《探究感應電流的產(chǎn)生條件》教學實錄與評析

石善菲+楊泰金

《探究感應電流的產(chǎn)生條件》是高中物理新課程選修3-2第四章第二節(jié)的內(nèi)容，屬于電磁學的核心內(nèi)容之一，在本冊教材中起著承前啟后的作用，是學生今后學習法拉第電磁感應定律、楞次定律和交變電流產(chǎn)生的基礎。本節(jié)內(nèi)容通過探究實驗的方法歸納出“磁生電”的規(guī)律，揭示磁與電的內(nèi)在聯(lián)系。

一、魔術(shù)引入，懸念激趣

師：正式上課之前，老師請同學們欣賞一個魔術(shù)表演。這里有3個紙杯，一個寶貝物件，老師需要一位助手，誰拿到老師拋出去的小熊，誰就來當助手，好嗎？

生：好！

師：這位同學，請你上來。現(xiàn)在請你將這個寶貝物件藏在任意一個紙杯下面，老師來尋找。（背向講臺，面向全體學生）好了，老師試一試能否感應到它？小助手，請你站起來，伸出雙手，閉上眼睛，心里默念寶貝物件所在的位置。很好，現(xiàn)在老師已經(jīng)知道寶貝物件所在的地方了。（打開藏有寶貝物件的紙杯）

生：哇！老師好厲害！

師：老師沒有翻開杯子就找到了寶貝物件，這是怎么回事呢？

生搖頭表示不知道。

師：（拿起寶貝物件，吸住鐵片）其實，這個寶貝物件是一塊磁鐵，（解開手套，展示藏在手套里面的線圈）這是一個線圈。當線圈遇到磁鐵時就產(chǎn)生了感應電流，這就是這個魔術(shù)的秘密。那么，利用磁場，如何才能產(chǎn)生感應電流呢？今天，我們通過實驗來探究感應電流產(chǎn)生的條件。

【評析】魔術(shù)表演一來可以激發(fā)學生的好奇心和求知欲，二來為后面揭示實驗原理作鋪墊。

二、分組實驗，合作探究

師：這個實驗涉及利用磁場在回路中產(chǎn)生感應電流。接下來請3組同學分別用下面的實驗器材（如圖1）設計實驗方案。第一組的實驗器材有蹄形磁鐵、靈敏電流表、一根導體棒、兩根帶有鱷魚夾的導線，第二組的實驗器材有條形磁鐵、靈敏電流表、一個線圈、兩根帶有鱷魚夾的導線，第三組的實驗器材有電源、開關(guān)、滑動變阻器、靈敏電流表、一大一小兩個線圈以及若干導線。請各小組討論后設計實驗方案，思考問題：如何連接形成電流回路？然后畫出電路圖。再想一想，如何做才能產(chǎn)生感應電流？最后將裝置圖補充完整，并標注操作示意。

師在黑板上貼裝置圖，生做實驗。師巡視指導。

生在黑板上畫實驗裝置圖，同時標注操作示意。（如圖2）

實驗結(jié)束。

師：我們采訪一下第一組的同學，你們?nèi)绾尾僮鳎?/p>

生：切割磁感線時產(chǎn)生感應電流。

師：做得好！請問第二組的同學，你們怎樣操作產(chǎn)生感應電流呢？

生：將磁鐵插入或移出線圈時產(chǎn)生感應電流。

師：現(xiàn)在請第三組的同學說一說你們是如何操作的？

生：閉合開關(guān)或斷開開關(guān)的瞬間、移動滑片的瞬間、將小線圈插入和拔出大線圈時，均可產(chǎn)生感應電流。

師：很好！老師注意到第三組的同學發(fā)現(xiàn)了多種產(chǎn)生感應電流的方式。

【評析】學生通過自主探究實驗，培養(yǎng)了動手能力和團結(jié)協(xié)作的精神，同時體會到了獲取知識的喜悅。執(zhí)教老師讓學生分組完成實驗，節(jié)省了教學時間。

三、師生共研，提出質(zhì)疑

師：同學們在實驗中找到了多種產(chǎn)生感應電流的方法?，F(xiàn)在，我們一起來討論這些實驗方案的異同點，找出產(chǎn)生感應電流的普遍原因，也就是產(chǎn)生感應電流的條件。我們先從兩個方面來討論：一是磁場和回路，二是有電流時和沒有電流時實驗操作的共同點。

