《探究感应电流的产生条件》教学实录与评析

石善菲+杨泰金

《探究感应电流的产生条件》是高中物理新课程选修3-2第四章第二节的内容，属于电磁学的核心内容之一，在本册教材中起着承前启后的作用，是学生今后学习法拉第电磁感应定律、楞次定律和交变电流产生的基础。本节内容通过探究实验的方法归纳出“磁生电”的规律，揭示磁与电的内在联系。

一、魔术引入，悬念激趣

师：正式上课之前，老师请同学们欣赏一个魔术表演。这里有3个纸杯，一个宝贝物件，老师需要一位助手，谁拿到老师抛出去的小熊，谁就来当助手，好吗？

生：好！

师：这位同学，请你上来。现在请你将这个宝贝物件藏在任意一个纸杯下面，老师来寻找。（背向讲台，面向全体学生）好了，老师试一试能否感应到它？小助手，请你站起来，伸出双手，闭上眼睛，心里默念宝贝物件所在的位置。很好，现在老师已经知道宝贝物件所在的地方了。（打开藏有宝贝物件的纸杯）

生：哇！老师好厉害！

师：老师没有翻开杯子就找到了宝贝物件，这是怎么回事呢？

生摇头表示不知道。

师：（拿起宝贝物件，吸住铁片）其实，这个宝贝物件是一块磁铁，（解开手套，展示藏在手套里面的线圈）这是一个线圈。当线圈遇到磁铁时就产生了感应电流，这就是这个魔术的秘密。那么，利用磁场，如何才能产生感应电流呢？今天，我们通过实验来探究感应电流产生的条件。

【评析】魔术表演一来可以激发学生的好奇心和求知欲，二来为后面揭示实验原理作铺垫。

二、分组实验，合作探究

师：这个实验涉及利用磁场在回路中产生感应电流。接下来请3组同学分别用下面的实验器材（如图1）设计实验方案。第一组的实验器材有蹄形磁铁、灵敏电流表、一根导体棒、两根带有鳄鱼夹的导线，第二组的实验器材有条形磁铁、灵敏电流表、一个线圈、两根带有鳄鱼夹的导线，第三组的实验器材有电源、开关、滑动变阻器、灵敏电流表、一大一小两个线圈以及若干导线。请各小组讨论后设计实验方案，思考问题：如何连接形成电流回路？然后画出电路图。再想一想，如何做才能产生感应电流？最后将装置图补充完整，并标注操作示意。

师在黑板上贴装置图，生做实验。师巡视指导。

生在黑板上画实验装置图，同时标注操作示意。（如图2）

实验结束。

师：我们采访一下第一组的同学，你们如何操作？

生：切割磁感线时产生感应电流。

师：做得好！请问第二组的同学，你们怎样操作产生感应电流呢？

生：将磁铁插入或移出线圈时产生感应电流。

师：现在请第三组的同学说一说你们是如何操作的？

生：闭合开关或断开开关的瞬间、移动滑片的瞬间、将小线圈插入和拔出大线圈时，均可产生感应电流。

师：很好！老师注意到第三组的同学发现了多种产生感应电流的方式。

【评析】学生通过自主探究实验，培养了动手能力和团结协作的精神，同时体会到了获取知识的喜悦。执教老师让学生分组完成实验，节省了教学时间。

三、师生共研，提出质疑

师：同学们在实验中找到了多种产生感应电流的方法。现在，我们一起来讨论这些实验方案的异同点，找出产生感应电流的普遍原因，也就是产生感应电流的条件。我们先从两个方面来讨论：一是磁场和回路，二是有电流时和没有电流时实验操作的共同点。

师：我们先来看磁场。第一组实验用的是谁的磁场？

生：蹄形磁铁的磁场。

师：第二组实验呢？

生：条形磁铁的磁场。

师：第三组实验还是磁铁吗？

生：不是。

师：那是谁产生的磁场？

生：电流产生的磁场。

师：正确！电流能够产生磁场。我们再来看实验操作过程。第一组实验如何操作呢？

生：切割磁感线。

师：是的。用导体棒切割磁感线，回路发生了变化。

师：第二组实验如何操作？

生：移动磁铁。

师：也就是回路处的磁场发生了变化，对不对？

生：对。

师：我们来看第三组实验，闭合或断开开关，移动滑片，这些操作我们并没有改变磁场和回路的位置，却产生了感应电流。我们移动滑片，改变了什么？

生：电流。

师：改变电流也就改变了什么？

生：磁场的强弱。

师：对。改变电流会改变回路处的磁感应的强度。

师：我们再来分析第一组实验。假如导体棒不动，还能产生感应电流吗？

生：不能。

师：在第二组实验中，如果将导体棒放在线圈中不动，有电流吗？

生：没有。

师：看第三组实验，开关闭合状态下，不移动滑片，有感应电流吗？

生：没有。

师：可见，电流产生于“变”，磁场和回路，二者必然有一个发生了变化，才能产生感应电流。磁场或回路变了，就一定能够产生感应电流吗？下面，老师演示实验，请同学们注意观察。

