基于Phyphox的奧斯特實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)研究

在1820年，丹麥杰出物理學(xué)家奧斯特（Oersted）進(jìn)行了一項(xiàng)引人注目的實(shí)驗(yàn)，他發(fā)現(xiàn)通電導(dǎo)線竟然能夠產(chǎn)生磁場(chǎng)，這一發(fā)現(xiàn)無疑揭示了電流與磁場(chǎng)之間深層次的相互作用。這一革命性的現(xiàn)象不僅為電磁學(xué)領(lǐng)域的后續(xù)探索鋪設(shè)了穩(wěn)固的基礎(chǔ)，更成為物理學(xué)史上的一座重要里程碑。在現(xiàn)今的物理教學(xué)中，學(xué)生通過親身參與科學(xué)探究，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)或觀察實(shí)驗(yàn)過程，深入剖析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，進(jìn)而歸納得出結(jié)論，深刻理解電流的磁效應(yīng)。那么，從奧斯特的這一經(jīng)典實(shí)驗(yàn)出發(fā)，是否能夠引出更多富有創(chuàng)意和深度的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)？又是否能夠通過深入挖掘這一實(shí)驗(yàn)的內(nèi)涵，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，培養(yǎng)他們的探索精神？為了更好地發(fā)揮奧斯特實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中的作用，通過追溯奧斯特實(shí)驗(yàn)的歷史事實(shí)，清晰闡述其來龍去脈。并借助現(xiàn)代科技工具Phyphox，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)奧斯特實(shí)驗(yàn)進(jìn)行更深入的研究，使其更符合現(xiàn)代教學(xué)理念，有效地提升學(xué)生的物理認(rèn)知和實(shí)踐能力。這樣，不僅能夠讓學(xué)生更好地理解和掌握電磁學(xué)的基本知識(shí)，更能夠培養(yǎng)他們的物理核心素養(yǎng)，為未來的科學(xué)探索奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 溯本清源，澄清奧斯特實(shí)驗(yàn)的主要史實(shí)

通過查詢物理學(xué)史相關(guān)書籍，澄清了奧斯特實(shí)驗(yàn)的主要發(fā)展歷程，展現(xiàn)科學(xué)家研究過程中的寶貴品質(zhì)。

1.1 最初電磁現(xiàn)象相似，卻互不聯(lián)系

電和磁具有一定的相似性，卻互不聯(lián)系。東漢王充在《論衡·亂龍篇》指出“頓牟掇芥，磁石引針”，頓牟、草芥、磁石、鐵針外形不同，但屬于同類，同類則氣性相通，相互感應(yīng)。這說明電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象具有相似性。電力和磁力遵循相同的平方反比例，遵循相同的規(guī)律。然而，17世紀(jì)初吉爾伯特?cái)嘌噪姾痛胖g沒有因果關(guān)系，且?guī)靵鲆渤诌@樣的觀點(diǎn)，因此，阻礙了人們對(duì)于電和磁聯(lián)系的深入研究。

1.2 深受康德“自然界各種現(xiàn)象相互聯(lián)系”觀點(diǎn)影響，開始探索電向磁轉(zhuǎn)化條件

奧斯特深受德國(guó)哲學(xué)家康德“各種自然力相互轉(zhuǎn)化”的觀點(diǎn)影響，奧斯特相信自然界各種現(xiàn)象是相互聯(lián)系的，是統(tǒng)一的。

1751年富蘭克林發(fā)現(xiàn)萊頓瓶放電磁化鋼針的現(xiàn)象對(duì)奧斯特啟發(fā)很大，奧斯特認(rèn)識(shí)到電向磁的轉(zhuǎn)化是有可能的，關(guān)鍵是要找出具體條件。在1812—1813年《關(guān)于化學(xué)力和電力統(tǒng)一性》的研究中，奧斯特根據(jù)電流流經(jīng)直徑較小的導(dǎo)線時(shí)會(huì)發(fā)熱的現(xiàn)象，推測(cè)：如果通電導(dǎo)線的直徑繼續(xù)變小，那么導(dǎo)線就會(huì)發(fā)光；通電導(dǎo)線直徑進(jìn)一步縮小，小到一定程度就會(huì)產(chǎn)生磁效應(yīng)。文章指出，“我們應(yīng)該檢驗(yàn)電是否以其最隱蔽的方式對(duì)磁體有所影響?！?/p>

