演示实验“探究影响通电导线受力因素”的教学策略研究

◎ 赵茶莉

磁感应强度是电磁学的基本概念，是在学习了“磁场和磁感线”后对磁场更深层次的认识，是研究电磁感应的基础，由于磁场看不见、摸不着，无法感知，比较抽象，从而形成教学难点。因此在课本中用类比电场强度的定义方法定义磁感应强度，安排了如下演示实验。

接通电流，通过导线的摆角来表示导线受力的大小，电流的大小用电流表测量，导线的有效长度等效于磁铁的宽度。实验采用控制变量法研究导线在磁场中受到的力与哪些因素有关。

一、对教材中实验的思考

1.教材用“有电流通过时，导线将摆动一定角度。通过摆动角度的大小可以比较导线受力的大小”，导线摆的角度大小实际难以准确测量，测得的数据误差太大，实验过程无法呈现严谨的科学态度，实验结果难以令人信服。

图1 在匀强磁场中探究影响通电导线受力的因素

2.导线通电时受力摆动，位置会发生很大变化。增大电流或增加磁铁时，导线甚至会从蹄形磁铁内部偏离出去,实验测定的不再是原位置的磁感应强度。当导线从蹄形磁铁内部偏离出去时，多次实验位置的磁场发生了变化。

3.通电瞬间，导线立即摆动，需要很长时间才能稳定下来，力的大小短时间内不易测定，给实验操作带来不便。

二、实验改进方案设计历程

1.磁场不变问题的解决

力的大小的测定较为简单的方法就是平衡法，且要兼顾平衡时通电导线所在位置磁场不变，所以设想用安培力的平衡力把通电导线拉回到初始的平衡位置，这样就可以在磁场不变的情况下，分析通电导线所受安培力与电流大小以及导线长度的关系。

2.通电导线在磁场中受力的定量测定

力的大小的测量在高中阶段学生较为熟悉的就是弹簧秤，但教材实验中安培力很小，弹簧秤不能准确地测出。怎样测出一个较小的力成为此实验的难点。我们设计了用质量相等的曲别针等效做砝码，用带滑轮的长木板将水平拉力改为竖直拉力，将磁场中的通电导线拉回平衡位置时的拉力就可以通过曲别针的重力等效测出。

实验表明：当通电导线与磁场方向垂直时，它受力的大小：F∝IL

写成等式为：F=BIL

式中B为比例系数。B=，是反映磁场强弱的物理量

三、对改进后实验的思考

1.由于安培力很小，所以在电流很小，有效长度很小时，棉质细线会有少许的影响，所以在实验时细线短一些效果较好。

2.对定量测量安培力的大小的思考：不同的曲别针的质量有微小的差别，有条件的学校可以利用力传感器直接测量。

3.实验电流较大时，电池长时间放电会导致电流减小，所以做实验要快。

四、本实验的教学策略

1.实验设计在教师的引导下，学生以小组讨论，从实验目的出发，到实验方法，到实施策略，再到形成方案，遵循提出问题—解决问题—发现问题—再解决问题—形成最终方案的流程，引导学生体验科学家的思维历程。

2.影响磁场对通电导线的作用的因素较多，在诸多影响因素中，学生通过控制变量法，探究通电导线在磁场中受力的因素，厘清作用力与物理量值关系和空间关系，找到物理规律，利于提高学生的探究意识和实验能力。让学生通过自己读取数据，享受实验过程的成功和乐趣，培养学生的科学态度和情怀。

4.对课堂演示实验的思考：设计理念符合学生的认知水平，突出本次实验的重点，尽量不增加学生新知识为前提(如励磁线圈中的匀强磁场)。

五、结语

在磁感应强度概念的建立过程中，与学生一起重走科学探究之路，找寻探究方法，体验探究过程，形成物理概念。体会物理学科对于看不见，但真实存在物质的研究方法，使学生对磁场由感性认识上升到理性认识。同时将物理的思想方法和科学态度贯穿其中，培养科学思维，提高科学素养，实现科学育人。