【评析】三组实验结束后，执教老师引导学生总结不同实验的共同点，引发学生对实验结果的质疑，培养学生的问题意识和创新能力。

四、巧设实验，回应质疑

演示实验1：切割磁感线不一定能产生感应电流

师：（演示实验，如图3）在这个实验装置中，我们可以将两板间的磁場看成匀强磁场，请同学们观察电流表指针，切割磁感线，有感应电流吗？endprint

生：有。

师：一定有吗？（水平移动线圈）现在呢？

生：没有。

师：这个过程切割了磁感线吗？

生：切割了。

师：实验表明，切割磁感线不一定会产生感应电流。现在老师将线圈捏扁，改变回路面积，有感应电流吗？

生：有。

演示实验2：改变面积不一定能产生感应电流

师：一定有吗？现在老师将两板间的磁场换成蹄形磁铁的磁场（如图4），将线圈放在磁场中心处，再将线圈捏扁，改变面积的大小，有感应电流吗？

生：没有。

师：可见，改变面积也不一定能产生感应电流。

演示实验3：回路处的磁场变了不一定能产生感应电流

师：磁铁运动使回路的磁场发生变化一定能产生感应电流吗？将条形磁铁穿过线圈，有感应电流吗？

生：有。

师：一定有吗？现在老师将条形磁铁换成蹄形磁铁，依然将线圈放在磁铁中心，让线圈沿着轴线向下运动，有感应电流吗？（如图5）

生：没有。

师：可见，磁铁运动使回路处的磁场发生变化也不一定有感应电流。

演示实验4：电流的磁场变了，也不一定能产生感应电流

师：电流的磁场发生变化，就一定有感应电流吗？老师用第三组同学做实验的器材线圈现场绕制试一试。第一种绕法是用一根线绕固定一端，按同一方向绕完，然后接到电路中，同学们注意观察电流表的指针。闭合开关，有感应电流吗？（如图6）

生：有。

師：移动滑片，有感应电流吗？

生：有。

师：断开开关呢？

生：有。

师：现在老师换一种绕法，用两条线一起绕，先将两条线对折，然后同时绕，重复刚才的实验操作，闭合开关会怎样？

生：没有电流。

师：移动滑片呢？

生：没有电流。

师：断开开关呢？

生：也没有电流。

师：我们通过实验发现，用第一个线圈可以产生感应电流，用第二个线圈不能产生感应电流。可见，电流的磁场发生变化，也不一定能产生感应电流。

【评析】学生自主完成实验后，对实验结果产生了质疑，接着执教老师设计了4组演示实验，回应学生的质疑。通过师生间的多次实验问答，学生对感应电流产生条件的理解加深了，这是指向物理学科核心素养的教学创新，也是本课教学最大的亮点。

五、画线分析，凸显本质

师：通过实验，我们得出结论，电流生于“变”。这里的“变”，本质上指的是什么？

师：我们进一步分析发现，无论哪一种实验方案，电流的产生都需要磁场。刚才我们演示的3组实验，虽然磁场或面积发生了变化，但没有产生电流。请同学们在实验报告上画出以下几种情况的磁感线分布，看看能否找出共同点？（如图7）