師：我們先來看磁場。第一組實驗用的是誰的磁場？

生：蹄形磁鐵的磁場。

師：第二組實驗呢？

生：條形磁鐵的磁場。

師：第三組實驗還是磁鐵嗎？

生：不是。

師：那是誰產(chǎn)生的磁場？

生：電流產(chǎn)生的磁場。

師：正確！電流能夠產(chǎn)生磁場。我們再來看實驗操作過程。第一組實驗如何操作呢？

生：切割磁感線。

師：是的。用導體棒切割磁感線，回路發(fā)生了變化。

師：第二組實驗如何操作？

生：移動磁鐵。

師：也就是回路處的磁場發(fā)生了變化，對不對？

生：對。

師：我們來看第三組實驗，閉合或斷開開關(guān)，移動滑片，這些操作我們并沒有改變磁場和回路的位置，卻產(chǎn)生了感應電流。我們移動滑片，改變了什么？

生：電流。

師：改變電流也就改變了什么？

生：磁場的強弱。

師：對。改變電流會改變回路處的磁感應的強度。

師：我們再來分析第一組實驗。假如導體棒不動，還能產(chǎn)生感應電流嗎？

生：不能。

師：在第二組實驗中，如果將導體棒放在線圈中不動，有電流嗎？

生：沒有。

師：看第三組實驗，開關(guān)閉合狀態(tài)下，不移動滑片，有感應電流嗎？

生：沒有。

師：可見，電流產(chǎn)生于“變”，磁場和回路，二者必然有一個發(fā)生了變化，才能產(chǎn)生感應電流。磁場或回路變了，就一定能夠產(chǎn)生感應電流嗎？下面，老師演示實驗，請同學們注意觀察。

【評析】三組實驗結(jié)束后，執(zhí)教老師引導學生總結(jié)不同實驗的共同點，引發(fā)學生對實驗結(jié)果的質(zhì)疑，培養(yǎng)學生的問題意識和創(chuàng)新能力。

四、巧設實驗，回應質(zhì)疑

演示實驗1：切割磁感線不一定能產(chǎn)生感應電流

師：（演示實驗，如圖3）在這個實驗裝置中，我們可以將兩板間的磁場看成勻強磁場，請同學們觀察電流表指針，切割磁感線，有感應電流嗎？endprint

生：有。

師：一定有嗎？（水平移動線圈）現(xiàn)在呢？

生：沒有。

師：這個過程切割了磁感線嗎？

生：切割了。

師：實驗表明，切割磁感線不一定會產(chǎn)生感應電流。現(xiàn)在老師將線圈捏扁，改變回路面積，有感應電流嗎？

生：有。

演示實驗2：改變面積不一定能產(chǎn)生感應電流

師：一定有嗎？現(xiàn)在老師將兩板間的磁場換成蹄形磁鐵的磁場（如圖4），將線圈放在磁場中心處，再將線圈捏扁，改變面積的大小，有感應電流嗎？

生：沒有。

師：可見，改變面積也不一定能產(chǎn)生感應電流。

演示實驗3：回路處的磁場變了不一定能產(chǎn)生感應電流

師：磁鐵運動使回路的磁場發(fā)生變化一定能產(chǎn)生感應電流嗎？將條形磁鐵穿過線圈，有感應電流嗎？

生：有。

師：一定有嗎？現(xiàn)在老師將條形磁鐵換成蹄形磁鐵，依然將線圈放在磁鐵中心，讓線圈沿著軸線向下運動，有感應電流嗎？（如圖5）

生：沒有。

師：可見，磁鐵運動使回路處的磁場發(fā)生變化也不一定有感應電流。

演示實驗4：電流的磁場變了，也不一定能產(chǎn)生感應電流

師：電流的磁場發(fā)生變化，就一定有感應電流嗎？老師用第三組同學做實驗的器材線圈現(xiàn)場繞制試一試。第一種繞法是用一根線繞固定一端，按同一方向繞完，然后接到電路中，同學們注意觀察電流表的指針。閉合開關(guān)，有感應電流嗎？（如圖6）

