《探究感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件》教學(xué)設(shè)計(jì)

張嬌

摘 要：從初中的切割實(shí)驗(yàn)出發(fā)，通過(guò)不斷的猜想、實(shí)驗(yàn)、檢驗(yàn)，最終獲得從單一現(xiàn)象得到普遍規(guī)律的思維方法。

關(guān)鍵詞：磁通量；探究；感應(yīng)電流；磁生電

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2015）11-0075-3

1 引出磁生電的歷史

師：電能生磁，磁能生電嗎？確信嗎？

師：是的，現(xiàn)在磁生電已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于我們的生活中，我們可以毫不遲疑地說(shuō)：磁能生電。但在一百多年前，奧斯特剛發(fā)現(xiàn)電能生磁，在沒(méi)有任何磁生電的實(shí)例下，幾乎所有的科學(xué)家都確信磁能生電。為什么科學(xué)家會(huì)有如此直覺(jué)呢？因?yàn)榭茖W(xué)家們堅(jiān)信物理有對(duì)稱美。有著如此明確的目標(biāo)，按理說(shuō)應(yīng)該很快能找到磁生電的實(shí)例，但最早發(fā)現(xiàn)的法拉第也用了十一年的時(shí)間。這又是為什么呢？

師：因?yàn)殡娚艣](méi)有條件，磁生電卻是有條件的。

2 明確研究對(duì)象

首先我們來(lái)看看磁生電中的電指的是什么？ 生：電流。

師：電流要形成首先要滿足的是閉合回路。那么是否閉合回路放在磁鐵旁邊，就能生電呢？

生：不會(huì)。

3 利用典型情境，提出猜想

師：我們能不能具體舉一個(gè)磁生電的實(shí)例？回憶初中的切割實(shí)驗(yàn)（如圖1）。

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圖1 切割實(shí)驗(yàn)

我們由此得出的結(jié)論是：只要閉合回路的部分導(dǎo)體在切割磁感線，閉合回路中才會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。那這個(gè)因果關(guān)系找對(duì)了嗎？會(huì)不會(huì)有問(wèn)題？

我們先看一段視頻：“公交搞笑刷卡”。（描述的是一姑娘用屁股刷卡，緊跟其后的小伙也不停地刷屁股，但被司機(jī)臭罵）

我們現(xiàn)在來(lái)找找這個(gè)導(dǎo)體棒在切割的同時(shí)，有沒(méi)有伴隨著別的事情發(fā)生，是不是這件別的事情才是導(dǎo)致產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件？

生：……

點(diǎn)評(píng)：由于受切割影響太深，學(xué)生眼中只看到切割。從這幅圖，看到什么現(xiàn)象？棒在運(yùn)動(dòng)，同時(shí)伴隨著什么？閉合回路面積變化！提示1——要關(guān)注對(duì)象：既然是磁生電，肯定與閉合回路及磁有關(guān)。在說(shuō)的時(shí)候要同時(shí)關(guān)注這兩個(gè)對(duì)象。提示2——演示在沒(méi)有磁的情況下，面積改變有感應(yīng)電流嗎？提示3——進(jìn)行類比，將磁比做雨，當(dāng)線框的面積變化時(shí)，伴隨著什么？

生：閉合回路中磁通量發(fā)生改變。

師：在剛才那個(gè)實(shí)驗(yàn)中到底是因?yàn)椴糠謱?dǎo)體運(yùn)動(dòng)、部分導(dǎo)體切割、有磁通過(guò)的閉合回路的面積變化了、還是因?yàn)榇磐堪l(fā)生改變了才導(dǎo)致的？

