“楞次定律”教學的實驗創(chuàng)新

柏露枝

(江蘇省常州市北郊高級中學，江蘇　常州　213031)

“楞次定律”教學的實驗創(chuàng)新

柏露枝

(江蘇省常州市北郊高級中學，江蘇常州213031)

摘要：本文對人教版教材上“楞次定律”的演示實驗和實驗論證加以創(chuàng)新改進，使教材上隱性的“阻礙磁通量變化”的演示變?yōu)轱@性的“阻礙磁通量變化”的演示，使由因到果的實驗論證變?yōu)閳?zhí)果索因的實驗論證，以此激活學生思維，培養(yǎng)思維能力.

關(guān)鍵詞：楞次定律；演示實驗；實驗創(chuàng)新

1創(chuàng)新展示

(1)創(chuàng)新實驗——演示比較，感知現(xiàn)象

實驗1：用試觸法確定電流表指針偏轉(zhuǎn)方向與電流從電流表接線柱進出方向的關(guān)系.

實驗2：觀察強圓形小磁鐵(市場有售，以下簡稱“磁鐵”，如果沒有注明極性，可利用實驗室小磁針判定)落向放在桌面上的閉合線圈上端(在線圈上面放上硬紙板)過程中電流表指針的變化情況，并根據(jù)電流表指針偏轉(zhuǎn)方向確定線圈中的電流方向(如圖1甲).

圖1

實驗3：觀察磁鐵從某一高度閉合線圈的上端下落穿出線圈的過程中電流表指針的變化情況，并根據(jù)電流表指針偏轉(zhuǎn)方向確定線圈中的電流方向(如圖2甲).

圖2

實驗4：讓兩個相同磁鐵同時從相同高度分別落向放在桌面上的豎直閉合線圈和豎直不閉合線圈上端，觀察落到線圈頂端的時間先后(如圖1).

現(xiàn)象：磁鐵落到閉合線圈上端的時間長，落到不閉合線圈上端的時間短.

實驗5：讓兩個相同磁鐵同時分別從相同高度的閉合線圈和不閉合線圈上端下落，觀察穿出線圈落到桌面的時間先后(如圖2).

現(xiàn)象：磁鐵從閉合線圈上端落到桌面的時間長，從不閉合線圈上端落到桌面的時間短.

(2)創(chuàng)新論證——執(zhí)果索因，揭示本質(zhì)

實驗4和實驗5的現(xiàn)象表明，磁鐵在落向閉合線圈上端和從閉合線圈上端下落穿出線圈的過程中，線圈都要對磁鐵施加力的作用，而且線圈對磁鐵的作用力阻礙磁鐵的下落.探索這一現(xiàn)象的產(chǎn)生原因，揭示現(xiàn)象產(chǎn)生的本質(zhì)和規(guī)律，則是引導學生“發(fā)現(xiàn)”楞次定律的過程，可以問題討論的形式進行推理論證.

問題1：磁鐵落向閉合線圈上端和從閉合線圈上端下落穿出線圈，分別比磁鐵落向不閉合線圈上端和從不閉合線圈上端下落穿出線圈的時間長，說明了什么？

生：說明磁鐵在落向閉合線圈上端和從閉合線圈上端下落穿出線圈的過程中，都要受到閉合線圈對其施加的阻力作用.

問題2：在磁鐵落向閉合線圈上端和從閉合線圈上端下落穿出線圈的過程中，為什么閉合線圈對磁鐵能夠產(chǎn)生力的作用？

教師引導：從實驗2和實驗3可知，磁鐵在落向閉合線圈和從閉合線圈上端下落穿出的過程中，閉合線圈中都產(chǎn)生了感應(yīng)電流，可從閉合線圈中感應(yīng)電流磁場方向與磁鐵在線圈中產(chǎn)生磁場方向的關(guān)系分析.

生：磁鐵落下線圈上端的過程中線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流的磁場方向與磁鐵在線圈中的磁場方向相反，即二者靠近端是同名磁極；磁鐵穿出線圈的過程中線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流的磁場方向與磁鐵在線圈中的磁場方向相同，即二者離開端是異名磁極.按照同名磁極相排斥，異名磁極相吸引可知，磁鐵在落向和穿出閉合線圈的過程中將受到線圈對其施加的阻力作用.

問題3：磁鐵在落向閉合線圈和從閉合線圈中穿出下落的過程中，磁鐵磁場穿過線圈的磁通量怎樣變化？

生：磁鐵落向線圈的過程中，磁鐵磁場穿過線圈的磁通量增加，磁鐵穿過線圈下落的過程中磁鐵磁場穿過線圈的磁通量減少.