生：有。

師：移動滑片，有感應電流嗎？

生：有。

師：斷開開關(guān)呢？

生：有。

師：現(xiàn)在老師換一種繞法，用兩條線一起繞，先將兩條線對折，然后同時繞，重復剛才的實驗操作，閉合開關(guān)會怎樣？

生：沒有電流。

師：移動滑片呢？

生：沒有電流。

師：斷開開關(guān)呢？

生：也沒有電流。

師：我們通過實驗發(fā)現(xiàn)，用第一個線圈可以產(chǎn)生感應電流，用第二個線圈不能產(chǎn)生感應電流?？梢姡娏鞯拇艌霭l(fā)生變化，也不一定能產(chǎn)生感應電流。

【評析】學生自主完成實驗后，對實驗結(jié)果產(chǎn)生了質(zhì)疑，接著執(zhí)教老師設計了4組演示實驗，回應學生的質(zhì)疑。通過師生間的多次實驗問答，學生對感應電流產(chǎn)生條件的理解加深了，這是指向物理學科核心素養(yǎng)的教學創(chuàng)新，也是本課教學最大的亮點。

五、畫線分析，凸顯本質(zhì)

師：通過實驗，我們得出結(jié)論，電流生于“變”。這里的“變”，本質(zhì)上指的是什么？

師：我們進一步分析發(fā)現(xiàn)，無論哪一種實驗方案，電流的產(chǎn)生都需要磁場。剛才我們演示的3組實驗，雖然磁場或面積發(fā)生了變化，但沒有產(chǎn)生電流。請同學們在實驗報告上畫出以下幾種情況的磁感線分布，看看能否找出共同點？（如圖7）

師：同學們畫得差不多了，我們一起來分析。圖A是蹄形磁鐵的磁感線，圖B是電流產(chǎn)生的磁場。同學們，你發(fā)現(xiàn)雙線繞法和單線繞法的不同之處嗎？

生：雙線繞法有反向的電流。

師：這相當于兩個電流流向相反的螺線管，所以，產(chǎn)生的磁場有向上的，也有向下的。圖C是一個勻強磁場?；仡^看圖A，我們將蹄形磁鐵向下移動，穿過線圈的磁感線有什么特點？

生：磁感線穿進又穿出。

師：雖然磁場變強了，但是磁感線穿進又穿出，等效沒有穿過回路?？磮DB，移動滑片，電流變了，磁場變了，穿過線圈的磁感線有什么特點？

生：反向電流的磁感線抵消了。

師：電流方向相反，磁感線向上和向下的條數(shù)剛好相等，等效于沒有磁感線穿過線圈。看圖C，水平移動線圈，穿過線圈的磁感線如何變化？

生：不變。

師：所以，這3組實驗操作有什么共同點？

生：磁感線條數(shù)不變。

師：之所以沒有產(chǎn)生感應電流，是因為磁感線的條數(shù)恒為零或不變。

我們再來看這3組能夠產(chǎn)生感應電流的實驗，請同學們畫出磁感線，思考磁感線分布的變化。（如圖8）

師：請這位同學來說一說，當導體棒向右移動時，回路中磁感線有什么變化？

生：變少。

師：將磁鐵向上移動，磁感線條數(shù)有什么變化？

生：變少。

師：將滑片右移，減小電流，回路處的磁感線條數(shù)有變化嗎？

生：變少。

師：我們發(fā)現(xiàn)，盡管方法不同，但穿過回路的磁感線條數(shù)都減少了。因此，我們可以得出結(jié)論：感應電流的產(chǎn)生是因為磁感線的條數(shù)發(fā)生了變化。磁感線的條數(shù)就是什么？

生：磁通量。

師：通過實驗，我們知道，無論采用什么方法，只要穿過閉合電路的磁通量發(fā)生了變化，回路中就產(chǎn)生感應電流。因此，我們可以得出感應電流產(chǎn)生的條件：只要穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化，閉合電路中就有感應電流。endprint

