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关于楞次定律教学的几点思考

2014-08-28

物理之友 2014年3期
关键词:楞次定律磁极感应电流

(苏州市第三中学校,江苏 苏州 215001)

1 问题的提出

楞次定律是电磁学中的一条普遍规律,用它可判断感应电流方向,继而进行受力分析和运动分析,并讨论功能转换关系.它是中学物理教学的重点和难点.楞次定律因其内容(涉及到的抽象概念有磁场、感应电流等),所涉及物理概念间的关系复杂(阻碍变化),再加上定律涉及的是变化的磁场与感应电流的磁场之间的关系,由静到动,是质的飞跃,也是教学难点.到高三后还有不少学生仍仅停留在磁通的“增反减同”层面上,没有把握定律的本质.

现行人教版物理3-2教科书以探究模式来展开教学,通过观察不同磁极靠近、远离线圈过程中灵敏电流计指针偏转方向,完成表格,最终由表格内容归纳出楞次定律.图1这样的设计与安排在有限课堂教学时间内很难达成预设目的,究其原因如下:

图1

(1)探究教学基本过程概括起来是:形成问题,建立假设,制定实验研究方案,进行实验、演绎推理得出结果、检验结果,得出结论[1].对照此流程,发现问题环节是在实验基础上解决的,实验装置复杂,对学生的探究活动干扰因数较多.第二环节的提出问题,立足于学生已有知识,最有可能提出的问题应是:感应电流的方向与什么因素有关,如何去归纳.若教师不加提示,学生很难将问题转化为去寻找感应电流磁场与原磁场的关系.教科书将“感应电流的磁场”作为“中介”介绍给学生,这样的处理与学生的认知逻辑冲突,有牵着学生鼻子走路之嫌,接下来的环节也未能体现学生的主体意识,违背了探究本意.

(2)实验过程中,学生必须事先研究出检流计的指针偏转方向与电流流向的关系:电流从正接线柱流入,检流计的指针向右偏,反之则左偏.其次线圈的绕向也是一个重要因素,探究过程要考虑的因素太多.另外还要求学生脑海里呈现出的是一个立体空间:磁场方向垂直于线圈绕向.以上是完成探究实验所必需的,学生操作和理解都有难度,违背了教学的简单原则[2].

(3)“磁通量”概念是法拉第在1846年提出的,因此楞次在1834年提出定律时不可能具有现在教科书上的表述形式.教材这样处理的目的是为了与前面内容以及探究实验形成呼应,形成完整教学体系.基于现有教材,从磁通角度描述定律,其中心语是感应电流的磁场阻碍原磁场的变化,再从语法的角度分析主、谓、宾,学生可以对定律达成一定程度的认识,但若止步于此,不利于学生理解定律的本质,加大了后续学习的难度.鉴于以上原因,需要对楞次定律的教学进行重新设计.

2 对教学流程的重新设计

(1)对实验的处理

图2

可以用教科书上习题6的“楞次环”作为探究楞次定律的实验,相比于图1的实验,简单而且现象明显直观.如图2所示,用两环进行分别对比分析,可检验产生感应电流的条件;把不同磁极靠近(插入)闭合环,从排斥现象可引导学生分析出闭合铝环在近磁铁侧感应出同名磁极;把不同磁极远离(拔出)闭合环,从吸引现象可引导学生分析出闭合铝环在近磁铁侧感应出异名磁极.若教师处理得当,学生能得到感应电流的磁场要阻碍磁铁与铝环之间的相对运动,即“来拒去留”.这样的定性实验简单易行,现象明显.为后续引出感应电流的磁场埋下伏笔.

(2)探究过程简单明晰

“探究式”教学已成为当下物理规律教学的主要方式.这种教学方式不仅可以培养学生发现、分析、解决问题的能力,而且改变了传统的“满堂灌”的教学模式,充分调动学生主观性,活跃了课堂教学氛围.在楞次定律的教学中,引导学生把“楞次环”实验中铝环看作一匝线圈,则可以通过等效的正负极来判断出电流的方向,进而得到楞次定律的内容,显得非常简洁,逻辑上也会非常清晰.

3 楞次定律后续教学的思考

(1)仅从磁通量角度,定律可理解为“增反减同”.这样的处理便于学生接受.也有利于分析解决问题.教材仅从磁通量的角度来判断感应电流的方向是不完整的,后期教学中教师应从力、能两角度引导学生理解、应用定律,让学生掌握定律内涵:感应电流的结果阻碍引起产生感应电流的原因.

图3

(2)楞次定律的原有表述呈现出了鲜明的动力学特征[3],是综合了法拉第就电磁感应现象的说明与安培电动力学理论的产物.如图3,在光滑水平导轨上,用力F拉动导体棒,回路中出现感应电流,棒受与F方向相反的安培力作用.在判断过程中需分别应用“右手定则”和“左右定则”进行判断.若从力学角度理解楞次定律:安培力(感应电流的结果)就是阻碍外力F作用(产生感应电流的原因),即“来拒去留”.这样理解楞次定律会快捷许多.

(3)楞次定律也是能量守恒定律在电磁感应中的体现.赵凯华、梁灿彬先生所著的《电磁学》中都持有这样的观点:阻碍就是体现能量守恒,否则永动机则成为可能[4].学生尤缺从能量观点解决此类问题的能力.图3从功能角度可理解为:力F拉动导体棒的过程就是力F做功的过程,力F对系统注入能量.一方面导体棒动能增加,另一方面感应电流流经电阻,使其发热,产生内能.此时楞次定律可理解如下:焦耳热(感应电流的结果)就是阻碍外力F做功(产生感应电流的原因),这样分析便于学生形成此类问题中的能量意识.

参考文献:

[1]刘旭佳.高中物理理论探究教学模式的研究[D].福州:福建师范大学,2010

[2]邢红军,宁成,胡扬洋.楞次定律教学的高端备课[J].中学物理教学参考,2013,(4):18-20.

[3]郭奕玲,沈慧君.物理学史[M].北京:清华大学出版社,2005:113.

[4]赵凯华,陈熙谋.新概念物理教程电磁学[M].北京:高等教育出版社,2006:176.

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