《探究感应电流产生的条件》教学设计

张娇

摘 要：从初中的切割实验出发，通过不断的猜想、实验、检验，最终获得从单一现象得到普遍规律的思维方法。

关键词：磁通量；探究；感应电流；磁生电

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2015）11-0075-3

1 引出磁生电的历史

师：电能生磁，磁能生电吗？确信吗？

师：是的，现在磁生电已经广泛地应用于我们的生活中，我们可以毫不迟疑地说：磁能生电。但在一百多年前，奥斯特刚发现电能生磁，在没有任何磁生电的实例下，几乎所有的科学家都确信磁能生电。为什么科学家会有如此直觉呢？因为科学家们坚信物理有对称美。有着如此明确的目标，按理说应该很快能找到磁生电的实例，但最早发现的法拉第也用了十一年的时间。这又是为什么呢？

师：因为电生磁没有条件，磁生电却是有条件的。

2 明确研究对象

首先我们来看看磁生电中的电指的是什么？ 生：电流。

师：电流要形成首先要满足的是闭合回路。那么是否闭合回路放在磁铁旁边，就能生电呢？

生：不会。

3 利用典型情境，提出猜想

师：我们能不能具体举一个磁生电的实例？回忆初中的切割实验（如图1）。

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图1 切割实验

我们由此得出的结论是：只要闭合回路的部分导体在切割磁感线，闭合回路中才会产生感应电流。那这个因果关系找对了吗？会不会有问题？

我们先看一段视频：“公交搞笑刷卡”。（描述的是一姑娘用屁股刷卡，紧跟其后的小伙也不停地刷屁股，但被司机臭骂）

我们现在来找找这个导体棒在切割的同时，有没有伴随着别的事情发生，是不是这件别的事情才是导致产生感应电流的条件？

生：……

点评：由于受切割影响太深，学生眼中只看到切割。从这幅图，看到什么现象？棒在运动，同时伴随着什么？闭合回路面积变化！提示1——要关注对象：既然是磁生电，肯定与闭合回路及磁有关。在说的时候要同时关注这两个对象。提示2——演示在没有磁的情况下，面积改变有感应电流吗？提示3——进行类比，将磁比做雨，当线框的面积变化时，伴随着什么？

生：闭合回路中磁通量发生改变。

师：在刚才那个实验中到底是因为部分导体运动、部分导体切割、有磁通过的闭合回路的面积变化了、还是因为磁通量发生改变了才导致的？

点评：结论得出有两种方法，一种是找到尽量多的实例，通过概括、归纳得到结论，这种方法需要实例比较全面典型。（而能否全面典型，对学生自身而言具有偶然性，对老师设计课堂而言，就太刻意）一种是在已有现象中猜想归因，并设计实验验证，如果不能验证则重新猜想归因、验证（随着实验现象的增多，归因可以利用比较共同点、不同点进行归纳总结，也就趋向于第一种。由于它是通过少数现象得到规律的，所以对提高学生的猜想能力、抽象概括能力、逻辑判断能力都有很大帮助。同时由于设计实验具有方向性，对提高学生的实验设计能力也很有裨益）。（第二种更类似科学家的研究，一开始实验现象并不是很全面，随着猜想、设计增多，猜想会更接近于真实，不管哪种结论得出后都不仅要解释已有现象，并预言新的现象，并能被验证）本设计采用第二种方法。

4 设计实验：PK各种猜想

师：在刚才的典型实验中，各种猜想都能成功解释感应电流的产生，要想找到真正的条件，需要设计一个实验，这个实验要有你无它，即磁通量在变，但没有切割的；或有切割但磁通量却没变的。然后，我们看看感应电流有没有产生？

学生设计实验：不切割，减弱线圈中的磁场（图2）。

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图2 设计实验

师：刚才没有切割，只有磁通量变，也有感应电流产生，说明什么？

生：说明磁通量变，是产生感应电流的条件。

师：我们凭这么一个实验是否就可以将切割生电这个结论排除？

1930年，德国出版了一本批判相对论的书，书名叫做《一百位教授出面证明爱因斯坦错了》。爱因斯坦闻讯后，仅仅耸耸肩道：“100位？干嘛要这么多人？只要能证明我真的错了，哪怕是一个人出面也足够了。”

