探究磁場對電流的作用

崔春紅

摘要：傳統(tǒng)實驗演示與DIS數(shù)字化系統(tǒng)相結合的教學手段，提高實驗效率，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。傳統(tǒng)演示實驗能夠激發(fā)求知欲，引導科學思維方向，培養(yǎng)探究精神。數(shù)字化系統(tǒng)利于自主設計實驗方案，高效分析實驗數(shù)據(jù)，理解知識的獲取過程，強化實驗操作能力。

關鍵詞：傳感器;探究實驗;演示實驗;安培力;DIS數(shù)字化系統(tǒng)

中圖分類號：G633.7文獻標識碼：A文章編號：1992-7711（2019）12-042-1

一、設計思想

普通高中物理課程標準明確要求學生具有科學探究意識，具有設計探究方案和獲取證據(jù)的能力，能正確實施探究方案。能夠使用不同方法手段分析，處理信息，描述探究結果和變化趨勢，具有交流的意愿和能力[1]。演示實驗從生活現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)問題，提出問題，激發(fā)學生猜想、思考討論。DIS數(shù)字化系統(tǒng)進行分組探究，自主設計實驗，實驗數(shù)據(jù)圖像化，快捷、直觀，實驗結論精準。兩者結合，能夠培養(yǎng)主動合作的精神與務實的科研態(tài)度[2]。

二、教學過程

1.演示實驗

當磁感應強度與通電導線垂直時，安培力的大小與哪些因素有關。實驗現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)通電導線中電流增大線框偏轉更加明顯，磁場變強線框偏轉更加明顯。猜想出安培力大小可能與通電導線的長度、電流以及磁場等因素有關。并且需要控制變量法、等效替代等方法。

2.實驗儀器

DIS數(shù)字信息系統(tǒng)[4]，基于傳統(tǒng)的實驗室儀器，配合傳感器、數(shù)據(jù)采集器和軟件程序構成的新型實驗系統(tǒng)[5]。勻強磁場、學生電源、數(shù)據(jù)采集器、導線、電流傳感器、力傳感器、分體式位移傳感器、強磁場、磁感應傳感器。

3.小組討論

小組討論，探究當磁感應強度與通電導線垂直時，安培力與通電導線的長度、電流以及磁場的關系。討論可以集思廣益、相互啟發(fā)，有利于實驗設計的合理性與流暢性。同時也有利于學生的合作學習，取長補短。

4.探究活動

探究1（探究安培力和通電導線長度的關系）控制通電導線電流一定，勻速移動線框位置，逐漸進入勻強磁場。利用位移傳感器測出線框位移，從而等效替代進入勻強磁場導線的長度。利用傳感器記錄位移，力傳感器記錄安培力大小，得出兩者關系。

探究2（探究安培力和電流的關系）當磁感應強度與通電導線垂直時，保持線框位置不變使通電導線周圍的磁場以及通電導線長度不變。均勻增加電流，由電流傳感器記錄電流，力傳感器記錄安培力大小，得出兩者關系。

探究3（探究安培力和磁感應強度的關系）當磁感應強度與通電導線垂直時，控制通電導線電流一定，保持線框位置不變。強磁場逐漸靠近通電導線，利用磁感應傳感器測出通電導線周圍磁感應強度。力傳感器同步記錄安培力大小，得出通電導線周圍的磁感應強度與安培力大小的關系。綜合三個探究實驗，得出實驗結論。一段通電導體垂直磁場放置時，其所受安培力F既與導體的長度L成正比，又與導體中的電流I，及磁感應強度B成正比：即F=KBIL，當物理量取國際單位時K=1，安培力表達式為F=BIL。當電流與磁場方向平行時，安培力的表達式應該如何？通過實驗演示，引導學生發(fā)現(xiàn)，當電流與磁場方向平行時，通電導線不偏轉，安培力為零。首先理論分析利用分解B或分解L取有效值的方法得出F=ILBsinθ。

探究4（探究安培力和電流與磁場方向夾角的關系）控制通電導線電流和磁感應強度大小一定，初始時刻位置保證磁場與通電導線平行。勻速轉動勻強磁場，使通電導線周圍的磁場與通電導線夾角θ均勻變化，利用力傳感器測出安培力隨著夾角變化的規(guī)律。記錄數(shù)據(jù)，得證電流與磁場方向夾角為θ時安培力的表達式F=ILBsinθ。

三、設計優(yōu)勢

通過傳統(tǒng)實驗的演示與DIS數(shù)字化系統(tǒng)分組實驗相結合的教學方式，培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、提出猜想、設計實驗、收集數(shù)據(jù)、提煉規(guī)律的能力。一方面利用了傳統(tǒng)實驗操作方便簡潔，實驗現(xiàn)象通俗易懂，定性表述清晰的優(yōu)勢。調動了學生對探究知識的興趣，引導學生正確的提出假設并設計實驗。另一方面，利用DIS數(shù)字化系統(tǒng)，將物理規(guī)律和物理現(xiàn)象數(shù)字化展示。通過傳感器把非電學的物理量數(shù)字化并同步展示于電腦屏幕，充分利用了目前高中生對數(shù)字化信息的喜好與熟知，這符合學生認知規(guī)律，年齡特征以及時代特點。并且數(shù)字化系統(tǒng)也具有迅速、精準、真實、弱化非重點突出重點（原理規(guī)律）的多種特點。可以使學生在分組實驗中節(jié)約時間，更加高效，提高整堂課的流暢性，有效掌握物理規(guī)律。

兩者結合，可以提高每個學生對探究問題的參與度，發(fā)揮不同學生的各自特點和優(yōu)勢，實現(xiàn)合作學習。可以打破傳統(tǒng)的滿堂灌式教學模式所附屬的教學過程單一，創(chuàng)新性低等壁壘。培養(yǎng)學生的發(fā)散思維，堅持學生的特色發(fā)展，使學生通過對知識的學習，進一步獲得生活的體驗。

[參考文獻]

[1]普通高中物理課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.1.

[2]毛海玲.傳感器用于中學物理實驗初探[J].中學物理，2011，29（24）：34-35.

[3]劉宏，何夢佳，黃偉.對安培力演示實驗的探究[J].物理教學，2017，39（8）：31-32.

[4]刁品全.DIS輔助教學下的"向心加速度"教學再思考[J].物理教學，2017，39（6）：27-29.

[5]何知書.用DISLab在水平方向探究胡克定律和彈簧的串、并聯(lián)規(guī)律[J].物理教學，2017，39（11）：29-31.