1.3 提出猜想，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

在1819年的寒冬，奧斯特在哥本哈根教授電與磁的相關(guān)知識(shí)，他深入剖析了前人沿電流方向?qū)ふ掖判?yīng)而不得的實(shí)例，從而聯(lián)想到磁效應(yīng)可能并非像電流流經(jīng)導(dǎo)線時(shí)產(chǎn)生的熱與光那樣沿直線傳遞，而是像散射般向四周擴(kuò)散，呈現(xiàn)為一種側(cè)向（橫向）的效應(yīng)。因此，他設(shè)想如果將磁針置于載流導(dǎo)線的四周——上方、下方、左側(cè)或右側(cè)進(jìn)行觀察，或許能有所發(fā)現(xiàn)。

進(jìn)入1820年的春天，奧斯特開始著手安排第一組實(shí)驗(yàn)，以驗(yàn)證自己的這一猜想。他采用了伽伐尼電池，使電流通過一根直徑極小的鉑絲，鉑絲下方則放置了一個(gè)被玻璃罩保護(hù)的磁針。然而，實(shí)驗(yàn)的結(jié)果并未如他所愿，首次嘗試以失敗告終。

1.4 偶然發(fā)現(xiàn)，小心求證

1820年4月的某個(gè)夜晚，當(dāng)奧斯特的講課即將接近尾聲時(shí)，他手中已經(jīng)利用強(qiáng)伽伐尼電池完成了其他實(shí)驗(yàn)。此刻，他興奮地提議，“既然電池仍保持著強(qiáng)大的電力，我們不妨嘗試將導(dǎo)線與磁針平行放置，看看會(huì)有什么發(fā)現(xiàn)！”隨后，他精心地將導(dǎo)線和磁針都沿磁子午線方向擺放妥當(dāng)，并接通電源。果然，他觀察到電流附近的小磁針發(fā)生了顯著的變化，大幅度地轉(zhuǎn)向了與導(dǎo)線垂直的方向。

這一轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)于在場(chǎng)聽講的人而言或許并不顯著，但奧斯特卻深受震撼。他立刻調(diào)整了電流的方向重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果觀察到磁針朝著相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。奧斯特敏銳地捕捉到了這一重要發(fā)現(xiàn)，并接連進(jìn)行了六十多個(gè)實(shí)驗(yàn)。他不僅嘗試將磁針置于不同位置，以觀察電流對(duì)其作用的方向和強(qiáng)度，還嘗試讓電流通過玻璃、金屬、木頭、水、樹脂、陶器、石頭等各種介質(zhì)作用在磁針上，發(fā)現(xiàn)這些介質(zhì)都未能阻礙電流對(duì)磁針的偏轉(zhuǎn)作用?；谶@些實(shí)驗(yàn)，奧斯特總結(jié)出了這種所謂“電沖突”作用的基本特性。

值得一提的是，奧斯特的這一發(fā)現(xiàn)——電流伴隨磁場(chǎng)，最早是在1820年7月21日的《關(guān)于磁體周圍電沖突的實(shí)驗(yàn)》這一簡(jiǎn)短報(bào)告中以拉丁文記錄的。這份報(bào)告的英譯本后來由杰·義·康卜牧師翻譯，并刊登在1877年出版的1876年度《電訊工程學(xué)報(bào)》第5卷第459頁上，這一發(fā)現(xiàn)為電磁學(xué)的發(fā)展奠定了重要基礎(chǔ)。

1.5 實(shí)驗(yàn)意義重大

奧斯特的發(fā)現(xiàn)具有三大深遠(yuǎn)意義，不僅重塑了我們對(duì)電磁現(xiàn)象的理解，也為后續(xù)的技術(shù)革新奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

