對感應電流的產生條件的探究思路的改進

麥結華

(廣東省珠海市斗門區第一中學 519000)

高二課本探究感應電流產生條件的思路分別對動生、感生電動勢產生的條件進行實驗探究，分析現象，最后得出磁通量發生變化是磁生電的關鍵.這節課我對傳統實驗作了一些小改進和調整，通過矛盾的形成和解決突破學生的認知結構、促進學生對關鍵概念的形成.

一、探究動生電動勢產生的條件

課本用圖1的演示實驗，初中時已經接觸過，高中老師往往再做一次，分析磁感線方向和棒運動方向兩者關系，得出導體切割磁感線可以磁生電，往往把這種電動勢叫動生電動勢.根據多年教學經驗學生其實對“切割”的定義是非常不明確的，以為只要導體棒在磁場中運動就是切割，就能夠產生電流，所以處理這部分時我把重點放在了對切割的理解.

原設想使導體棒在磁場左右，上下，前后、斜著運動，理論上可以看到電流計指針不同的偏轉情況，再跟學生分析原因，學生找到運動方式不同是造成結果差異的原因，再比較這些運動方向和磁場方向之間的關系，最后得出切割的概念.但實際上實驗室提供的是馬蹄形磁鐵和方形線框(圖2)，線框較大，無論線框怎樣運動都能切割到磁鐵正對部位區域外的磁場線而產生電流.

那就自己動手來制作直導線吧？使長度合適的導線只在磁鐵的正對部位運動(圖3).實驗時又發現了兩個新問題：真正的勻強磁場區域很小，實際的磁感線都隨形狀、邊緣變化而變形；導線繞了30多匝還是沒法使微安表指針擺動，因為匝數和切割長度不夠.多次改進后還是不行，最后還是使用實驗室的線框但把磁場實驗區域擴大的辦法.把6個馬蹄形磁鐵并排加寬磁場，線框放進去后就夠寬了，這時可以認為中間區域的中心部分磁場方向是豎直的，不必擔心切割到外面磁場對實驗結果產生影響了.這些都跟學生討論了，并讓學生演示實驗時采用這個磁場區域.

實驗操作表針是否擺動導體棒左右移動是導體棒不動否導體棒上下移動否導體棒斜著運動是

學生根據表格填寫實驗現象，發現線框動的方式不同產生的效果是不同的，動了未必會有電流產生.比對幾種動的方式的差異，結合磁場方向，學生討論出可產生成電流的都是速度面和磁場面有垂直部分，從而得出切割的定義，得到真正的動生電動勢的開啟方式.

二、探究感生電動勢的產生條件

按照課本實驗(圖6))我也設計了實驗表格讓學生填寫.

實驗操作表針是否擺動N極插入線圈有N極停在線圈或線圈外某處中無N極從線圈中抽出線圈有S極插入線圈有S極停在線圈中或外面某處無S極從線圈中抽出有

實驗后經過討論學生都會發現使螺線管周圍的磁場變化都可以產生電流.一般情況下，老師這時候就歸納結論，只要穿過螺線管的磁場發生變化就可以磁生電.但是我認為“穿過”二字和學生的認知還是有距離的，并非學生的能力習得.我多做了一步，把條形磁鐵(如圖7)橫放著在螺線管上方前后左右上下移動，問學生螺線管周圍的磁場(圖8)是否發生了變化，學生認為在變化但這個時候電流計指針是幾乎不擺動的.與剛才產生電流的實驗行為比對，磁鐵擺放方式不同是變量，擺放方式的差異導致磁感線是否穿進了大螺線管，從而讓學生得到更深刻的結論，是穿過回路的磁場發生變化而使回路產生電流，實現磁生電.

課本用圖9電路使帶電小螺線管替代條形磁鐵角色，學生實驗探討出改變穿過大螺線管磁場的方式：開關閉合和斷開、調整滑動變阻器、小螺線管(鐵芯)拔出和插入.我沒有馬上結束探究，多加了一步，把右邊電路電源改接交流電(圖10)，不動電路中其他部分，電流計指針依然發生了偏轉，幫學生拓展了改變磁場的思路.

繼續拓展(圖11)交流電對線圈供電產生變化磁場，把不同匝數的其它線圈放在附近就可接收到這個變化磁場而實現磁生電，這就是變壓器的工作原理(圖12).

使用變壓器給學生演示實驗，第一：變壓器原線圈接入交流電，看到右邊線圈相連的電流計指針是偏轉的(圖13)，再把電流計換成燈泡，看到燈泡亮了，學生覺得非常有意思.第二：電源改接直流電，讓學生猜測燈泡是否會亮，學生均表示不會.是因為沒有磁場嗎？一部分學生先說是，反應過來后說是有磁場但磁場沒有變化，我把直流電的每一個電壓都正常接通了一次，燈泡果然不亮.接下來我把直流電壓的旋鈕快速轉動幾圈，燈泡居然亮了.學生都瞪大了眼睛，為何恒定磁場也可以感應出電呢？讓學生觀察操作差異引起的結果差異，學生發現了玄機，原來是快速改變電壓(圖14)使磁場突變感應出電了.

三、歸納總結

把動生、感生電動勢產生條件進行比對：切割使回路形狀發生變化，這個形狀可以用面積S來表述.感生電動勢產生是回路中磁場B在變化.如何把兩個看似毫無關聯性的原因歸結到一起呢？有沒有可能各自反映了一個事物的不同表象呢？能找到一個物理量把它們都包含到一塊去嗎？學生踴躍思考，最后都指向了磁通量這個概念，最后得出磁生電的關鍵是過程中以各種方式伴隨著磁通量發生變化(圖15).

原來磁通量發生變化是磁生電的關鍵！如果磁場B與面積S之間有夾角，磁通量怎么計算？圖16中的線圈一直在轉動，與磁場夾角一直在變化，磁通量一直在變化，是不是電流就一直在生成？能驗證一下嗎？展示交流發電機，讓學生觀察線圈、磁場、手柄的作用,隨后搖動手柄帶動線圈轉動燈泡真的亮起來了(圖17)，學生在下面發出陣陣歡呼.

通過這節課使學生深刻理解磁生電的各種方式，初步嘗試透過紛繁的表象找尋事物背后深層次原因的思維方式.探究過程讓學生自己總結規律形成概念，體現了學生為主體的現代教學思想，實驗思路的拓展也是對學生現有知識結構的突破.變壓器和交流發電機的演示既是對電磁感應現象的有力輔助，也是對3-2課本后面章節的聯結，突破教材之間的界限.這一個探索過程對教師和學生都是一個很好的提升過程.