应用DIS处理“探究电磁感应的产生条件”教学难点

马新亚

(安徽省宿州市第二中学，安徽　宿州　234000)



·实验研究·

应用DIS处理“探究电磁感应的产生条件”教学难点

马新亚

(安徽省宿州市第二中学，安徽宿州234000)

在“探究电磁感应的产生条件”的教学中，传统的教学模式存在两个教学难点，即单根导线切割磁感线产生感应电流和地磁场发电，笔者利用DIS实验系统较好地处理了上述教学难点.

单根导线切割磁感线；地磁场发电；DIS实验系统

1　问题的提出

笔者在对普通高中人教版选修3-2第一章第二节“探究电磁感应的产生条件”的教学过程中，一直存在两个教学难点：(1) 在引入课题时提出：“我们在初中已经学过，当闭合电路的一部分做切割磁感线运动时，电路中会产生感应电流”，实验装置如图1所示，但学生几乎都反映，初中老师给他们讲过这个实验，并没有给他们做过这个实验；只有少数学生反映，老师做了这个实验，但切割磁感线的不是单根导线，而是多匝线圈，现象并不明显.(2) “摇绳发电”本是一个能激发学生兴趣的实验，但教材上的实验效果不理想，起不到应有的作用.本人应用DIS实验系统处理以上两个教学难点，收到了理想的教学效果.

图1

2　单根导线切割磁感线

在切割磁感线产生电流实验中，最理想的实验方案是使用单根导线，因为单导线结构最简单，最符合教材中对导体切割磁感线产生感应电流的描述，学生不存在认知困难.但由于传统实验中的灵敏电流计只能达到毫安级，指针偏转很不明显，导致实验无法完成.如图2所示，采用DIS实验系统中的微电流传感器，使用单根导线也能取得满意的实验效果.

图2

实验操作如下：(1) 让单根导线在磁场中沿水平方向做切割磁感线运动，会发现电脑屏幕上的仪表指针大幅度摆动，电流随时间变化的图像如图3所示，学生明显看到了感应电流的存在.

图3

(2) 让单根导线在磁场中沿竖直方向运动，会发现电脑屏幕上的仪表指针不动，但偶尔也会发生微弱的摆动，电流随时间变化的图像如图4所示.

图4

针对以上实验现象，引导学生讨论，分析得出以下结论：导线在磁场中沿水平方向做切割磁感线运动产生感应电流；导线在磁场中沿竖直方向平行磁感线运动不产生感应电流，仪表指针偶尔发生的微弱摆动是由于导线未能严格沿磁感线方向运动造成的.

根据记录下来的感应电流随时间的变化图像提出问题供同学们课后思考：(1) 为什么感应电流会出现不同的方向？(2) 实验中为什么感应电流的大小会不同？

3　摇绳发电

对于摇绳发电实验，笔者绕制了100匝的20cm×50cm矩形线圈,将其用胶带固定在有机玻璃板上.在学生明确“只要穿过闭合回路的磁通量发生变化，闭合回路中就有感应电流”后，笔者做了地磁场发电实验，将线圈与微电流传感器相连接，将矩形线圈平放在桌面上(如图5).

图5

向学生明确本地的地磁场近似为倾斜向下的匀强磁场，让同学猜想线圈的哪些运动方式可以在地磁场中产生感应电流？学生充分讨论后，提出以下猜想：线圈的平行移动(包括上下平行移动、南北平行移动、东西平行移动等各种平行移动)均不会产生感应电流；线圈以垂直于线圈平面的直线为轴转动均不会产生感应电流；线圈以平行于线圈平面的直线为轴转动均会产生感应电流.然后通过实验验证学生的猜想，通过实验学生深刻地理解了电磁感应的产生条件.

4　小结

通过对以上的两点教学改进，实验效果明显，体现了DIS实验系统在实验教学中的独特优越性.根据记录的图像提出问题，为下一步学习“楞次定律”和“法拉第电磁感应定律”做好了铺垫.

[1] 方文，严国柱.利用DIS探究超重、失重现象[J].物理之友,2015，31(9).

[2] 陶锡泉.验证机械能守恒定律实验的数字化改进——也谈DIS实验系统的应用[J].物理之友,2014，30(8).

[3] 黄皓燕.电磁感应中导线切割引起的稳定问题分析[J].物理之友,2014，30(4).

[4] 丁洪良.利用DIS演示模数转换原理[J].物理之友,2014，30(2).

[5] 王万林.动生电磁感应中的典型问题探讨[J].物理之友,2014，30(3).

[6] 朱建廉.由“浅”方能入“深”——基于《电磁感应现象的两类情况》的深度备课运作体会[J].物理之友,2014，30(4).