首先，奧斯特的突破性實(shí)驗(yàn)首次揭示了電現(xiàn)象與磁現(xiàn)象之間的直接聯(lián)系。他通過電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)，證明了電與磁之間存在著不可分割的關(guān)系，為電磁關(guān)系的探索開辟了一條嶄新的道路。這一發(fā)現(xiàn)徹底打破了人們對(duì)電和磁兩個(gè)獨(dú)立領(lǐng)域的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)，為電磁學(xué)的誕生和發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

其次，奧斯特的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與當(dāng)時(shí)力學(xué)的基本原理產(chǎn)生了顯著的矛盾。在奧斯特的實(shí)驗(yàn)中，他觀察到電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)周圍物體產(chǎn)生了一種旋轉(zhuǎn)力，而不是傳統(tǒng)的直接推拉產(chǎn)生的中心力。這一發(fā)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)的力學(xué)觀念產(chǎn)生了強(qiáng)烈的沖擊，引發(fā)了人們對(duì)力學(xué)基本原理的重新審視。這種旋轉(zhuǎn)力的發(fā)現(xiàn)不僅揭示了電磁現(xiàn)象的新特性，也為后續(xù)的動(dòng)力學(xué)、電磁學(xué)等領(lǐng)域的研究提供了新的視角和方法。

最后，奧斯特的實(shí)驗(yàn)預(yù)示了未來電力應(yīng)用的巨大潛力。他的發(fā)現(xiàn)為電磁技術(shù)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，使得電報(bào)、電動(dòng)機(jī)、電磁鐵等技術(shù)的廣泛應(yīng)用成為可能。這些技術(shù)不僅極大地推動(dòng)了工業(yè)革命的發(fā)展，也為現(xiàn)代社會(huì)的信息化、自動(dòng)化和智能化提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持。

2 利用Phyphox優(yōu)勢(shì)，展示奧斯特實(shí)驗(yàn)的育人價(jià)值

首先，集各種傳感器和Phyphox等軟件于一體的智能手機(jī)，為奧斯特實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)帶來了機(jī)遇。Phyphox軟件具有多功能性，提供了多種傳感器的支持，包括加速度計(jì)、陀螺儀、磁力計(jì)、光傳感器等等；其次，Phyphox的界面設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔直觀，易于使用；再次，Phyphox不僅可以記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，還可以以圖表和圖像的形式直觀地展示這些數(shù)據(jù)；最后，Phyphox支持實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的導(dǎo)出和分享，用戶可以將實(shí)驗(yàn)結(jié)果保存為文件，方便與他人交流和展示?；谝陨蟽?yōu)點(diǎn)，筆者引導(dǎo)學(xué)生利用Phyphox中的磁力計(jì)來代替在奧斯特實(shí)驗(yàn)中的小磁針，深入探究歷史上的實(shí)驗(yàn)過程，充分發(fā)揮這一實(shí)驗(yàn)的育人價(jià)值。

2.1 Phyphox中的磁力計(jì)

Phyphox中的磁力計(jì)主要功能有：測(cè)量x、y、z三個(gè)分量的磁場(chǎng)，并用圖像和數(shù)值分別表示出三個(gè)方向的磁場(chǎng)與時(shí)間的關(guān)系。如圖1所示，在Phyphox中z軸垂直于屏幕，指向屏幕外；x軸沿手機(jī)短邊方向指向右側(cè)；y軸沿手機(jī)長(zhǎng)邊指向上。由此可以直觀地了解磁場(chǎng)在各個(gè)方向上的變化情況。

2.2 用Phyphox中磁力計(jì)代替小磁針的優(yōu)勢(shì)

向?qū)W生介紹Phyphox軟件中的磁力計(jì)，讓學(xué)生了解Phyphox軟件中的磁力計(jì)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）測(cè)量靈敏

