā)生變化，變化磁場周圍產(chǎn)生渦旋電場.渦旋電場對處于其中的帶電粒子產(chǎn)生力的作用.如果有金屬線圈置于平面內，自由電子會在渦旋電場力的作用下定向移動形成電流，而電動勢的產(chǎn)生與是否有閉合回路無關，只要某一面積磁通量變化就會產(chǎn)生.

圖1 感生電動勢示例

1.2 動生電動勢

導體棒在磁場中做切割磁感線的運動而產(chǎn)生的感應電動勢叫做動生電動勢.如圖2所示，長為L的導體棒ab以速度v垂直勻強磁場B做勻速運動.棒中的自由電子在洛倫茲力的作用下沿ab定向移動，在b端累積負電荷，a端失去電子帶正電.定向移動后自由電子參與兩個方向的運動，如圖3所示.其一是向右的運動速度為v1，產(chǎn)生的洛倫茲力為f1，其作用是使自由電子向b端移動；其二是，向b端運動，設其速度為v2，產(chǎn)生的洛倫茲力為f2，其作用是阻礙棒與磁場的相對運動，宏觀表現(xiàn)為安培力，消耗其他形式的能量轉化為棒內的感應電場能.隨著電荷的積累，棒內產(chǎn)生由a指向b的電場，電子除了受到洛倫茲力還將受到電場力，當洛倫茲力與電場力等大時，自由電荷不再定向移動.棒內的電場可看成勻強電場，根據(jù)二力平衡有

得a和b間電勢差

Uab=BLv

感應電動勢

E=Uab=BLv

圖2 導體棒ab在勻強磁場中做勻速運動

圖3 自由電子運動方向分析

2 法拉第電機原理的兩種解釋

學生經(jīng)常會遇到以法拉第電機為情境的物理問題，只有順利理解法拉第電機原理，才能促進學生所學知識的內化，才能在運用法拉第電磁感應定律時靈活自如.正確理解法拉第電機的原理對學生而言有一定難度.這就要求教師在教學中找準學生理解的難點，有針對性地給學生講解透徹，尤其是一些理解中容易忽視但卻非常重要的細節(jié).

2.1 用解釋

銅盤在磁場中旋轉，可看成很多根以長度為半徑的銅棒并聯(lián).設銅棒Oa長為L，在垂直于磁場的平面內繞圓心O以角速度ω轉動，磁場的磁感應強度為B，如圖4所示.具體推導過程如下.設想銅棒與一個定值電阻R組成閉合回路，如圖5所示，經(jīng)過時間Δt后，磁通量增加了

根據(jù)法拉第電磁感應定律可得

圖4 銅棒在磁場中的旋轉

圖5 設想銅棒與一定值電阻R組成閉合回路

上述推導的教學中，特別需要講清楚如下細節(jié).

細節(jié)1：扇形面積的計算

扇形面積的計算是學生在初中就學習的內容，然而學生在物理上運用時卻不能遷移過來.教學中有必要給學生講清楚，補齊短板，避免因數(shù)學知識缺陷而導致學習障礙.第一，圓弧長等于Lθ；第二，扇形面積等于弧長與半徑乘積的一半

細節(jié)2：虛構回路在左側、右側一樣嗎？

如圖5所示，銅棒順時針轉動時，虛構回路在左側，磁通量增加，根據(jù)楞次定律可得感應電流磁場方向與原磁場相反，有a點電勢高于O點.學生提出：如果將虛構回路置于右側，則磁通量減小，根據(jù)楞次定律，感應電流磁場方向與原磁場相同，有a點電勢低于O點，學生覺得矛盾？事實真是這樣嗎？結果會因為將回路置于左側或者右側而不同嗎？引導學生畫出電路圖，用右手判斷電流方向.學生發(fā)現(xiàn)：回路在左側，根據(jù)增反，感應電流為逆時針，銅棒在右側，從O到a流過銅棒；回路若在右側，根據(jù)減同，感應電流為順時針，銅棒在左側，依然是從O到a流過銅棒，二者統(tǒng)一，并不矛盾.

細節(jié)3：客觀事實不以人的意志為轉移

給學生講清楚回路在左側和右側結果一致之后，還可給學生滲透“客觀事實不以人的意志為轉移”的哲學意識.在虛構回路時，在左側還是右側，具有偶然性，不同人甚至同一個人在不同時間選擇的位置會有不同，只有回路在左側和右側得到的結果一致，所學的知識才是正確的.只要磁場和運動確定了，銅棒產(chǎn)生的感應電動勢，O和a兩點電勢的高低就確定了，不會因為人為選擇不同而不一樣.

2.2 用E=BLv解釋

利用E=BLv解釋法拉第電機原理，推導過程如下：設銅棒各點速度的平均值為

或者

則

教學中除了正確推導外，教師還應該講透如下3個細節(jié).

細節(jié)1：學生推導錯在何處？

學生典型錯誤為

E=BLv=BLωL=BL2ω

學生的錯誤是認為切割速度是v=ωL，銅棒上各點線速度大小不同，ωL是銅棒上a的速度，是銅棒上各點線速度中最大的.

細節(jié)2：為何E=BLv中v應為各點速度的平均值？

E1=BL1v1，E2=BL2v2，…，En=BLnvn

Oa產(chǎn)生的感應電動勢相當于E1，E2，…，En串聯(lián)，即有

從消防中介組織和社區(qū)委員會的關系來看，政府通過財政支出購買消防中介組織的服務，使消防中介組織能夠為社區(qū)居委會提供相關的消防培訓和教育，針對消防安全事件，能夠達到事前預防、事中救援、事后修復的程度，提高社區(qū)居民的自救能力。 反之，社區(qū)委員會通過對居民意見的收集，針對具體情況，和消防中介組織進行溝通，使消防中介組織的服務落地，根據(jù)每個社區(qū)不同的情況提供不同的服務，達到效益最大化。

E=E1+E2+…+En=Bl(v1+v2+…+vn)=

細節(jié)3：為何各點速度的平均值可以用中點的速度或者O,a兩點速度的平均值代替？

或者

3 細化推導明晰知識的適用范圍

可以在知道感應電荷量的情況下求出變加速運動的位移d.

4 兩種理解方式的統(tǒng)一

圖6 導體棒以速度v向右運動

教學中需要講清楚如下2個細節(jié).

細節(jié)1：磁通量是增加了還是減少了？

學生選擇的回路為ABCD，得到磁通量不變的結果.應該將回路選為efDA和efCB，ef向右運動時efDA磁通量增加，efCB磁通量減少.

細節(jié)2：產(chǎn)生的感應電動勢一樣嗎？

設速度為v，棒長為L，經(jīng)時間Δt，左側回路efDA面積增加，磁通量增加

ΔΦ=BΔS=BLvΔt

方向為順時針，從e到f；右側回路efCB面積減少，磁通量減少

ΔΦ=BΔS=BLvΔt

方向為逆時針，也是從e到f.等效為兩個電源并聯(lián)，并聯(lián)后電動勢為

E=E1=E2=BLv

與從導體棒切割的角度得到的結果一致.

5 結束語

教學中抓細節(jié)就是要教師處處留意學生的學習障礙，清楚學生困惑在何處，學生具有什么樣的思維水平，具備哪些知識儲備，如何才能有效破除學生的疑惑，如何才能讓學生更好地掌握正確知識.抓細節(jié)的過程，就是促進教師了解學生的過程，也是進行精心備課的過程，更是將教學設計付諸實踐的過程，也是學生不斷反思和構建真知的過程.教學中抓細節(jié)、講透細節(jié)對學生掌握知識本質有很好的促進作用.