“電動(dòng)機(jī)”模型

陳昱英

高中物理課程是自然科學(xué)領(lǐng)域的一門基礎(chǔ)課程，旨在落實(shí)“立德樹人”根本任務(wù)，進(jìn)一步提升學(xué)生的物理核心素養(yǎng)，為學(xué)生終身發(fā)展服務(wù)。物理學(xué)科的核心素養(yǎng)主要由“物理觀念”“科學(xué)思維”“實(shí)驗(yàn)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”等四個(gè)方面的要素構(gòu)成，目前的教學(xué)設(shè)計(jì)受傳統(tǒng)教學(xué)影響，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生“主動(dòng)發(fā)展”意識(shí)落實(shí)不足，對(duì)物理學(xué)思維方法、學(xué)生潛能培養(yǎng)略感重視不足。本人在基于核心素養(yǎng)下的課堂教學(xué)進(jìn)行了一些探索 ，下面以電磁感應(yīng)現(xiàn)象典型模型“電動(dòng)機(jī)”的教學(xué)為例，探討高中物理課堂教學(xué)對(duì)“核心素養(yǎng)”指標(biāo)的落實(shí)。

一、建立切割模型，回顧核心概念

【教學(xué)過程】

回顧核心概念：怎樣理解切割模型中的電動(dòng)勢(shì)？法拉弟電磁感應(yīng)定律的內(nèi)容？

建立切割模型：如圖1所示，足夠長(zhǎng)平行光滑金屬導(dǎo)軌水平放置，寬度L，一端連接電阻R，導(dǎo)軌所在空間存在豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，電阻為r的導(dǎo)體棒ab放在導(dǎo)軌上，其長(zhǎng)度恰好等于導(dǎo)軌間距，與導(dǎo)軌接觸良好，導(dǎo)軌電阻忽略不計(jì)。導(dǎo)體棒沿導(dǎo)軌向右勻速運(yùn)動(dòng)，速度大小為v。

【設(shè)計(jì)理念】

電動(dòng)勢(shì)概念及物理意義、閉合電路歐姆定律、法拉弟電磁感應(yīng)定律等。概念和規(guī)律在頭腦中的提煉升華，是培養(yǎng)“物理觀念”的基本要求，也是從物理學(xué)視角解釋自然現(xiàn)象和解決實(shí)際問題的基礎(chǔ)。知識(shí)回顧讓核心概念的理解更為清晰、承上啟下;從“單棒勻速切割”入手進(jìn)行模型建構(gòu)，易于思考。

二、創(chuàng)設(shè)問題情境，培養(yǎng)科學(xué)思維

【教學(xué)過程】針對(duì)圖1所示“單棒切割”模型，創(chuàng)設(shè)新問題——用電源E替換電阻R，如圖2所示

足夠長(zhǎng)平行光滑金屬導(dǎo)軌水平放置，寬度L，左端接有電源E、內(nèi)阻為r，導(dǎo)軌所在空間存在豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，電阻為R的金屬棒ab放在導(dǎo)軌上，其長(zhǎng)度恰好等于導(dǎo)軌間距，與導(dǎo)軌接觸良好，導(dǎo)軌電阻忽略不計(jì)。

1、創(chuàng)設(shè)情境1：金屬棒靜止

思維訓(xùn)練1：從受力角度思考，使金屬棒ab靜止的原因？

回路中存在順時(shí)針電流，導(dǎo)體棒ab在水平方向受向右的安培力F安作用，可以提供給金屬棒一個(gè)向左的恒力F的作用，且F安=F。

思維訓(xùn)練2：從電學(xué)角度思考，誰(shuí)是電源？等效電路？你能解決哪些問題？舉例如下

2、創(chuàng)設(shè)情境2：直流電動(dòng)機(jī)模型

直流電動(dòng)機(jī)工作原理可以簡(jiǎn)化為圖4所示情景。在豎直向下的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，兩根光滑平行金屬軌道MN、PQ固定在水平面內(nèi)，相距為L(zhǎng)，電阻不計(jì)。軌道端點(diǎn)MP間接有直流電源E（內(nèi)阻不計(jì)），電阻為R的金屬導(dǎo)體棒ab垂直于MN、PQ放在軌道上，與軌道接觸良好，通過滑輪以速度v（v平行于MN）向右做勻速運(yùn)動(dòng)，從而提升用繩懸掛的重物。電路中電流為I，重力加速度為g，不計(jì)空氣阻力，不計(jì)繩的質(zhì)量和繩與滑輪之間摩擦。

思維訓(xùn)練1：從受力角度思考，使金屬棒ab向右勻速運(yùn)動(dòng)的原因？

金屬棒受水平向右的安培力、水平向左的拉力作用，合力為零。

思維訓(xùn)練2：從電學(xué)角度思考，與情境1中的電路一樣嗎？有何不同……

（1）電動(dòng)勢(shì)——當(dāng)金屬棒向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于切割磁感線產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，大小為，此時(shí)這個(gè)回路的電源電動(dòng)勢(shì)等效為E-，且。

總之，學(xué)生是課堂的主體、學(xué)習(xí)的主人，用問題激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，能更充分、更全面地調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，對(duì)學(xué)生的終身發(fā)展有著極其重要的作用——物理核心素養(yǎng)的思維能力培養(yǎng)顯得尤為重要，在高中物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)，任重而道遠(yuǎn)。