當(dāng)通電導(dǎo)線的電流微弱，產(chǎn)生的磁場(chǎng)往往相對(duì)較弱，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)器材如小磁針往往難以呈現(xiàn)出明顯的偏轉(zhuǎn)效果。然而，借助Phyphox中的磁力計(jì)，可精準(zhǔn)且靈敏地測(cè)量通電導(dǎo)線周圍的磁場(chǎng)變化，使得實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象變得顯著可見。這一顯著優(yōu)勢(shì)不僅提升了實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，還有效地解決了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的電路瞬間短路問題，從而確保了實(shí)驗(yàn)過程的安全性和可靠性。

（2）實(shí)驗(yàn)結(jié)果直觀

通電導(dǎo)線周圍的磁場(chǎng)變化，通過圖像得以直觀展現(xiàn)，即便實(shí)驗(yàn)暫停，圖像仍會(huì)保持，能夠給予學(xué)生充裕的時(shí)間，深入觀察圖像變化，思考其中的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。這種方式有助于學(xué)生學(xué)習(xí)并掌握通電導(dǎo)線周圍存在磁場(chǎng)，以及磁場(chǎng)與電流方向之間關(guān)系的重要知識(shí)點(diǎn)。

（3）材料易得

Phyphox軟件在各大智能手機(jī)應(yīng)用商店均可免費(fèi)下載，基本功能無須額外付費(fèi)。鑒于智能手機(jī)在現(xiàn)代社會(huì)的普及程度遠(yuǎn)超小磁針，利用Phyphox中的磁力計(jì)替代傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)器材中的小磁針，無疑更為便捷高效。這種創(chuàng)新方式不僅簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)流程，還提升了實(shí)驗(yàn)的精確度和可操作性，為學(xué)生提供了更為優(yōu)質(zhì)的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

2.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

讓學(xué)生在了解史實(shí)的基礎(chǔ)上，鼓勵(lì)學(xué)生利用Phyphox對(duì)奧斯特實(shí)驗(yàn)進(jìn)行拓展實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。在實(shí)踐中深化對(duì)“電生磁”物理現(xiàn)象的理解，并且拓寬視野，旨在全面提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力，并同時(shí)培養(yǎng)他們深厚的科學(xué)精神與不懈的探索意識(shí)。

（1）實(shí)驗(yàn)一：探究通電導(dǎo)線的磁場(chǎng)方向與電流大小的關(guān)系

學(xué)生將導(dǎo)線、電源等器材正確連接和放置。在確保電源電壓恒定的前提下，閉合開關(guān)，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并記錄數(shù)據(jù)；斷開開關(guān)，改變滑動(dòng)變阻器接入電路阻值大小，以此來改變了電路中的電流，閉合開關(guān)，觀察實(shí)驗(yàn)圖像。細(xì)致觀察并記錄下實(shí)驗(yàn)圖像的變化。在整個(gè)過程中，學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)赜涗浉黜?xiàng)數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行深入的分析，以獲取更準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

圖像分析：通過調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器改變接入電路中的電阻大小，進(jìn)而觀察電流和磁場(chǎng)強(qiáng)度之間的變化關(guān)系，并仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)圖像。如圖2所示，隨著滑動(dòng)變阻器的調(diào)整，電路中的電流逐漸增大。手機(jī)的磁場(chǎng)傳感器所顯示的y軸方向和z軸方向的磁場(chǎng)強(qiáng)度均呈現(xiàn)出了明顯的增大現(xiàn)象。這一發(fā)現(xiàn)不僅驗(yàn)證了電流與磁場(chǎng)強(qiáng)度之間的正相關(guān)關(guān)系，也進(jìn)一步加深了學(xué)生對(duì)電磁學(xué)基本原理的理解。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：通電導(dǎo)線的磁場(chǎng)與電路中的電流有關(guān)。電路中電流越大，通電導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場(chǎng)越大。通過改變通電導(dǎo)線的電流大小可以控制導(dǎo)線附近的磁場(chǎng)大小。具體來說，當(dāng)電流在導(dǎo)線中流動(dòng)時(shí)，它會(huì)在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)的大小與電流的強(qiáng)度成正比。將電流類比成水流，而磁場(chǎng)則是水流產(chǎn)生的漩渦。當(dāng)水流（電流）增加時(shí)，漩渦（磁場(chǎng)）的強(qiáng)度和范圍也會(huì)相應(yīng)地增大。同理，在電路中，電流越大，通電導(dǎo)線周圍的磁場(chǎng)就越強(qiáng)，其影響范圍也會(huì)更廣。

