應(yīng)用DIS處理“探究電磁感應(yīng)的產(chǎn)生條件”教學(xué)難點(diǎn)

馬新亞

(安徽省宿州市第二中學(xué)，安徽　宿州　234000)

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·實(shí)驗(yàn)研究·

應(yīng)用DIS處理“探究電磁感應(yīng)的產(chǎn)生條件”教學(xué)難點(diǎn)

馬新亞

(安徽省宿州市第二中學(xué)，安徽宿州234000)

在“探究電磁感應(yīng)的產(chǎn)生條件”的教學(xué)中，傳統(tǒng)的教學(xué)模式存在兩個(gè)教學(xué)難點(diǎn)，即單根導(dǎo)線切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流和地磁場(chǎng)發(fā)電，筆者利用DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)較好地處理了上述教學(xué)難點(diǎn).

單根導(dǎo)線切割磁感線；地磁場(chǎng)發(fā)電；DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

1　問題的提出

筆者在對(duì)普通高中人教版選修3-2第一章第二節(jié)“探究電磁感應(yīng)的產(chǎn)生條件”的教學(xué)過程中，一直存在兩個(gè)教學(xué)難點(diǎn)：(1) 在引入課題時(shí)提出：“我們?cè)诔踔幸呀?jīng)學(xué)過，當(dāng)閉合電路的一部分做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，電路中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流”，實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，但學(xué)生幾乎都反映，初中老師給他們講過這個(gè)實(shí)驗(yàn)，并沒有給他們做過這個(gè)實(shí)驗(yàn)；只有少數(shù)學(xué)生反映，老師做了這個(gè)實(shí)驗(yàn)，但切割磁感線的不是單根導(dǎo)線，而是多匝線圈，現(xiàn)象并不明顯.(2) “搖繩發(fā)電”本是一個(gè)能激發(fā)學(xué)生興趣的實(shí)驗(yàn)，但教材上的實(shí)驗(yàn)效果不理想，起不到應(yīng)有的作用.本人應(yīng)用DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)處理以上兩個(gè)教學(xué)難點(diǎn)，收到了理想的教學(xué)效果.

圖1

2　單根導(dǎo)線切割磁感線

在切割磁感線產(chǎn)生電流實(shí)驗(yàn)中，最理想的實(shí)驗(yàn)方案是使用單根導(dǎo)線，因?yàn)閱螌?dǎo)線結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，最符合教材中對(duì)導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流的描述，學(xué)生不存在認(rèn)知困難.但由于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中的靈敏電流計(jì)只能達(dá)到毫安級(jí)，指針偏轉(zhuǎn)很不明顯，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)無法完成.如圖2所示，采用DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的微電流傳感器，使用單根導(dǎo)線也能取得滿意的實(shí)驗(yàn)效果.

圖2

實(shí)驗(yàn)操作如下：(1) 讓單根導(dǎo)線在磁場(chǎng)中沿水平方向做切割磁感線運(yùn)動(dòng)，會(huì)發(fā)現(xiàn)電腦屏幕上的儀表指針大幅度擺動(dòng)，電流隨時(shí)間變化的圖像如圖3所示，學(xué)生明顯看到了感應(yīng)電流的存在.

圖3

(2) 讓單根導(dǎo)線在磁場(chǎng)中沿豎直方向運(yùn)動(dòng)，會(huì)發(fā)現(xiàn)電腦屏幕上的儀表指針不動(dòng)，但偶爾也會(huì)發(fā)生微弱的擺動(dòng)，電流隨時(shí)間變化的圖像如圖4所示.

圖4

針對(duì)以上實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生討論，分析得出以下結(jié)論：導(dǎo)線在磁場(chǎng)中沿水平方向做切割磁感線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電流；導(dǎo)線在磁場(chǎng)中沿豎直方向平行磁感線運(yùn)動(dòng)不產(chǎn)生感應(yīng)電流，儀表指針偶爾發(fā)生的微弱擺動(dòng)是由于導(dǎo)線未能嚴(yán)格沿磁感線方向運(yùn)動(dòng)造成的.

根據(jù)記錄下來的感應(yīng)電流隨時(shí)間的變化圖像提出問題供同學(xué)們課后思考：(1) 為什么感應(yīng)電流會(huì)出現(xiàn)不同的方向？(2) 實(shí)驗(yàn)中為什么感應(yīng)電流的大小會(huì)不同？

3　搖繩發(fā)電

對(duì)于搖繩發(fā)電實(shí)驗(yàn)，筆者繞制了100匝的20cm×50cm矩形線圈,將其用膠帶固定在有機(jī)玻璃板上.在學(xué)生明確“只要穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化，閉合回路中就有感應(yīng)電流”后，筆者做了地磁場(chǎng)發(fā)電實(shí)驗(yàn)，將線圈與微電流傳感器相連接，將矩形線圈平放在桌面上(如圖5).

圖5

向?qū)W生明確本地的地磁場(chǎng)近似為傾斜向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，讓同學(xué)猜想線圈的哪些運(yùn)動(dòng)方式可以在地磁場(chǎng)中產(chǎn)生感應(yīng)電流？學(xué)生充分討論后，提出以下猜想：線圈的平行移動(dòng)(包括上下平行移動(dòng)、南北平行移動(dòng)、東西平行移動(dòng)等各種平行移動(dòng))均不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流；線圈以垂直于線圈平面的直線為軸轉(zhuǎn)動(dòng)均不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流；線圈以平行于線圈平面的直線為軸轉(zhuǎn)動(dòng)均會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流.然后通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證學(xué)生的猜想，通過實(shí)驗(yàn)學(xué)生深刻地理解了電磁感應(yīng)的產(chǎn)生條件.

4　小結(jié)

通過對(duì)以上的兩點(diǎn)教學(xué)改進(jìn)，實(shí)驗(yàn)效果明顯，體現(xiàn)了DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的獨(dú)特優(yōu)越性.根據(jù)記錄的圖像提出問題，為下一步學(xué)習(xí)“楞次定律”和“法拉第電磁感應(yīng)定律”做好了鋪墊.

[1] 方文，嚴(yán)國(guó)柱.利用DIS探究超重、失重現(xiàn)象[J].物理之友,2015，31(9).

[2] 陶錫泉.驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)的數(shù)字化改進(jìn)——也談DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的應(yīng)用[J].物理之友,2014，30(8).

[3] 黃皓燕.電磁感應(yīng)中導(dǎo)線切割引起的穩(wěn)定問題分析[J].物理之友,2014，30(4).

[4] 丁洪良.利用DIS演示模數(shù)轉(zhuǎn)換原理[J].物理之友,2014，30(2).

[5] 王萬林.動(dòng)生電磁感應(yīng)中的典型問題探討[J].物理之友,2014，30(3).

[6] 朱建廉.由“淺”方能入“深”——基于《電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況》的深度備課運(yùn)作體會(huì)[J].物理之友,2014，30(4).