石善菲+楊泰金

《探究感應(yīng)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(xué)的核心內(nèi)容之一，在本冊(cè)教材中起著承前啟后的作用，是學(xué)生今后學(xué)習(xí)法拉第電磁感應(yīng)定律、楞次定律和交變電流產(chǎn)生的基礎(chǔ)。本節(jié)內(nèi)容通過探究實(shí)驗(yàn)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(qǐng)同學(xué)們欣賞一個(gè)魔術(shù)表演。這里有3個(gè)紙杯，一個(gè)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(dāng)助手，好嗎？

生：好！

師：這位同學(xué)，請(qǐng)你上來。現(xiàn)在請(qǐng)你將這個(gè)寶貝物件藏在任意一個(gè)紙杯下面，老師來尋找。（背向講臺(tái)，面向全體學(xué)生）好了，老師試一試能否感應(yīng)到它？小助手，請(qǐng)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(shí)，這個(gè)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(gè)線圈。當(dāng)線圈遇到磁鐵時(shí)就產(chǎn)生了感應(yīng)電流，這就是這個(gè)魔術(shù)的秘密。那么，利用磁場(chǎng)，如何才能產(chǎn)生感應(yīng)電流呢？今天，我們通過實(shí)驗(yàn)來探究感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件。

【評(píng)析】魔術(shù)表演一來可以激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲，二來為后面揭示實(shí)驗(yàn)原理作鋪墊。

二、分組實(shí)驗(yàn)，合作探究

師：這個(gè)實(shí)驗(yàn)涉及利用磁場(chǎng)在回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流。接下來請(qǐng)3組同學(xué)分別用下面的實(shí)驗(yàn)器材（如圖1）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。第一組的實(shí)驗(yàn)器材有蹄形磁鐵、靈敏電流表、一根導(dǎo)體棒、兩根帶有鱷魚夾的導(dǎo)線，第二組的實(shí)驗(yàn)器材有條形磁鐵、靈敏電流表、一個(gè)線圈、兩根帶有鱷魚夾的導(dǎo)線，第三組的實(shí)驗(yàn)器材有電源、開關(guān)、滑動(dòng)變阻器、靈敏電流表、一大一小兩個(gè)線圈以及若干導(dǎo)線。請(qǐng)各小組討論后設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)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(yīng)電流？最后將裝置圖補(bǔ)充完整，并標(biāo)注操作示意。

師在黑板上貼裝置圖，生做實(shí)驗(yàn)。師巡視指導(dǎo)。

生在黑板上畫實(shí)驗(yàn)裝置圖，同時(shí)標(biāo)注操作示意。（如圖2）

實(shí)驗(yàn)結(jié)束。

師：我們采訪一下第一組的同學(xué)，你們?nèi)绾尾僮鳎?/p>

生：切割磁感線時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流。

師：做得好！請(qǐng)問第二組的同學(xué)，你們?cè)鯓硬僮鳟a(chǎn)生感應(yīng)電流呢？

生：將磁鐵插入或移出線圈時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流。

師：現(xiàn)在請(qǐng)第三組的同學(xué)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(dòng)滑片的瞬間、將小線圈插入和拔出大線圈時(shí)，均可產(chǎn)生感應(yīng)電流。

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

【評(píng)析】學(xué)生通過自主探究實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)了動(dòng)手能力和團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神，同時(shí)體會(huì)到了獲取知識(shí)的喜悅。執(zhí)教老師讓學(xué)生分組完成實(shí)驗(yàn)，節(jié)省了教學(xué)時(shí)間。

三、師生共研，提出質(zhì)疑

師：同學(xué)們?cè)趯?shí)驗(yàn)中找到了多種產(chǎn)生感應(yīng)電流的方法?，F(xiàn)在，我們一起來討論這些實(shí)驗(yàn)方案的異同點(diǎn)，找出產(chǎn)生感應(yīng)電流的普遍原因，也就是產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件。我們先從兩個(gè)方面來討論：一是磁場(chǎng)和回路，二是有電流時(shí)和沒有電流時(shí)實(shí)驗(yàn)操作的共同點(diǎn)。

