電磁驅動實驗案例教學設計

張玲

摘 要?實驗教學作為物理教學中的重要部分，不斷開發創新實驗案例是非常必要的。結合高中物理內容，努力思考各種創新實驗教學點，讓學生能夠從經歷上升至經驗，然后再用知識去追尋真理，這是所有物理教育工作者追求的目標。

關鍵詞?電磁驅動;簡易;電動機;參與感;思考

中圖分類號：S225.1，TM32 文獻標識碼：A 文章編號：1002-7661（2020）32-0197-02

人教版選修3—2第四章第七節內容為《渦流、電磁阻尼和電磁驅動》，本節內容可以讓學生更好地理解電磁感應現象，關注電磁感應現象在生活生產中實際應用。其中電磁驅動中的電動機例子非常易見，比如教室里的吊扇、帶動傳輸貨物的動力裝置等等，課文例子介紹圖文詳實。

但是，學生體驗感可能還是不夠。電磁板塊知識較為抽象，制作簡易電動機能夠讓學生有更清晰的操作體驗，對理解影響通電導線所受磁場作用力大小的因素會有更準確的判斷和應用。

一、簡易電動機的制作

（一）實驗裝置

（二）制作材料

干電池3節、導線若干、一次性杯子1個、紐扣磁體、細銅絲漆包線30cm左右、回形針2枚，備用材料若干。

（三）制作方法

①將細銅絲漆包線繞成多匝的接近圓形或者矩形的規則形狀線圈，線圈兩端預留出一小段銅絲（約3cm）且刮掉部分漆面。

②將紐扣磁體吸在杯底。

③應用回形針在杯口或者杯底搭建兩個固定支架，將線圈置于支架上，然互用導線將電源和支架接通，簡易電動機搭建完畢。

（四）實驗過程

搭建完畢后，接通電源，讓線圈轉動起來。改變實驗條件，關注線圈轉動情況和什么因素有關。

（五）實驗原理

銅絲通電后在磁場中受到安培力作用，線框順利轉動。若電流、磁場足夠大，外加傳動裝置后可以帶動其它物體運動。

二、教學建議

（一）實驗形式：學生實驗

實驗目的是讓學生能夠利用所學知識以及比較簡單的材料動手完成簡易電機，充滿趣味性的同時還能提高學生對知識的理解。教師將共有實驗材料準備好，實驗方案步驟不需要告知，留予學生組內討論確定。如果學生討論出來的方案可能需要的器材不在共有的器材中，教師應該盡量滿足。

（二）實驗過程：暴露問題 ???討論問題 ???解決問題

實驗過程的初步目標是成功搭建電動機，實現讓電動機轉動起來。實驗過程中會出現大量的問題，這些問題均是與電磁板塊知識相關。將問題放開給學生討論，可以得到不同的討論結果以及改進措施。這個過程的收獲遠比做道題多，最重要的是可以讓學生眼見為實，加深印象。

實驗過程中，有少數同學由于無法理解電動機原理而無法完成簡易電動機的搭建，這也屬于正常的情況。但是通過對實驗過程的討論后，都能更深層理解電磁驅動的原理。對于現象的原因分析或許不是最充分的，但是從引導學生注重觀察、發現問題和討論問題這個層面來講，這樣的討論是非常有價值的，讓學生有參與的認同感，對物理學習才能抱有熱情。

（三）實驗拓展：

人教課本中，進入第四章《電磁感應》內容的第一節標題為《劃時代的發現》。電和磁密不可分，在順利完成簡易電動機后，教師可指導學生利用假期完成簡易發電機的制作。目的在于關注電、磁間的關系，能夠進一步理解磁生電的本質，同時能夠明確產生感應電流的條件、影響感應電流大小的因素等。通過發電機的設計和制作，可以鍛煉學生的思考能力、動手能力和知識整合能力等。

（四）實驗與高考考點鏈接

帶電體在磁場中的運動分析或能量變化分析是高考中高頻考查的知識點，近幾年也涌現出以實際模型提取出來的實際考題。現就簡易電動機為模型的例子作分析：

（2017.課標Π，21）某同學自制的簡易電動機示意圖如圖所示。矩形線圈由一根漆包線繞制而成，漆包線的兩端分別從線圈的一組對邊的中間位置引出，并作為線圈的轉軸。將線圈架在兩個金屬支架之間，線圈平面位于豎直面內，永磁鐵置于線圈下方。為了使電池與兩金屬支架連接后線圈能連續轉動起來，該同學應將（ ???）

A.左、右轉軸下側的絕緣漆都刮掉

B.左、右轉軸上下兩側的絕緣漆都刮掉

C.左轉軸上側的絕緣漆刮掉，右轉軸下側的絕緣漆刮掉

D.左轉軸上下兩側的絕緣漆都刮掉，右轉軸下側的絕緣漆刮掉

通過題意可知，要求線圈可以連續轉動。如圖所示，若將左、右轉軸下側漆面全部刮掉，則線圈能夠順利通電，下側兩條邊受力大于上側單邊受力，順利轉動起來。轉動半周后線框中沒有電流通過，但是線框有初始速度，故可以順利轉動直到一個周期后回到初始位置線框后受力條件和初始情況一樣，故可以連續轉動。A選項正確。D選項中左轉軸上下漆面都刮除，但由于右側轉軸只刮掉了下側漆面，所以也是半周內線框能夠通電，情況和A選項類似，故D正確。B選項中由于所有漆面都已經刮掉，這就保證了所有時間線框都通電。但是需要明確的是，在轉動過程中安培力并是不是一直做正功的，加上重力也對線框做負功，所以線框速度會減為零，無法持續轉動，B錯誤;C選項情況中完全沒有通電，肯定無法轉動，C錯誤。

三、結束語

實驗教學作為物理教學中的重要部分，不斷開發創新實驗案例是非常必要的。本實驗案例所采用的器材以及實驗過程都比較簡易，但是卻能讓學生有更強的參與感。操作的過程讓學生將所學發揮出來，或者可以就遇到的問題在情境中展開討論，這樣的方式讓學生易理解易接受。學習過程是一個形象思維到抽象思維的過程，既然有條件讓學生有更多的體會，就一定不要浪費這樣寶貴的教育時機。簡易電動機只是一個例子，結合高中物理內容，努力思考各種創新實驗教學點，讓學生能夠從經歷上升至經驗，然后再用知識去追尋真理，這是所有物理教育工作者追求的目標。