該實(shí)驗(yàn)是對(duì)教材基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的一次深化拓展，旨在更全面地探究通電導(dǎo)線磁場(chǎng)大小的變化規(guī)律。學(xué)生在參與這一實(shí)驗(yàn)的過程中，不僅鞏固了已學(xué)的電磁學(xué)知識(shí)，而且通過實(shí)驗(yàn)實(shí)踐，進(jìn)一步提升了實(shí)驗(yàn)方法和科學(xué)探究能力。

在實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生利用滑動(dòng)變阻器來改變電路中通電導(dǎo)線的電流大小，這一操作是對(duì)歐姆定律實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)方法的遷移和創(chuàng)新應(yīng)用。通過這一操作，學(xué)生可以實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)電流強(qiáng)度，從而精準(zhǔn)地觀察和分析磁場(chǎng)大小的變化。這種實(shí)驗(yàn)方法的遷移應(yīng)用，不僅鍛煉了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力，也培養(yǎng)了他們的邏輯思維能力和科學(xué)探究精神。學(xué)生通過觀察手機(jī)傳感器中的圖像變化可以直觀地觀察到通電導(dǎo)線磁場(chǎng)的大小隨電流大小的變化情況，這種直觀的觀察有助于他們深入理解磁場(chǎng)與電流之間的關(guān)系。當(dāng)電流增大時(shí)，磁場(chǎng)強(qiáng)度也隨之增強(qiáng)；當(dāng)電流減小時(shí)，磁場(chǎng)強(qiáng)度也相應(yīng)減弱。這種直觀的觀察有助于學(xué)生深入理解磁場(chǎng)與電流之間的密切關(guān)系，加深他們對(duì)電磁學(xué)基本原理的認(rèn)知。

此外，這一實(shí)驗(yàn)還為學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)磁場(chǎng)知識(shí)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。通過親手操作和觀察，學(xué)生對(duì)磁場(chǎng)的概念、性質(zhì)和應(yīng)用有了更深刻的理解。這種實(shí)踐性的學(xué)習(xí)方式不僅提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也為他們將來在電磁學(xué)領(lǐng)域的深入學(xué)習(xí)和研究奠定了良好的基礎(chǔ)。同時(shí)，這一實(shí)驗(yàn)也培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)和科學(xué)探究能力。

（2）實(shí)驗(yàn)二：探究通電導(dǎo)線的磁場(chǎng)是否會(huì)受到介質(zhì)影響

學(xué)生在探究實(shí)驗(yàn)一的裝置基礎(chǔ)上準(zhǔn)備各種不同材料的物品。保持通電導(dǎo)線與手機(jī)的位置不變，滑動(dòng)變阻器阻值不變，閉合開關(guān)。將物品置于通電導(dǎo)線與Phyphox磁力計(jì)之間，改變通電導(dǎo)線與手機(jī)之間的介質(zhì)，觀察Phyphox磁力計(jì)圖像的變化情況。為了實(shí)驗(yàn)的全面性和對(duì)比性，筆者特別準(zhǔn)備了非金屬、銅質(zhì)金屬、軟磁材料和硬磁材料這四類物品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。當(dāng)然，學(xué)生也可以根據(jù)具體的實(shí)驗(yàn)條件和需求，自行選擇合適的物品進(jìn)行探究。這一步驟旨在通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證不同材料對(duì)磁場(chǎng)傳播和分布的影響，進(jìn)一步拓寬學(xué)生對(duì)磁場(chǎng)性質(zhì)的認(rèn)識(shí)。

