汪銀山：淺談電磁感應現象的教學

汪銀山

摘要：電磁感應現象是電和磁聯系的重要一環，而且是各類發電機最重要的工作原理。正確地認識和理解電磁感應現象以及產生感應電流的條件是教學的重點和難點。教學中，要充分調動學生的積極性，引導學生大膽探究磁生電的條件。通過大量的實驗探究，讓學生體會科學探究的艱辛，培養學生交流合作意識，培養他們敢于從失敗中總結經驗，不怕困難、不折不撓的科學精神。為了使學生更好地理解電磁感應現象，對這部分內容進行適當的拓展是很有必要的。如何做好演示實驗，使實驗現象更明顯，需要教師認真思考。

關鍵詞：電磁感應現象感應電流法拉第發電機

電磁感應現象的發現揭示了電與磁的聯系，其在電磁學知識體系中有著突出的地位。結合多年的教學經驗，本文做如下探討。

一、科學探究：感應電流的產生

為培養學生的科學文化素養，可簡單介紹發現電磁感應現象的背景、內容及其重大意義。我認為，這節課教學的難點是引導學生設計實驗方案。很多教師在處理這節內容時會這樣安排：先展示發電機的模型、介紹其基本結構;然后用手搖發電機讓燈泡亮起來，并請大家思考導體在磁場中做怎樣的運動才能產生感應電流;接著做一些演示實驗并進行歸納總結。學生在教師的“循循善誘”下得出實驗結論。而在課堂上，學生僅僅是看教師做實驗，這是不行的，教學效果差。為激發學生的學習興趣，我認為分組實驗很有必要。

怎樣利用磁場產生電流呢？

首先，教師可以和學生一起探討實驗方案。思考實驗需要的器材，如電池、開關、馬蹄形磁鐵、線圈、螺線管、鐵芯、電流表（計）、滑動變阻器、燈泡等。教學時先拋出第一個問題：實驗時電路是否要閉合？這個問題很容易回答，如果電路是斷開的，即便有電流產生我們也無法檢測到。接著拋出第二個問題：如何檢測回路中是否有電流產生？接入一個小燈泡，通過燈泡亮不亮來判斷合適嗎？大家通過討論得出結論——不合適（教師適當加以引導）。如果產生的電流太小，而燈泡的實際功率比較小的話，燈泡可能不發光。因此，串聯一個靈敏電流計效果會更好。

實驗的雛形方案設計完畢后，就可以演示法拉第最初的實驗了：先將導線接在電流表上，放在磁場中，發現電流表指針沒有任何偏轉;隨后，改用匝數較多的線圈繼續實驗，電流表指針仍然沒有發生偏轉。演示實驗結束后，可以讓學生扮演法拉第的助手這一角色試著提出一些建議，并說說理由。如果有困難的話，可以引導學生從能量的角度來思考這個問題——如果利用磁能夠生電，就一定有電能產生，是什么能轉化成電能呢？是磁能？還是機械能？是機械能！也就是說，是不是要讓磁鐵或者閉合線圈動起來呢？通過討論我們將實驗方案大致羅列一下：在磁鐵上纏若干圈漆包線，讓其一起動起來;只移動磁鐵，線圈不動;只移動線圈，磁鐵不動。由于時間有限，第一個實驗可安排為演示實驗，結果發現電流計沒有發生任何偏轉，回路中沒有電流產生。這是因為線圈匝數太少了，還是因為磁場不夠強？增加線圈的匝數、換用磁性較強的磁鐵后仍沒有任何變化。實際上，法拉第最早就是這樣研究的，結果發現無論怎么做都沒有電流產生。

教學時，可讓學生分組進行探究實驗，每組4～6人。由于課堂時間有限，建議將幾個小組再分成兩大組，第一大組只移動線圈，第二大組只移動磁鐵。那線圈和磁鐵可以怎樣運動？將同學們討論的結果大致羅列一下：可以上下運動;可以左右運動;線圈可以在磁場中轉動起來，或者磁鐵在線圈里轉動。學生完成實驗后一起討論，并請小組代表匯報自己小組的做法以及相應的實驗現象。匯報完畢后大家進行歸納總結：

線圈上下運動，電流計沒有偏轉;

線圈左右運動，電流計發生偏轉;