師：我們先來看磁場(chǎng)。第一組實(shí)驗(yàn)用的是誰的磁場(chǎng)？

生：蹄形磁鐵的磁場(chǎng)。

師：第二組實(shí)驗(yàn)?zāi)兀?/p>

生：條形磁鐵的磁場(chǎng)。

師：第三組實(shí)驗(yàn)還是磁鐵嗎？

生：不是。

師：那是誰產(chǎn)生的磁場(chǎng)？

生：電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)。

師：正確！電流能夠產(chǎn)生磁場(chǎng)。我們?cè)賮砜磳?shí)驗(yàn)操作過程。第一組實(shí)驗(yàn)如何操作呢？

生：切割磁感線。

師：是的。用導(dǎo)體棒切割磁感線，回路發(fā)生了變化。

師：第二組實(shí)驗(yàn)如何操作？

生：移動(dòng)磁鐵。

師：也就是回路處的磁場(chǎng)發(fā)生了變化，對(duì)不對(duì)？

生：對(duì)。

師：我們來看第三組實(shí)驗(yàn)，閉合或斷開開關(guān)，移動(dòng)滑片，這些操作我們并沒有改變磁場(chǎng)和回路的位置，卻產(chǎn)生了感應(yīng)電流。我們移動(dòng)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(chǎng)的強(qiáng)弱。

師：對(duì)。改變電流會(huì)改變回路處的磁感應(yīng)的強(qiáng)度。

師：我們?cè)賮矸治龅谝唤M實(shí)驗(yàn)。假如導(dǎo)體棒不動(dòng)，還能產(chǎn)生感應(yīng)電流嗎？

生：不能。

師：在第二組實(shí)驗(yàn)中，如果將導(dǎo)體棒放在線圈中不動(dòng)，有電流嗎？

生：沒有。

師：看第三組實(shí)驗(yàn)，開關(guān)閉合狀態(tài)下，不移動(dòng)滑片，有感應(yīng)電流嗎？

生：沒有。

師：可見，電流產(chǎn)生于“變”，磁場(chǎng)和回路，二者必然有一個(gè)發(fā)生了變化，才能產(chǎn)生感應(yīng)電流。磁場(chǎng)或回路變了，就一定能夠產(chǎn)生感應(yīng)電流嗎？下面，老師演示實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)同學(xué)們注意觀察。

【評(píng)析】三組實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，執(zhí)教老師引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)不同實(shí)驗(yàn)的共同點(diǎn)，引發(fā)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的質(zhì)疑，培養(yǎng)學(xué)生的問題意識(shí)和創(chuàng)新能力。

四、巧設(shè)實(shí)驗(yàn)，回應(yīng)質(zhì)疑

演示實(shí)驗(yàn)1：切割磁感線不一定能產(chǎn)生感應(yīng)電流

師：（演示實(shí)驗(yàn)，如圖3）在這個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置中，我們可以將兩板間的磁場(chǎng)看成勻強(qiáng)磁場(chǎng)，請(qǐng)同學(xué)們觀察電流表指針，切割磁感線，有感應(yīng)電流嗎？endprint

生：有。

師：一定有嗎？（水平移動(dòng)線圈）現(xiàn)在呢？

生：沒有。

師：這個(gè)過程切割了磁感線嗎？

生：切割了。

師：實(shí)驗(yàn)表明，切割磁感線不一定會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。現(xiàn)在老師將線圈捏扁，改變回路面積，有感應(yīng)電流嗎？

生：有。

演示實(shí)驗(yàn)2：改變面積不一定能產(chǎn)生感應(yīng)電流

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

生：沒有。

師：可見，改變面積也不一定能產(chǎn)生感應(yīng)電流。

演示實(shí)驗(yàn)3：回路處的磁場(chǎng)變了不一定能產(chǎn)生感應(yīng)電流

師：磁鐵運(yùn)動(dòng)使回路的磁場(chǎng)發(fā)生變化一定能產(chǎn)生感應(yīng)電流嗎？將條形磁鐵穿過線圈，有感應(yīng)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(yùn)動(dòng)，有感應(yīng)電流嗎？（如圖5）

