教材上“楞次定律”的實驗改進

教材上“楞次定律”的實驗改進

高 俊①

(江蘇省句容高級中學江蘇 鎮江212400)

摘 要：本文通過類比實驗及驗證性實驗設計，改變了楞次定律傳統教學中“現象多,過程復雜，思維鏈條長，效果不夠好”的諸多困境，讓學生在聯想、類比中分析、歸納、總結,得出楞次定律，思維順暢，又合乎邏輯，所以順利突破了傳統教學中的難點.

關鍵詞：楞次定律類比實驗改進實驗

作者簡介：①高俊(1962-),男，中教高級，主要從事高中物理教學及研究.

收稿日期：(2015-04-12)

現行人民教育出版社的教材中“楞次定律”一節知識結構設計得太復雜：要尋找原磁場方向、原磁場變化、感應電流方向、線圈繞向、感應電流的磁場方向等關系.造成這一復雜關系的推手正是教材中的演示實驗.因為它造成了幾方面的困難：在實驗中怎樣觀察感應電流方向，怎樣觀察感應電流的磁場方向，學生感知有困難(在現象分析判斷上思維度高、思維鏈條長)；當實驗得到磁鐵和線圈運動的4種情況后，要學生同時對原磁場、磁通量變化、感應電流的方向等眾多要素進行分析、歸納并總結就顯得過于復雜，對學生而言絕非易事！而突破這一困境的有效辦法是——改進實驗.

1類比實驗——引發猜想 展現邏輯的魅力

前一章學過了安培力，學生已掌握了條形磁鐵與通電圓環間的相互作用.他們知道用等效法，把通電圓環等效成小磁針.如圖1所示，由安培定則可知，圓環等效成小磁針后，左端是S極，右端是N極，異名磁極相吸引，圓環向左運動.

圖1　條形磁鐵與通電圓環間的作用

類比實驗：用一根細線將一輕質的鋁環(取自易拉罐)懸掛起來，如圖2所示，做以下幾個實驗.

(1)將條形磁鐵的N極垂直鋁環平面并插向鋁環，發現鋁環向遠離磁鐵方向運動，呈現一種“拒斥”現象.

(2)將條形磁鐵的N極垂直鋁環平面并遠離鋁環時，發現鋁環向磁鐵方向跟進運動，出現對磁鐵的“挽留”.

(3)換用S極垂直鋁環平面并插向鋁環，發現鋁環向遠離磁鐵方向運動，同樣呈現一種“拒斥”現象.

(4)用S極垂直鋁環平面并離開鋁環時，發現鋁環向磁鐵方向跟進運動，又出現對磁鐵的“挽留”.

圖2　條形磁鐵插入和抽出鋁環實驗

引導學生運用等效法分析，再由“同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引”的基本規律判斷出，同磁極靠近或遠離時鋁環被排斥或吸引的現象說明，鋁環中感應電流的方向不同.

讓學生猜想：你認為感應電流的方向與哪些因素有關呢？

由以上實驗現象，學生不難得出：

A．感應電流的方向跟磁通量的變化有關.

B．感應電流的方向跟原磁場的方向有關.

啟發學生：感應電流、原磁場、磁通量的變化這3個量不是一類物理量，所以它們的關系很難被發現.想想看，上面實驗你是如何來判定感應電流方向的？這里學生會自然而然地由“同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引”先找到感應電流的磁場這一“中介”.注意，這里是學生自己自然而然找到了“中介”，邏輯關系很順暢.而教材中的實驗，教師要費很大的力氣，引導學生找出“感應電流的磁場”這一“中介”，但盡管教師花了很大的心思進行引導，學生還是很迷惘！

由此不難分辨出兩個實驗設計的優劣！

再引導：為了探究感應電流的方向與磁通量的變化、原磁場方向的關系，在物理學中通常采用什么方法？學生不難回答： 控制變量法.接下來讓學生分組分別設計表格尋找規律：1組和2組以原磁場的方向歸類，看感應電流磁場方向與磁通量變化之間的關系；3組和4組以磁通量的變化歸類，看感應電流磁場的方向與原磁場方向的關系.很顯然按第1，2組的方式歸類，看感應電流磁場方向與磁通量變化的關系，邏輯關系不順；而按第3組，4組的方式歸類，看感應電流磁場的方向與原磁場方向的關系，這個邏輯關系就順暢了.

讓學生評判：老師分析的是否在理？然后巡視學生設計的表格，啟發道：用磁通量的變化歸類，3，4組的同學是不是發現了這時感應電流磁場的方向與原磁場方向關系表述就很簡單——相同與相反！

展示學生的成果，如表1所示.

表1　學生實驗結果

這樣的表格設計要比教材上簡潔明了得多！進一步引導學生從物理本質上進行歸納：當鋁環中的磁通量增加時，感生電流的磁場方向與原磁場方向相反；而當鋁環中的磁通量減少時，感生電流磁場方向與原磁場方向相同.接著教師再由特殊到一般進行歸納總結：凡是由磁通量的增加而引起的感應電流，感應電流激發的磁場就阻礙原磁通量的增加；凡是由磁通量的減少而引起的感應電流，感應電流激發的磁場就阻礙原磁通量的減弱，最終總結出楞次定律的內容.

楞次定律：感應電流具有這樣的方向，就是感應電流的磁場總要阻礙引起感應電流的磁通量的變化.

這種實驗設計使學生體驗了,獨立地觀察、思考、分析、運用一個知識的“再發現”和構建的探究過程，學生是以探索者、研究者的身份投入學習的，從而保證了課堂教學中學生的主體地位.本設計也充分發揮了教師的引導作用，“變教為誘”，“變教為導”，實現學生的“變學為思”，“變學為悟”，輕松地突破了教學難點，效果很好.

2改進實驗——驗證與體驗

楞次定律是歸納總結出來了，但它至此仍屬于學生進行的理性思考和邏輯分析，我們必須要做一個實驗來驗證.為了驗證這一定律，筆者自制了實驗裝置，如圖3所示，在三合板上并聯了兩個發光二極管，用可拆變壓器中匝數為1 600匝，0～16 V的線圈作為原線圈(線圈可視作密繞的多匝鋁環)，當條形磁鐵快速插入和拔出時，會看到兩個二極管分別發光.再引導學生用楞次定律分析，看看結論與實驗看到的結果是否一致！這既是實驗驗證，又是學生的親歷體驗，效果不錯！

圖3　自制驗證楞次定律的實驗裝置

1邢紅軍,寧成.楞次定律教學的高端備課.中學物理教學參考,2013 (4):20～22