點(diǎn)評(píng)：結(jié)論得出有兩種方法，一種是找到盡量多的實(shí)例，通過(guò)概括、歸納得到結(jié)論，這種方法需要實(shí)例比較全面典型。（而能否全面典型，對(duì)學(xué)生自身而言具有偶然性，對(duì)老師設(shè)計(jì)課堂而言，就太刻意）一種是在已有現(xiàn)象中猜想歸因，并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，如果不能驗(yàn)證則重新猜想歸因、驗(yàn)證（隨著實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的增多，歸因可以利用比較共同點(diǎn)、不同點(diǎn)進(jìn)行歸納總結(jié)，也就趨向于第一種。由于它是通過(guò)少數(shù)現(xiàn)象得到規(guī)律的，所以對(duì)提高學(xué)生的猜想能力、抽象概括能力、邏輯判斷能力都有很大幫助。同時(shí)由于設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)具有方向性，對(duì)提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力也很有裨益）。（第二種更類似科學(xué)家的研究，一開(kāi)始實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并不是很全面，隨著猜想、設(shè)計(jì)增多，猜想會(huì)更接近于真實(shí)，不管哪種結(jié)論得出后都不僅要解釋已有現(xiàn)象，并預(yù)言新的現(xiàn)象，并能被驗(yàn)證）本設(shè)計(jì)采用第二種方法。

4 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：PK各種猜想

師：在剛才的典型實(shí)驗(yàn)中，各種猜想都能成功解釋感應(yīng)電流的產(chǎn)生，要想找到真正的條件，需要設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，這個(gè)實(shí)驗(yàn)要有你無(wú)它，即磁通量在變，但沒(méi)有切割的；或有切割但磁通量卻沒(méi)變的。然后，我們看看感應(yīng)電流有沒(méi)有產(chǎn)生？

學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：不切割，減弱線圈中的磁場(chǎng)（圖2）。

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圖2 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

師：剛才沒(méi)有切割，只有磁通量變，也有感應(yīng)電流產(chǎn)生，說(shuō)明什么？

生：說(shuō)明磁通量變，是產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件。

師：我們憑這么一個(gè)實(shí)驗(yàn)是否就可以將切割生電這個(gè)結(jié)論排除？

1930年，德國(guó)出版了一本批判相對(duì)論的書(shū)，書(shū)名叫做《一百位教授出面證明愛(ài)因斯坦錯(cuò)了》。愛(ài)因斯坦聞?dòng)嵑螅瑑H僅聳聳肩道：“100位？干嘛要這么多人？只要能證明我真的錯(cuò)了，哪怕是一個(gè)人出面也足夠了。”

在科學(xué)面前，任何一個(gè)結(jié)論與規(guī)律，容不得有一個(gè)反例的存在。如果存在，這個(gè)結(jié)論就是不完善的，它必須被修正，或被更優(yōu)的結(jié)論與規(guī)律取代。

師：那么在剛才這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，磁通量變化能成功解釋感應(yīng)電流的產(chǎn)生。能不能就說(shuō)磁通量的變化就是產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件呢？

生：一個(gè)反例的存在，能充分說(shuō)明一個(gè)結(jié)論的問(wèn)題，但一個(gè)例子符合并不能充分說(shuō)明這個(gè)結(jié)論正確。要想證明這個(gè)結(jié)論正確，必須經(jīng)受所有實(shí)驗(yàn)的考驗(yàn)。

師：也就是說(shuō)，原來(lái)所有切割能解釋的實(shí)驗(yàn)，用磁通量變化也必須能解釋。不僅如此，根據(jù)磁通量變化，我們可以設(shè)計(jì)一些原來(lái)沒(méi)接觸過(guò)的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)測(cè)要吻合。只有經(jīng)過(guò)這些考驗(yàn)，這個(gè)結(jié)論才能被大家接受，直到有例外發(fā)現(xiàn)，它才會(huì)被修正或被更新的結(jié)論取代。

5 對(duì)結(jié)論的檢驗(yàn)

（1）初中典型實(shí)驗(yàn)：條形磁鐵插拔線圈。學(xué)生用磁通量變化成功解釋。

（2）學(xué)生設(shè)計(jì)不同實(shí)驗(yàn)：磁變、面積變、線圈與磁場(chǎng)的角度變。教師利用勵(lì)磁線圈演示。

（3）學(xué)生利用雙螺線管、滑動(dòng)變阻器預(yù)測(cè)并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

（4）習(xí)題（圖3、圖4）

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圖3 習(xí)題1

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圖4 習(xí)題2

學(xué)生判斷，教師實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

6 對(duì)切割的修正

當(dāng)某一結(jié)論有一反例存在時(shí)，需要對(duì)它進(jìn)行修正，或者用新的理論替代。剛才我們用的是替代，那么能否對(duì)切割進(jìn)行修正，成為特定情況下的結(jié)論呢？請(qǐng)辨別下列的正誤：