生：沒有。

師：可見，磁鐵運(yùn)動(dòng)使回路處的磁場(chǎng)發(fā)生變化也不一定有感應(yīng)電流。

演示實(shí)驗(yàn)4：電流的磁場(chǎng)變了，也不一定能產(chǎn)生感應(yīng)電流

師：電流的磁場(chǎng)發(fā)生變化，就一定有感應(yīng)電流嗎？老師用第三組同學(xué)做實(shí)驗(yàn)的器材線圈現(xiàn)場(chǎng)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(xué)們注意觀察電流表的指針。閉合開關(guān)，有感應(yīng)電流嗎？（如圖6）

生：有。

師：移動(dòng)滑片，有感應(yīng)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(duì)折，然后同時(shí)繞，重復(fù)剛才的實(shí)驗(yàn)操作，閉合開關(guān)會(huì)怎樣？

生：沒有電流。

師：移動(dòng)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(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，用第一個(gè)線圈可以產(chǎn)生感應(yīng)電流，用第二個(gè)線圈不能產(chǎn)生感應(yīng)電流?？梢?，電流的磁場(chǎng)發(fā)生變化，也不一定能產(chǎn)生感應(yīng)電流。

【評(píng)析】學(xué)生自主完成實(shí)驗(yàn)后，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生了質(zhì)疑，接著執(zhí)教老師設(shè)計(jì)了4組演示實(shí)驗(yàn)，回應(yīng)學(xué)生的質(zhì)疑。通過師生間的多次實(shí)驗(yàn)問答，學(xué)生對(duì)感應(yīng)電流產(chǎn)生條件的理解加深了，這是指向物理學(xué)科核心素養(yǎng)的教學(xué)創(chuàng)新，也是本課教學(xué)最大的亮點(diǎn)。

五、畫線分析，凸顯本質(zhì)

師：通過實(shí)驗(yàn)，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(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，無論哪一種實(shí)驗(yàn)方案，電流的產(chǎn)生都需要磁場(chǎng)。剛才我們演示的3組實(shí)驗(yàn)，雖然磁場(chǎng)或面積發(fā)生了變化，但沒有產(chǎn)生電流。請(qǐng)同學(xué)們?cè)趯?shí)驗(yàn)報(bào)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(diǎn)？（如圖7）

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

生：磁感線穿進(jìn)又穿出。

師：雖然磁場(chǎng)變強(qiáng)了，但是磁感線穿進(jìn)又穿出，等效沒有穿過回路?？磮DB，移動(dòng)滑片，電流變了，磁場(chǎng)變了，穿過線圈的磁感線有什么特點(diǎn)？

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?？磮DC，水平移動(dòng)線圈，穿過線圈的磁感線如何變化？

生：不變。

師：所以，這3組實(shí)驗(yàn)操作有什么共同點(diǎn)？

生：磁感線條數(shù)不變。

師：之所以沒有產(chǎn)生感應(yīng)電流，是因?yàn)榇鸥芯€的條數(shù)恒為零或不變。

我們?cè)賮砜催@3組能夠產(chǎn)生感應(yīng)電流的實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)同學(xué)們畫出磁感線，思考磁感線分布的變化。（如圖8）

師：請(qǐng)這位同學(xué)來說一說，當(dāng)導(dǎo)體棒向右移動(dòng)時(shí)，回路中磁感線有什么變化？

生：變少。

師：將磁鐵向上移動(dòng)，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(yīng)電流的產(chǎn)生是因?yàn)榇鸥芯€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(shí)驗(yàn)，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(yīng)電流。因此，我們可以得出感應(yīng)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(yīng)電流。endprint

