精心設計問題 提升物理復習教學效益
——以“楞次定律”的復習教學為例

浙江 李志豪

物理復習教學的主要任務，是引導學生對學過的知識進行梳理、重構、整合，使學生的學習水平得到提升。而使這一目標得以達成的有效途徑，是引導學生置身于問題情境中，通過對物理問題的分析和討論，實現知識與能力的再提高。因此，科學有效地設置物理問題，是提高物理復習教學效益的重要保證。我們不妨以“楞次定律”這一知識點的復習教學為例進行探討。

“楞次定律”解決的是電磁感應方向的問題，涉及的知識主要有右手定則、楞次定律的基礎表述、楞次定律的特殊表述及其能量解釋。學生在之前的新課學習中，一般都局限于對右手定則、楞次定律的基礎表述的初步理解和簡單應用，還不具備一定的融合能力，學習水平還停留在單一結構層面上(理解知識的含義或知識的某一方面)和多元結構水平上(能聯系多個孤立事件，但不會融合)。而將多元結構融合在一起，必須通過復習教學，使學生正確區別右手定則和楞次定律，并將楞次定律的基礎表述推廣拓展到特殊表述，使學生可以從能量守恒的角度來解釋電磁感應現象。從而實現學習水平向關聯結構水平(能將多個事件聯系起來，掌握多個規律的綜合應用)和抽象結構水平(能將知識抽象、擴展后進行應用)的轉化。

1.知識梳理

通過設置相關問題，喚醒學生之前的認知結構，并對之前的認知進行補漏。

【問題1】如圖1所示，A線圈中通有逆時針方向的電流I，放于A線圈外的B導體環的a、b兩端用導線連一電流計G。試判斷當A線圈中電流I減弱時，B導體環中的感應電流方向。

圖1

【分析要點】①確定研究對象：B導體環與電流計G所圍成的閉合回路；②明確原磁場及其方向：A線圈中電流在所選回路中的磁場方向垂直紙面向內；③明確原磁通量的變化情況：減小；④判斷感應電流I感在所在回路中的磁場B感的方向：由楞次定律可知B感的方向垂直紙面向內；⑤判斷感應電流I感的方向：由安培定則可知回路中I感的方向為b→G→a→b，故B環中的感應電流方向為逆時針方向。

【設計意圖】①回顧楞次定律的基本內容；②梳理應用楞次定律判斷感應電流方向的方法和基本步驟；③澄清一些問題。比如：楞次定律的研究對象是什么？(本問題中容易選取B導體環所圍的回路為研究對象而導致錯誤，從而暴露學生理解上存在的缺陷)，什么是原磁場？感應電流的磁場阻礙原磁通量的變化的含義是什么？感應電流在何處的磁場與原磁場同向？等等。

2.知識關聯

理清相關或相近知識間的相互聯系，深化對物理概念和物理規律的正確理解，增強認知結構中知識聯系的緊密性和區分度，實現學習水平向關聯結構水平的提升。

【問題2】如圖2所示，長直導線MN中通有電流I，導線框abcd處于導線MN所在的平面內。試分別用楞次定律或右手定則判斷下列情況下導線框abcd中的感應電流方向：

圖2

(1)當電流I增大，導線框分別處在圖中①②③位置時；

(2)導線框從①位置移向③的過程中。

【分析要點】本問題涉及動生和感生兩種形式的感應電流，前者楞次定律和右手定則均適用，而后者只能用楞次定律，所以分析時要著重引導學生對兩者作出正確合理的選用。

(1)電流I增大時產生的感應電流屬于感生電流，只能選用楞次定律判斷出導線框處在①②③位置時的感生電流方向分別為順時針、無電流、逆時針方向。

(2)導線框從①位置移向③位置的過程中產生的感應電流是因導體切割磁感線而產生的感應電流，可引導學生分別用楞次定律和右手定則兩種方法進行判斷。分析時必須注意以下三點：①由于整個過程中磁通量的變化情況各個階段有所不同，因此要分階段進行分析；②用楞次定律判斷時，研究的對象是一個回路，對應的是一個過程；而右手定則研究的是一段切割磁感線的導體(本問題中是ad和bc兩段導體)，對應的是瞬時感應電流；③用右手定則判斷時，應先分別判斷出ad、bc兩段導體中的感應電流方向，再根據它們所處磁場的強弱情況比較兩者感應電動勢的大小，由此推斷出整個線框中的感應電流方向。答案為：先順時針、后逆時針、再順時針方向。

【設計意圖】①使學生正確區別右手定則與楞次定律的適用場合、研究對象、判斷方法以及針對的是過程還是瞬時等方面的不同；②讓學生體驗用右手定則與楞次定律判斷感應電流方向的難易情況，學會對右手定則與楞次定律的正確選用。

【問題3】如圖3所示，當導線框P從磁鐵的N極正上方沿直線平移到S極正上方的過程中，導線框P中產生的感應電流方向。

圖3

【分析要點】應使學生明確這是一個磁場分布情況較為復雜的情境，產生的是動生電流。若選用右手定則判斷，因各段切割磁感線的導體不僅所處磁場的強弱和方向各不相同，且隨導線框位置的改變而發生改變，而難以作出正確的判斷。因此，應選用楞次定律判斷導線框中感應電流的方向。為此，須畫出磁鐵上方導線框P經過路徑內的磁感線分布圖，由此便可以看出整個移動過程中穿過P的原磁通量的變化情況為前后兩個階段不同。對線框P經過磁鐵中點上方前、后兩個階段分別運用楞次定律判斷出其中的感應電流方向均為俯視逆時針方向。