（1）閉合回路的部分導(dǎo)體切割，一定會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。

生：切割會(huì)使面積變，如果同時(shí)伴隨著磁場(chǎng)變，若一個(gè)變小，一個(gè)變大，最終磁通量不變，不會(huì)有感應(yīng)電流。

（2）若磁場(chǎng)不變，閉合回路的部分導(dǎo)體切割，一定會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。

生：錯(cuò)誤，如習(xí)題1。

（3）整個(gè)閉合回路在切割磁感線一定沒(méi)有感應(yīng)電流。

生：錯(cuò)誤，如習(xí)題2。

可見(jiàn)，在判斷有無(wú)感應(yīng)電流時(shí)，看切割與否是不可靠的，我們只能看磁通量有無(wú)變化。

（下轉(zhuǎn)第79頁(yè)）

（上接第76頁(yè)）

7 切割的意義

既然初中所學(xué)的切割不能做為產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件，為什么初中要學(xué)習(xí)切割？

師：因?yàn)榍懈钆c磁變是產(chǎn)生感應(yīng)電流的兩種具體方式，這兩種方式的本質(zhì)是有區(qū)別的，在以后學(xué)習(xí)了動(dòng)生和感生兩種方式以后，我們對(duì)它們會(huì)有更深刻的理解。

8 課后反思

（1）在判別上：若磁場(chǎng)不變，僅閉合回路的部分導(dǎo)體切割，一定會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。采用的習(xí)題1實(shí)驗(yàn)，如果用首尾相連的等效導(dǎo)體棒來(lái)看的話，其實(shí)并未在切割。那么它屬不屬于初中的切割情況呢？筆者認(rèn)為，對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)，用等效思想為時(shí)過(guò)早，學(xué)生的理解是確有部分導(dǎo)體切割，沒(méi)有必要把這個(gè)切割修正為等效導(dǎo)體棒的無(wú)切割。這個(gè)在學(xué)習(xí)感生之后學(xué)生的理解自然會(huì)到位。

（2）在推翻上：只要閉合回路中部分導(dǎo)體切割磁感線，閉合回路中就有感應(yīng)電流，也可利用線圈放在勵(lì)磁線圈中不動(dòng)，改變勵(lì)磁線圈中的電流從而改變線圈中的磁場(chǎng)強(qiáng)弱從而使線圈產(chǎn)生感應(yīng)電流，說(shuō)明不一定要切割才有感應(yīng)電流。這個(gè)實(shí)驗(yàn)立馬能說(shuō)明切割并不全面，需要補(bǔ)充情況。這種方式，對(duì)學(xué)生得到結(jié)論來(lái)說(shuō)思維難度很低。但難度過(guò)低，對(duì)學(xué)生得到知識(shí)來(lái)說(shuō)很容易，但對(duì)提高思維層次來(lái)說(shuō)幾乎沒(méi)有作用。在科學(xué)發(fā)展上，能有這么明擺著的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)讓你總結(jié)歸納嗎？所以如何在已有的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中，根據(jù)初步猜想得出的結(jié)論，設(shè)計(jì)出新的實(shí)驗(yàn)，是學(xué)生最需要學(xué)習(xí)的方法。在此基礎(chǔ)上證明結(jié)論，或有新的發(fā)現(xiàn)，通過(guò)修正完善原有結(jié)論或重新猜想設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，趨向正確的結(jié)論，使得學(xué)生在這個(gè)過(guò)程中充分經(jīng)歷并學(xué)會(huì)如何猜想，如何驗(yàn)證，如何得到結(jié)論。

（3）最后學(xué)生通過(guò)所學(xué)的結(jié)論，能夠準(zhǔn)確的分類，并設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，進(jìn)一步鞏固了在課堂中所學(xué)的方法，也落實(shí)了知識(shí)的理解。

參考文獻(xiàn)：

[1]鐘俊敏.將探究性學(xué)習(xí)落實(shí)在課堂教學(xué)中[J].物理教學(xué)探討，2012，30（3）：30—33.

[2]王京穆.探究感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件教學(xué)設(shè)計(jì)[J].物理教學(xué)探討，2012，30（7）：66—68.

（欄目編輯 鄧 磊）