線圈轉動，電流計發生偏轉。

……

教學中“切割”二字不要輕易說出來，要引導學生說出來。由于磁感線本身就是人們為便于研究而引入的不存在的假想的曲線，所以想理解“切割磁感線運動”就更困難了。事實上，切割磁感線運動是為了方便而引入的一種說法，究其本質，還是磁通量發生了變化。讓學生正確理解電磁感應現象尤為重要。以2015年安徽省中考題第5題為例進行分析：題目中提到了動圈式話筒，問這種話筒應用的原理是___________。

結合多年教學經驗，我相信會有相當一部分學生寫“切割磁感線”這個錯誤的答案。

這是因為課本上只提及了一種電磁感應現象，所以學生對電磁感應的理解有局限性。還有沒有其他產生感應電流的情況呢？如果教學中不進行適度延伸，學生就容易出現上面的錯誤。為了加深學生對電磁感應現象的理解，只有教材中的實驗（見圖a）是不夠的，教學中有必要演示其他類型的實驗。比如磁體跟線圈做相對運動（如圖b所示）;通電線圈跟閉合線圈做相對運動（如圖c所示）。但是，關于電磁感應現象的本質問題無須過多介紹，以免增加學生的學習負擔。

二、發電機工作原理

發電機是這樣一種設備：工作中，通過外力驅動使線圈或磁體發生轉動，將機械能轉換為電能。發電機在生產、生活中有著廣泛的應用，但其基本工作原理都是電磁感應定律。教學中，我們主要介紹交流發電機的工作原理。首先可結合掛圖或者模型去介紹其基本結構;隨后可以讓學生自行閱讀課本并思考線圈中的電流方向為什么會不斷發生改變。由于這部分內容對立體感要求較高，不易于理解，教師可以借助三維動畫演示交流發電機的工作機制。

在發電機工作過程中線圈轉動快一些，產生的電壓高一些，接入的燈泡會亮一些，學生有可能會注意到這一現象（教師可適當加以引導），這里無須解釋，可讓學生課外自主探究。在發電機工作原理知識的教學中，教師可引導學生從以下幾個方面跟電動機進行適當的對比，如結構特點、工作原理、能量的轉化等。

三、生活中的電磁感應現象

電磁感應原理可用于很多設備和系統，其中包括發電機、變壓器、電磁爐、電磁感應燈、充電電池的無接觸充電、磁浮列車等。對于這部分內容的教學，教師無須過多地介紹，為激發學生的求知欲望，舉一到兩個例子進行講解即可。

以電磁爐為例，電磁爐的爐面下方有一個線圈，當有交流電通過線圈時會產生交變磁場。我們把金屬器皿放在上面時，處在交變磁場中的金屬器皿其內部將會出現旋渦電流，旋渦電流的熱效應使其溫度升高，從而實現加熱。在電磁爐內附有溫度控制器，可以防止電磁爐過熱，這樣不僅省電而且安全。

以手機的無線充電技術為例，無線充電技術是指將手機直接放在充電板上無須接線就可以對其充電。這是因為充電板上有一個線圈（送電線圈），通入交流電后，線圈周圍就會產生變化的磁場。手機上也有一個線圈（受電線圈），該線圈處在變化的磁場中，就有感應電流產生，從而進行充電，其工作機制和變壓器的原理非常相似。

探究過程本身就是一種學習。經過這節課的學習，學生應能夠正確地認識電磁感應現象，知道什么情況下才有感應電流產生，能體會到感應電流產生的同時也伴隨著能量的轉化。考慮到初三學生的認知水平，以及切實減輕學生的學習負擔，我認為初中階段沒有必要深入地去研究電磁感應現象的本質，但是適當地拓展和介紹相關知識還是很有必要的。

參考文獻：

[1]義務教育物理課程標準實驗教科書編寫組.義務教育教科書物理九年級全一冊[M].上海：上海科學技術出版社，2013.

[2]義務教育物理課程標準實驗教科書編寫組.物理教學參考書九年級[M].上海：上海科學技術出版社，2013.

[3]景澤強.初中物理實驗教學指導書[M].北京：教育科學出版社，2010.

[4]賈起民.電磁學第二版[M].北京：高等教育出版社，2000.

責任編輯：唐丹丹