【設計意圖】①在原磁場分布情況較為復雜的情況下，如何靈活地選用楞次定律和右手定則，是學生中普遍存在的問題，設計上述問題的意圖，就是要通過剖析選用右手定則判斷時會遇到的麻煩和選用楞次定律的優勢所在，從揭示選用規律的本質出發，幫助學生提高靈活選用物理規律解決問題的能力；②使學生通過畫出磁感線的分布圖，清楚地展示復雜磁場磁通量的變化情況，從而形成通過畫示意圖幫助分析問題的良好習慣；③明確當涉及的過程中磁通量變化有多種情況時，應分階段進行分析。

3.知識拓展

將物理知識擴展后進行應用，豐富學生的認知結構，實現學習水平向抽象水平的提升。

【問題4】如圖4所示，同一閉合鐵芯上繞有兩個線圈L1、L2，L1兩端接一電容器C，L2與兩不計電阻的平行導軌相連，導軌處于一垂直紙面向里的勻強磁場中，則當放在導軌上的導體棒ab向左加速運動時，電容器C的哪個極板帶正電？右邊導軌M、N兩端的電勢哪點高？

圖4

【分析要點】引導學生弄清：①ab棒向左加速運動時，在該棒中產生了逐漸增大的動生電動勢，對于ab棒和L2線圈組成的回路，ab棒是提供感應電流的電源。而在線圈L1中則產生的是感生電動勢，它是提供電容器充電的電源。②分別選用右手定則和楞次定律判斷ab棒和L1中(設想電容器C兩極板短接時)的感應電流方向，再根據電路知識確定出a、b(以及導軌M、N)兩端電勢的高低情況和電容器C兩極板的帶電情況。答案為N端電勢高，電容器C的上極板帶正電。

【設計意圖】本題設計了涉及兩種感應電動勢的情境，其意圖是通過分析討論使學生明確：①結合電路的知識，將楞次定律和右手定則，拓展到感應電動勢的方向、電磁感應現象中電勢高低問題的判斷；②正確區別運用楞次定律和右手定則判斷電勢高低在適用場合、研究的對象及判斷方法等方面的異同；③弄清動生電動勢與感生電動勢分別產生于回路的哪一部分。

4.知識提升

從特殊到一般，從具體到抽象，實現對物理知識理解層次的進一步提升。

【問題5】如圖5所示，甲中導體棒ab向右做切割磁感線運動；乙中線框M在磁場B中轉動；丙中導體圓環N在逐漸增強的磁場B中；丁中導體圓環P處在通有逐漸減弱的電流I的磁場中。試分析甲中的導體棒ab、乙中線框M、丙中導體圓環N、丁中導體圓環P中產生的感應電流受原磁場安培力的方向，并由此總結感應電流與原磁場作用的效果有什么共同特點。

甲

乙

丙

丁

【分析要點】先運用右手定則或楞次定律判斷出感應電流方向，然后由左手定則判斷出原磁場對產生感應電流的導體所施加的安培力F的方向，由此分析原磁場與感應電流相互作用的結果對引起產生感應電流的原因總是起阻礙作用。在此基礎上，從能量的角度進行分析，得出上述現象是能量守恒運用于電磁感應的必然結果。其分析過程可用下面的框圖表示：

【設計意圖】借助于動生和感生電流的幾種具體情境，通過引導學生就感應電流與原磁場作用的效果情況進行分析，由此總結得出楞次定律的另一種更具有普遍意義的表述：感應電流與原磁場相互作用的結果總是阻礙產生感應電流的原因。從而實現楞次定律的物理內涵由特殊到一般的飛躍。

【問題6】圖中M是一個可以繞垂直于紙面的軸O轉動的閉合矩形導線框，A、B為兩個繞在鐵芯上的相同線圈，A、B與電源、滑動變阻器連成一個閉合電路而通有電流，則當滑動變阻器觸頭P右移時

( )

圖6

A.如果兩線圈繞向相同，M將從圖示位置逆時針轉動

B.如果兩線圈繞向相反，M不會轉動

C.如果兩線圈繞向相同，M所在平面原處在與鐵芯左右端面平行位置，則M向兩個方向轉動都有可能

D.M的轉動方向跟電源極性有關

【分析要點】引導學生對題中涉及的各種情況嘗試先運用楞次定律的一般表述判斷M中的感應電流方向，再分析其受的安培力方向，由此推斷出線框的轉動情況。然后用“結果阻礙原因”的楞次定律的另一種表述直接判斷出線框的轉動情況。正確的選項為AB。

【設計意圖】設計電源極性、線圈繞向以及線圈平面原來所處位置的不同情況，引導學生用楞次定律的兩種表述進行分析，從兩種方法運用于各種不同的情境的分析比較中體會用后一種方法的優越性，從而使學生對楞次定律的理解得到進一步的提升。

綜上所述，通過設計上述四個環節、六個問題，在對問題的分析、討論過程中，進行知識的梳理、引申、拓展和提升，達到深化理解和系統掌握所學的知識，實現知識結構的有效建構。