对感应电流的产生条件的探究思路的改进

麦结华

(广东省珠海市斗门区第一中学 519000)

高二课本探究感应电流产生条件的思路分别对动生、感生电动势产生的条件进行实验探究，分析现象，最后得出磁通量发生变化是磁生电的关键.这节课我对传统实验作了一些小改进和调整，通过矛盾的形成和解决突破学生的认知结构、促进学生对关键概念的形成.

一、探究动生电动势产生的条件

课本用图1的演示实验，初中时已经接触过，高中老师往往再做一次，分析磁感线方向和棒运动方向两者关系，得出导体切割磁感线可以磁生电，往往把这种电动势叫动生电动势.根据多年教学经验学生其实对“切割”的定义是非常不明确的，以为只要导体棒在磁场中运动就是切割，就能够产生电流，所以处理这部分时我把重点放在了对切割的理解.

原设想使导体棒在磁场左右，上下，前后、斜着运动，理论上可以看到电流计指针不同的偏转情况，再跟学生分析原因，学生找到运动方式不同是造成结果差异的原因，再比较这些运动方向和磁场方向之间的关系，最后得出切割的概念.但实际上实验室提供的是马蹄形磁铁和方形线框(图2)，线框较大，无论线框怎样运动都能切割到磁铁正对部位区域外的磁场线而产生电流.

那就自己动手来制作直导线吧？使长度合适的导线只在磁铁的正对部位运动(图3).实验时又发现了两个新问题：真正的匀强磁场区域很小，实际的磁感线都随形状、边缘变化而变形；导线绕了30多匝还是没法使微安表指针摆动，因为匝数和切割长度不够.多次改进后还是不行，最后还是使用实验室的线框但把磁场实验区域扩大的办法.把6个马蹄形磁铁并排加宽磁场，线框放进去后就够宽了，这时可以认为中间区域的中心部分磁场方向是竖直的，不必担心切割到外面磁场对实验结果产生影响了.这些都跟学生讨论了，并让学生演示实验时采用这个磁场区域.

实验操作表针是否摆动导体棒左右移动是导体棒不动否导体棒上下移动否导体棒斜着运动是

学生根据表格填写实验现象，发现线框动的方式不同产生的效果是不同的，动了未必会有电流产生.比对几种动的方式的差异，结合磁场方向，学生讨论出可产生成电流的都是速度面和磁场面有垂直部分，从而得出切割的定义，得到真正的动生电动势的开启方式.

二、探究感生电动势的产生条件

按照课本实验(图6))我也设计了实验表格让学生填写.

实验操作表针是否摆动N极插入线圈有N极停在线圈或线圈外某处中无N极从线圈中抽出线圈有S极插入线圈有S极停在线圈中或外面某处无S极从线圈中抽出有

实验后经过讨论学生都会发现使螺线管周围的磁场变化都可以产生电流.一般情况下，老师这时候就归纳结论，只要穿过螺线管的磁场发生变化就可以磁生电.但是我认为“穿过”二字和学生的认知还是有距离的，并非学生的能力习得.我多做了一步，把条形磁铁(如图7)横放着在螺线管上方前后左右上下移动，问学生螺线管周围的磁场(图8)是否发生了变化，学生认为在变化但这个时候电流计指针是几乎不摆动的.与刚才产生电流的实验行为比对，磁铁摆放方式不同是变量，摆放方式的差异导致磁感线是否穿进了大螺线管，从而让学生得到更深刻的结论，是穿过回路的磁场发生变化而使回路产生电流，实现磁生电.

课本用图9电路使带电小螺线管替代条形磁铁角色，学生实验探讨出改变穿过大螺线管磁场的方式：开关闭合和断开、调整滑动变阻器、小螺线管(铁芯)拔出和插入.我没有马上结束探究，多加了一步，把右边电路电源改接交流电(图10)，不动电路中其他部分，电流计指针依然发生了偏转，帮学生拓展了改变磁场的思路.

继续拓展(图11)交流电对线圈供电产生变化磁场，把不同匝数的其它线圈放在附近就可接收到这个变化磁场而实现磁生电，这就是变压器的工作原理(图12).

使用变压器给学生演示实验，第一：变压器原线圈接入交流电，看到右边线圈相连的电流计指针是偏转的(图13)，再把电流计换成灯泡，看到灯泡亮了，学生觉得非常有意思.第二：电源改接直流电，让学生猜测灯泡是否会亮，学生均表示不会.是因为没有磁场吗？一部分学生先说是，反应过来后说是有磁场但磁场没有变化，我把直流电的每一个电压都正常接通了一次，灯泡果然不亮.接下来我把直流电压的旋钮快速转动几圈，灯泡居然亮了.学生都瞪大了眼睛，为何恒定磁场也可以感应出电呢？让学生观察操作差异引起的结果差异，学生发现了玄机，原来是快速改变电压(图14)使磁场突变感应出电了.

三、归纳总结

把动生、感生电动势产生条件进行比对：切割使回路形状发生变化，这个形状可以用面积S来表述.感生电动势产生是回路中磁场B在变化.如何把两个看似毫无关联性的原因归结到一起呢？有没有可能各自反映了一个事物的不同表象呢？能找到一个物理量把它们都包含到一块去吗？学生踊跃思考，最后都指向了磁通量这个概念，最后得出磁生电的关键是过程中以各种方式伴随着磁通量发生变化(图15).

原来磁通量发生变化是磁生电的关键！如果磁场B与面积S之间有夹角，磁通量怎么计算？图16中的线圈一直在转动，与磁场夹角一直在变化，磁通量一直在变化，是不是电流就一直在生成？能验证一下吗？展示交流发电机，让学生观察线圈、磁场、手柄的作用,随后摇动手柄带动线圈转动灯泡真的亮起来了(图17)，学生在下面发出阵阵欢呼.

通过这节课使学生深刻理解磁生电的各种方式，初步尝试透过纷繁的表象找寻事物背后深层次原因的思维方式.探究过程让学生自己总结规律形成概念，体现了学生为主体的现代教学思想，实验思路的拓展也是对学生现有知识结构的突破.变压器和交流发电机的演示既是对电磁感应现象的有力辅助，也是对3-2课本后面章节的联结，突破教材之间的界限.这一个探索过程对教师和学生都是一个很好的提升过程.