【評(píng)析】執(zhí)教老師總結(jié)3組探究實(shí)驗(yàn)和4組演示實(shí)驗(yàn)的“本質(zhì)”特點(diǎn)，放手讓學(xué)生畫磁感線，并找出產(chǎn)生感應(yīng)電流和無法產(chǎn)生感應(yīng)電流的異同點(diǎn)，最后歸納總結(jié)得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論：產(chǎn)生感應(yīng)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(shí)間，通過實(shí)驗(yàn)探究得出了產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件。但在歷史上，科學(xué)家們得出這個(gè)結(jié)論卻經(jīng)歷了漫長而艱辛的過程。1820年，丹麥物理學(xué)家奧斯特在一次實(shí)驗(yàn)中偶然發(fā)現(xiàn)了電能生磁。英國物理學(xué)家法拉第對(duì)這一發(fā)現(xiàn)非常感興趣，他認(rèn)為既然電能生磁，反過來，磁也應(yīng)該能生電。經(jīng)過10年的實(shí)驗(yàn)，他終于揭示了“磁生電”的秘密。另外，老師還想提一個(gè)人，他就是科拉頓。科拉頓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(jì)中的小磁針，特意將電流計(jì)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(yīng)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(xí)慣于在靜止中思考問題，而換一個(gè)角度思考問題，有時(shí)卻有意想不到的收獲。

【評(píng)析】教學(xué)接近尾聲，師生共同回顧奧斯特、法拉第、科拉頓的故事，使學(xué)生體會(huì)到知識(shí)來之不易，并由衷佩服法拉第善于思考、堅(jiān)持不懈的科學(xué)探索精神。

【總評(píng)】

本節(jié)課從學(xué)生已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，通過引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、探究實(shí)驗(yàn)、提出問題、協(xié)作交流，讓學(xué)生主動(dòng)構(gòu)建知識(shí)體系，體現(xiàn)了“探究—建構(gòu)式生態(tài)”教學(xué)模式。

教學(xué)中，執(zhí)教老師改變了傳統(tǒng)教學(xué)的做法，在3組實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)不同實(shí)驗(yàn)的共同點(diǎn)并趁勢(shì)追問：回路的面積或回路處的磁感應(yīng)強(qiáng)度發(fā)生變化，一定能產(chǎn)生感應(yīng)電流嗎？引發(fā)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生質(zhì)疑。這正是培養(yǎng)學(xué)生的問題意識(shí)、創(chuàng)新能力的有效途徑。至此，學(xué)生就會(huì)提出問題：產(chǎn)生感應(yīng)電流的根本原因是什么？在這個(gè)思維沖突的節(jié)點(diǎn)上，執(zhí)教老師設(shè)計(jì)了4組演示實(shí)驗(yàn)，并放手讓學(xué)生畫磁感線，通過多次師生間的問答，使學(xué)生加深對(duì)產(chǎn)生感應(yīng)電流條件的理解，培養(yǎng)了物理學(xué)科的核心素養(yǎng)。

在這節(jié)課中，執(zhí)教老師做到了抓準(zhǔn)焦點(diǎn)、突破教學(xué)難點(diǎn)。例如，用雙線繞制得到的線圈，通過改變電流來改變磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，得出“磁場(chǎng)變化了，磁通量總為零”的結(jié)論，解決了面積和磁場(chǎng)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(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、探究行動(dòng)的開展和探究結(jié)果的分析上，圍繞學(xué)生知識(shí)的自主建構(gòu)這一核心展開，體現(xiàn)了探究式學(xué)習(xí)的本質(zhì)，使學(xué)生體會(huì)到了探究的樂趣。

當(dāng)然，本節(jié)課也存在一些不足。比如，在演示實(shí)驗(yàn)2中，要求線圈剛好沿磁鐵軸線方向運(yùn)動(dòng)，這是比較難做到的。

一節(jié)好課應(yīng)該是教師能夠站在高處，有的放矢地設(shè)計(jì)落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)的教學(xué)環(huán)節(jié)，強(qiáng)化學(xué)生的課堂主角地位，巧妙設(shè)置能夠引發(fā)學(xué)生質(zhì)疑的實(shí)驗(yàn)，給足空間和時(shí)間讓學(xué)生進(jìn)行探究，在獨(dú)立思考又相互合作中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)態(tài)度，使學(xué)生形成能夠適應(yīng)其終身發(fā)展所必備的品格和能力。從這個(gè)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(xué)課程德育錄像課比賽一等獎(jiǎng)）

（責(zé)編 歐孔群）endprint