非金屬材料物體涵蓋了陶瓷、塑料棒、有機(jī)玻璃棒、木棒、紙棒以及布條等，這些材料在磁場(chǎng)中通常不表現(xiàn)出顯著的磁性變化。銅質(zhì)金屬材料則包含黃銅棒和鋁青銅棒，它們雖為金屬，但因其特殊的組成，通常不會(huì)被磁場(chǎng)明顯磁化。軟磁材料如鑰匙和鐵釘，在磁場(chǎng)作用下易于磁化。例如，當(dāng)鑰匙暴露在磁場(chǎng)中，它會(huì)被磁化并因此能夠吸引回形針。然而，一旦磁場(chǎng)消失，鑰匙的磁化現(xiàn)象也隨之消退，無法再吸引回形針。硬磁材料則截然不同，包括磁鐵和小磁針等。這些材料一旦磁化，便能保持恒定的磁性，即使在磁場(chǎng)消失后，仍能保持其磁性狀態(tài)。

當(dāng)非金屬物體和銅質(zhì)金屬被放置在通電導(dǎo)線與手機(jī)之間時(shí)，磁場(chǎng)在各個(gè)方向的強(qiáng)度隨時(shí)間流逝并未出現(xiàn)顯著變化。然而，一旦將軟磁材料置于這一區(qū)域，磁場(chǎng)強(qiáng)度便隨時(shí)間顯著增強(qiáng)，展現(xiàn)了軟磁材料易于被磁化的特性。當(dāng)硬磁材料如磁鐵或小磁針被引入這一區(qū)域時(shí)，磁場(chǎng)強(qiáng)度隨時(shí)間產(chǎn)生了明顯的波動(dòng)，體現(xiàn)了硬磁材料一經(jīng)磁化即能保持恒定磁性的獨(dú)特性質(zhì)。

結(jié)論分析：當(dāng)介質(zhì)為非金屬和銅制金屬時(shí)，通電導(dǎo)線的磁場(chǎng)基本保持穩(wěn)定，不受顯著影響。然而，當(dāng)介質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)檐洿呕蛴泊挪牧蠒r(shí)，通電導(dǎo)線的磁場(chǎng)將經(jīng)歷顯著變化。軟磁物體對(duì)磁場(chǎng)具有高度的敏感性，它們能夠有效地吸引并集中磁場(chǎng)線。當(dāng)通電導(dǎo)線附近有軟磁物體時(shí)，這些物體會(huì)主動(dòng)吸引并導(dǎo)引磁場(chǎng)，使磁場(chǎng)線更為集中地穿過導(dǎo)線和軟磁物體，從而顯著增強(qiáng)該區(qū)域的磁場(chǎng)強(qiáng)度。相比之下，硬磁物體雖然也對(duì)磁場(chǎng)有響應(yīng)，但其磁化狀態(tài)較為穩(wěn)定，難以輕易改變。當(dāng)通電導(dǎo)線附近存在硬磁物體時(shí)，硬磁物體的固有磁場(chǎng)將與通電導(dǎo)線的磁場(chǎng)相互作用，引發(fā)磁場(chǎng)的畸變和附近磁場(chǎng)分布的調(diào)整，這種相互作用可能導(dǎo)致磁場(chǎng)強(qiáng)度的局部增強(qiáng)或減弱以及磁場(chǎng)方向的改變。

通過此實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生科學(xué)探究的能力。并為他們提供一個(gè)將理論知識(shí)與實(shí)際操作相結(jié)合的平臺(tái)。在實(shí)驗(yàn)的起始階段，學(xué)生需要自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，并決定在通電導(dǎo)線和磁力計(jì)之間放置何種物體。這種開放性的實(shí)驗(yàn)設(shè)置鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)思考，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維和問題解決能力。在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生通過觀察并記錄不同材料對(duì)通電導(dǎo)線磁場(chǎng)的影響，當(dāng)他們?cè)谕妼?dǎo)線附近放置軟磁材料時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)這些材料能夠顯著增大磁場(chǎng)強(qiáng)度。這一發(fā)現(xiàn)不僅讓學(xué)生更直觀地理解了電與磁之間的密切關(guān)系，也為他們后續(xù)學(xué)習(xí)通電螺線管中放入金屬物質(zhì)能夠增大通電螺線管周圍磁場(chǎng)的知識(shí)提供了實(shí)踐基礎(chǔ)。