在科学面前，任何一个结论与规律，容不得有一个反例的存在。如果存在，这个结论就是不完善的，它必须被修正，或被更优的结论与规律取代。

师：那么在刚才这个实验中，磁通量变化能成功解释感应电流的产生。能不能就说磁通量的变化就是产生感应电流的条件呢？

生：一个反例的存在，能充分说明一个结论的问题，但一个例子符合并不能充分说明这个结论正确。要想证明这个结论正确，必须经受所有实验的考验。

师：也就是说，原来所有切割能解释的实验，用磁通量变化也必须能解释。不仅如此，根据磁通量变化，我们可以设计一些原来没接触过的实验，实验结果与预测要吻合。只有经过这些考验，这个结论才能被大家接受，直到有例外发现，它才会被修正或被更新的结论取代。

5 对结论的检验

（1）初中典型实验：条形磁铁插拔线圈。学生用磁通量变化成功解释。

（2）学生设计不同实验：磁变、面积变、线圈与磁场的角度变。教师利用励磁线圈演示。

（3）学生利用双螺线管、滑动变阻器预测并实验验证。

（4）习题（图3、图4）

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图3 习题1

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图4 习题2

学生判断，教师实验验证。

6 对切割的修正

当某一结论有一反例存在时，需要对它进行修正，或者用新的理论替代。刚才我们用的是替代，那么能否对切割进行修正，成为特定情况下的结论呢？请辨别下列的正误：

（1）闭合回路的部分导体切割，一定会产生感应电流。

生：切割会使面积变，如果同时伴随着磁场变，若一个变小，一个变大，最终磁通量不变，不会有感应电流。

（2）若磁场不变，闭合回路的部分导体切割，一定会产生感应电流。

生：错误，如习题1。

（3）整个闭合回路在切割磁感线一定没有感应电流。

生：错误，如习题2。

可见，在判断有无感应电流时，看切割与否是不可靠的，我们只能看磁通量有无变化。

（下转第79页）

（上接第76页）

7 切割的意义

既然初中所学的切割不能做为产生感应电流的条件，为什么初中要学习切割？

师：因为切割与磁变是产生感应电流的两种具体方式，这两种方式的本质是有区别的，在以后学习了动生和感生两种方式以后，我们对它们会有更深刻的理解。

8 课后反思

（1）在判别上：若磁场不变，仅闭合回路的部分导体切割，一定会产生感应电流。采用的习题1实验，如果用首尾相连的等效导体棒来看的话，其实并未在切割。那么它属不属于初中的切割情况呢？笔者认为，对于初学者来说，用等效思想为时过早，学生的理解是确有部分导体切割，没有必要把这个切割修正为等效导体棒的无切割。这个在学习感生之后学生的理解自然会到位。

（2）在推翻上：只要闭合回路中部分导体切割磁感线，闭合回路中就有感应电流，也可利用线圈放在励磁线圈中不动，改变励磁线圈中的电流从而改变线圈中的磁场强弱从而使线圈产生感应电流，说明不一定要切割才有感应电流。这个实验立马能说明切割并不全面，需要补充情况。这种方式，对学生得到结论来说思维难度很低。但难度过低，对学生得到知识来说很容易，但对提高思维层次来说几乎没有作用。在科学发展上，能有这么明摆着的两个实验让你总结归纳吗？所以如何在已有的实验现象中，根据初步猜想得出的结论，设计出新的实验，是学生最需要学习的方法。在此基础上证明结论，或有新的发现，通过修正完善原有结论或重新猜想设计实验，趋向正确的结论，使得学生在这个过程中充分经历并学会如何猜想，如何验证，如何得到结论。

（3）最后学生通过所学的结论，能够准确的分类，并设计出实验进行验证，进一步巩固了在课堂中所学的方法，也落实了知识的理解。

参考文献：

[1]钟俊敏.将探究性学习落实在课堂教学中[J].物理教学探讨，2012，30（3）：30—33.

[2]王京穆.探究感应电流的产生条件教学设计[J].物理教学探讨，2012，30（7）：66—68.

（栏目编辑 邓 磊）