师：同学们画得差不多了，我们一起来分析。图A是蹄形磁铁的磁感线，图B是电流产生的磁场。同学们，你发现双线绕法和单线绕法的不同之处吗？

生：双线绕法有反向的电流。

师：这相当于两个电流流向相反的螺线管，所以，产生的磁场有向上的，也有向下的。图C是一个匀强磁场。回头看图A，我们将蹄形磁铁向下移动，穿过线圈的磁感线有什么特点？

生：磁感线穿进又穿出。

师：虽然磁场变强了，但是磁感线穿进又穿出，等效没有穿过回路。看图B，移动滑片，电流变了，磁场变了，穿过线圈的磁感线有什么特点？

生：反向电流的磁感线抵消了。

师：电流方向相反，磁感线向上和向下的条数刚好相等，等效于没有磁感线穿过线圈。看图C，水平移动线圈，穿过线圈的磁感线如何变化？

生：不变。

师：所以，这3组实验操作有什么共同点？

生：磁感线条数不变。

师：之所以没有产生感应电流，是因为磁感线的条数恒为零或不变。

我们再来看这3组能够产生感应电流的实验，请同学们画出磁感线，思考磁感线分布的变化。（如图8）

师：请这位同学来说一说，当导体棒向右移动时，回路中磁感线有什么变化？

生：变少。

师：将磁铁向上移动，磁感线条数有什么变化？

生：变少。

师：将滑片右移，减小电流，回路处的磁感线条数有变化吗？

生：变少。

师：我们发现，尽管方法不同，但穿过回路的磁感线条数都减少了。因此，我们可以得出结论：感应电流的产生是因为磁感线的条数发生了变化。磁感线的条数就是什么？

生：磁通量。

师：通过实验，我们知道，无论采用什么方法，只要穿过闭合电路的磁通量发生了变化，回路中就产生感应电流。因此，我们可以得出感应电流产生的条件：只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就有感应电流。endprint

【评析】执教老师总结3组探究实验和4组演示实验的“本质”特点，放手让学生画磁感线，并找出产生感应电流和无法产生感应电流的异同点，最后归纳总结得出实验结论：产生感应电流的条件是闭合回路中的磁通量发生变化。

六、回顾历史，培植情感

师：今天，我们站在巨人的肩膀上，花了不到一节课的时间，通过实验探究得出了产生感应电流的条件。但在历史上，科学家们得出这个结论却经历了漫长而艰辛的过程。1820年，丹麦物理学家奥斯特在一次实验中偶然发现了电能生磁。英国物理学家法拉第对这一发现非常感兴趣，他认为既然电能生磁，反过来，磁也应该能生电。经过10年的实验，他终于揭示了“磁生电”的秘密。另外，老师还想提一个人，他就是科拉顿。科拉顿曾试图用磁铁在线圈中获得电流，但为了使磁铁不至于影响电流计中的小磁针，特意将电流计放到隔壁的房间，将磁铁放入线圈后跑到另一间房观察电流表，但每次都没有看到指针偏转，没有发现电磁感应现象。科拉顿距离成功只有一步之遥，令人感到遗憾。我们往往习惯于在静止中思考问题，而换一个角度思考问题，有時却有意想不到的收获。

【评析】教学接近尾声，师生共同回顾奥斯特、法拉第、科拉顿的故事，使学生体会到知识来之不易，并由衷佩服法拉第善于思考、坚持不懈的科学探索精神。

【总评】

本节课从学生已有的知识经验出发，通过引导学生自主学习、探究实验、提出问题、协作交流，让学生主动构建知识体系，体现了“探究—建构式生态”教学模式。

教学中，执教老师改变了传统教学的做法，在3组实验结束后，引导学生总结不同实验的共同点并趁势追问：回路的面积或回路处的磁感应强度发生变化，一定能产生感应电流吗？引发学生对实验结果产生质疑。这正是培养学生的问题意识、创新能力的有效途径。至此，学生就会提出问题：产生感应电流的根本原因是什么？在这个思维冲突的节点上，执教老师设计了4组演示实验，并放手让学生画磁感线，通过多次师生间的问答，使学生加深对产生感应电流条件的理解，培养了物理学科的核心素养。

在这节课中，执教老师做到了抓准焦点、突破教学难点。例如，用双线绕制得到的线圈，通过改变电流来改变磁场的强弱，得出“磁场变化了，磁通量总为零”的结论，解决了面积和磁场的变化不是问题的核心，磁通量改变才是本质的问题。

这节课在问题生成、实验方案设计、探究行动的开展和探究结果的分析上，围绕学生知识的自主建构这一核心展开，体现了探究式学习的本质，使学生体会到了探究的乐趣。

当然，本节课也存在一些不足。比如，在演示实验2中，要求线圈刚好沿磁铁轴线方向运动，这是比较难做到的。

一节好课应该是教师能够站在高处，有的放矢地设计落实学科核心素养的教学环节，强化学生的课堂主角地位，巧妙设置能够引发学生质疑的实验，给足空间和时间让学生进行探究，在独立思考又相互合作中培养学生的科学思维和科学态度，使学生形成能够适应其终身发展所必备的品格和能力。从这个角度来说，本节课做得尤为出色。

（该课例荣获2016年南宁市中小学课程德育录像课比赛一等奖）

（责编 欧孔群）endprint