此外，這個(gè)實(shí)驗(yàn)還為學(xué)生認(rèn)識(shí)電磁鐵的工作原理打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。學(xué)生將意識(shí)到，通過控制電流和選擇合適的材料，我們可以有效地調(diào)節(jié)和增強(qiáng)磁場(chǎng)。這種認(rèn)識(shí)不僅有助于他們理解電磁鐵在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，也激發(fā)了他們對(duì)電磁學(xué)領(lǐng)域深入探索的興趣。這一實(shí)驗(yàn)不僅強(qiáng)化了學(xué)生的科學(xué)探究能力，還深化了他們對(duì)電與磁相互關(guān)系的認(rèn)識(shí)。同時(shí)，它也為_{AF0r9s62NshEqdOcgcr+HA==}學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)通電螺線管和電磁鐵等相關(guān)知識(shí)提供了寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

3 結(jié)語

教師可以利用物理學(xué)史中的經(jīng)典案例，特別是奧斯特關(guān)于電流磁效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)并完成一系列富有啟發(fā)性的實(shí)驗(yàn)。通過讓學(xué)生代入奧斯特的角色，深入探索電與磁之間的神秘聯(lián)系，不僅能激發(fā)學(xué)生對(duì)科學(xué)探索的濃厚興趣，還能培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維和實(shí)驗(yàn)技能。

在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過程中，教師鼓勵(lì)學(xué)生像當(dāng)時(shí)的科學(xué)家一樣，思考接下來的研究方向、實(shí)驗(yàn)方法和可能的驗(yàn)證手段。學(xué)生需要思考如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證自己的理論假設(shè)，并探索實(shí)驗(yàn)可能的延伸方向。

在實(shí)驗(yàn)實(shí)施過程中，學(xué)生通過動(dòng)手操作，觀察并記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)。分析討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果。通過這個(gè)過程，學(xué)生將學(xué)會(huì)發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，同時(shí)培養(yǎng)他們的科學(xué)思維方法和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)態(tài)度。

在實(shí)驗(yàn)完成后，學(xué)生需要將整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行詳細(xì)的描述和探討。他們可以通過小組討論、班級(jí)匯報(bào)或書面報(bào)告的形式，分享自己的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和發(fā)現(xiàn)。這不僅有助于鞏固他們的知識(shí)理解，還能提高他們的表達(dá)能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

通過這一系列的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，學(xué)生將深刻體會(huì)到科學(xué)探索的樂趣和價(jià)值。他們將學(xué)會(huì)用科學(xué)的眼光看待世界，用科學(xué)的方法解決問題。同時(shí)，他們也將樹立正確的科學(xué)態(tài)度，培養(yǎng)勇于探索、敢于創(chuàng)新的精神。這將為他們未來的學(xué)習(xí)和職業(yè)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

兩個(gè)探究實(shí)驗(yàn)用Phyphox中的磁力計(jì)代替小磁針進(jìn)一步探究奧斯特實(shí)驗(yàn)，這種實(shí)驗(yàn)方法不僅取材簡(jiǎn)便，而且實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更為直觀、可視性強(qiáng)，使學(xué)生能更深入地理解奧斯特實(shí)驗(yàn)的核心內(nèi)容。同時(shí)，利用手機(jī)這一現(xiàn)代科技產(chǎn)品作為實(shí)驗(yàn)器材，不僅展現(xiàn)了新技術(shù)在傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)中的融合應(yīng)用，而且有效促進(jìn)了學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和科學(xué)探索能力的培養(yǎng)與提升，豐富了學(xué)生的物理學(xué)習(xí)體驗(yàn)，也為他們未來的科學(xué)探索之路奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（作者單位：聊城大學(xué)物理科學(xué)與信息工程學(xué)院）