問題4：磁鐵磁場穿過線圈的磁通量增加，感應(yīng)電流的磁場方向與磁鐵在線圈中的磁場方向相反；反之，感應(yīng)電流的磁場方向與磁鐵在線圈中的磁場方向相同，說明了什么？

生：說明了穿過線圈的磁通量增加時，感應(yīng)電流的磁場阻礙磁通量的增加；穿過線圈的磁通量減少時，感應(yīng)電流的磁場阻礙磁通量的減少，即感應(yīng)電流的磁場對穿過線圈磁通量的變化起到阻礙作用，也就是感應(yīng)電流的磁場總是要阻礙穿過線圈的磁通量變化.

通過對實驗現(xiàn)象產(chǎn)生原因的追蹤探索與論證，揭示了“感應(yīng)電流的磁場總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量變化”的本質(zhì)規(guī)律，這樣楞次定律也就順利建立起來.

2創(chuàng)新評價

楞次定律教學的兩個創(chuàng)新，突出體現(xiàn)了物理學的“物”性特征和“理”性特征，其既是物理學本質(zhì)的體現(xiàn)，又是有效物理教學的表現(xiàn).

(1)創(chuàng)新實驗與教材實驗的比較

人教版3-2教材上通過使條形磁鐵的N極和S極分別插入和拔出閉合線圈時產(chǎn)生感應(yīng)電流和感應(yīng)電流磁場方向的分析，從磁鐵磁場穿過線圈磁通量變化的分析、感應(yīng)電流磁場方向與磁鐵磁場方向關(guān)系的分析，得出感應(yīng)電流的磁場總是阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量變化，從而建立楞次定律.教材中的實驗現(xiàn)象只是條形磁鐵的N極和S極分別插入和撥出線圈的過程中，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流的方向不同，而對楞次定律中感應(yīng)電流的磁場總是阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量變化無從直觀顯示.教材中楞次定律的建立過程主要是在于對隱性現(xiàn)象的顯性分析，而教材中的實驗現(xiàn)象對楞次定律中的關(guān)鍵詞“阻礙”難以直觀的呈現(xiàn)在學生眼前，使學生對實驗現(xiàn)象的直觀感知膚淺、感受程度較低，引發(fā)學生思維力度較小.而用小磁鐵從相同高度同時落向閉合線圈和不閉合線圈的時間先后不同，以及用小磁鐵同時從相同高度的閉合線圈與不閉合線圈上端下落穿出線圈落到桌面上時間的不同，直觀的展示出感應(yīng)電流的磁場對穿過線圈磁場磁通量變化阻礙作用的結(jié)果，使學生感知作用強、感性認識深刻，引發(fā)學生思維的力度大，對楞次定律的建立起著較強的啟發(fā)引導作用.

(2)創(chuàng)新論證與教材論證的比較

人教版3-2教材中楞次定律的建立論證是在條形磁鐵插入和拔出線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流及顯示感應(yīng)電流方向的實驗現(xiàn)象后，先根據(jù)實驗現(xiàn)象說出感應(yīng)電流的方向跟線圈內(nèi)磁通量變化有什么關(guān)系，再利用感應(yīng)電流磁場這個“中介”來表述這種關(guān)系，最后根據(jù)感應(yīng)電流的磁場方向與引起磁通量變化的磁場有聯(lián)系，并結(jié)合對實驗過程四種情況中感應(yīng)電流磁場方向的分析，得出感應(yīng)電流的磁場阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量變化.整個論證過程是灌輸式而不是啟發(fā)引導式，是給學生帶路而不是給學生指路，是交給學生路線而不是交給學生路標.這樣，學生的理性思維難以得到激發(fā)，學生的思維品質(zhì)和思維能力難以得到提高.

楞次定律建立的創(chuàng)新論證，是在磁鐵落向閉合線圈和從閉合線圈上端下落穿出離開線圈下端的過程中，磁鐵受到線圈施加的作用力而阻礙其運動的直觀現(xiàn)象引導下，循著從結(jié)果探究原因，從而揭示現(xiàn)象本質(zhì)的思路展開.實驗現(xiàn)象激發(fā)思維，提出問題促進思維，論證過程展開思維，在論證過程中環(huán)環(huán)相扣、層層遞進，思路清晰、思維張力大、思維質(zhì)量高.同時在論證過程中，科學探究要素也得到了充分體現(xiàn).

顯然，教材論證的思路是打通原因和結(jié)果的通道，尋找原因和結(jié)果的聯(lián)系，但產(chǎn)生結(jié)果的原因教材中明顯是直接給出的；而創(chuàng)新論證是執(zhí)果索因，從而探尋現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律，在論證過程中學生的思維始終處于被激活的狀態(tài).

通過上述教學創(chuàng)新可見，直觀的實驗現(xiàn)象和執(zhí)果索因的逆向追蹤，對啟迪和激活學生思維，以及培養(yǎng)學生的思維品質(zhì)具有十分重要的作用，也真正體現(xiàn)了“以物論理”的物理教學思想.

參考文獻：

人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開發(fā)中心.普通高中課程標準實驗教科書 物理選修3-2.北京：人民教育出版社，2006.