【評析】執(zhí)教老師總結(jié)3組探究實驗和4組演示實驗的“本質(zhì)”特點，放手讓學生畫磁感線，并找出產(chǎn)生感應電流和無法產(chǎn)生感應電流的異同點，最后歸納總結(jié)得出實驗結(jié)論：產(chǎn)生感應電流的條件是閉合回路中的磁通量發(fā)生變化。

六、回顧歷史，培植情感

師：今天，我們站在巨人的肩膀上，花了不到一節(jié)課的時間，通過實驗探究得出了產(chǎn)生感應電流的條件。但在歷史上，科學家們得出這個結(jié)論卻經(jīng)歷了漫長而艱辛的過程。1820年，丹麥物理學家奧斯特在一次實驗中偶然發(fā)現(xiàn)了電能生磁。英國物理學家法拉第對這一發(fā)現(xiàn)非常感興趣，他認為既然電能生磁，反過來，磁也應該能生電。經(jīng)過10年的實驗，他終于揭示了“磁生電”的秘密。另外，老師還想提一個人，他就是科拉頓?？评D曾試圖用磁鐵在線圈中獲得電流，但為了使磁鐵不至于影響電流計中的小磁針，特意將電流計放到隔壁的房間，將磁鐵放入線圈后跑到另一間房觀察電流表，但每次都沒有看到指針偏轉(zhuǎn)，沒有發(fā)現(xiàn)電磁感應現(xiàn)象?？评D距離成功只有一步之遙，令人感到遺憾。我們往往習慣于在靜止中思考問題，而換一個角度思考問題，有時卻有意想不到的收獲。

【評析】教學接近尾聲，師生共同回顧奧斯特、法拉第、科拉頓的故事，使學生體會到知識來之不易，并由衷佩服法拉第善于思考、堅持不懈的科學探索精神。

【總評】

本節(jié)課從學生已有的知識經(jīng)驗出發(fā)，通過引導學生自主學習、探究實驗、提出問題、協(xié)作交流，讓學生主動構(gòu)建知識體系，體現(xiàn)了“探究—建構(gòu)式生態(tài)”教學模式。

教學中，執(zhí)教老師改變了傳統(tǒng)教學的做法，在3組實驗結(jié)束后，引導學生總結(jié)不同實驗的共同點并趁勢追問：回路的面積或回路處的磁感應強度發(fā)生變化，一定能產(chǎn)生感應電流嗎？引發(fā)學生對實驗結(jié)果產(chǎn)生質(zhì)疑。這正是培養(yǎng)學生的問題意識、創(chuàng)新能力的有效途徑。至此，學生就會提出問題：產(chǎn)生感應電流的根本原因是什么？在這個思維沖突的節(jié)點上，執(zhí)教老師設計了4組演示實驗，并放手讓學生畫磁感線，通過多次師生間的問答，使學生加深對產(chǎn)生感應電流條件的理解，培養(yǎng)了物理學科的核心素養(yǎng)。

在這節(jié)課中，執(zhí)教老師做到了抓準焦點、突破教學難點。例如，用雙線繞制得到的線圈，通過改變電流來改變磁場的強弱，得出“磁場變化了，磁通量總為零”的結(jié)論，解決了面積和磁場的變化不是問題的核心，磁通量改變才是本質(zhì)的問題。

這節(jié)課在問題生成、實驗方案設計、探究行動的開展和探究結(jié)果的分析上，圍繞學生知識的自主建構(gòu)這一核心展開，體現(xiàn)了探究式學習的本質(zhì)，使學生體會到了探究的樂趣。

當然，本節(jié)課也存在一些不足。比如，在演示實驗2中，要求線圈剛好沿磁鐵軸線方向運動，這是比較難做到的。

一節(jié)好課應該是教師能夠站在高處，有的放矢地設計落實學科核心素養(yǎng)的教學環(huán)節(jié)，強化學生的課堂主角地位，巧妙設置能夠引發(fā)學生質(zhì)疑的實驗，給足空間和時間讓學生進行探究，在獨立思考又相互合作中培養(yǎng)學生的科學思維和科學態(tài)度，使學生形成能夠適應其終身發(fā)展所必備的品格和能力。從這個角度來說，本節(jié)課做得尤為出色。

（該課例榮獲2016年南寧市中小學課程德育錄像課比賽一等獎）

（責編 歐孔群）endprint