磁如何生电——电磁感应现象及应用实验探究活动设计

◆哈尔滨市奔赛中学 暴 雷

一、探究目标

让学生知晓磁场变化能在闭合回路中产生电流，知道这种现象的名称，并通过探究实验了解产生感应电流的条件。学生通过对“磁生电”的研究，体验科学探索中科学思想的重要作用，体会物质世界的多样性和统一性，了解电磁感应现象以及感应电流产生的条件，体验科学知识在生活的应用。

二、探究重点和难点

感应电流产生的条件与应用，感应电流的成因由表象结论到本质结论的内化。

三、探究方法

演示法，讨论法，实验法。重点采用问题链的形式启发学生，通过质疑、合作、交流突破疑难点。

四、探究工具与技术

特斯拉线圈、日光灯、发光二极管、法拉第线圈、条形磁铁、电流表、电池组、小磁针及手机。运用手机App“phyphox（物理工坊）”分析感应电流磁场。

五、探究步骤

（一）通过演示实验形成基本的“电磁感应”概念模型并提出问题

通过演示实验导入课程，帮助学生观察并感知实验现象。转动电风扇叶片发电，帮助学生在脑海中建立基本的电磁感应模型，对下一步进行合理的假设起到引导作用，培养学生通过实际情景形成理想模型的抽象思维。

图1 演示特斯拉线圈点亮日光灯

图2 演示手摇电风扇叶片点亮灯泡

1.播放法拉第发现电磁感应现象故事中的节选视频，引导学生感受发现电磁感应现象背后的艰辛历程。

2.学生开展实验，探究产生感应电流的条件。

（1）提出“问题链”，选择合适的方案

①根据以往的知识和刚刚建立的模型，对如何能产生感应电流、需用什么器材开展探究。

a.学生活动：学生分成若干组，每组经讨论形成假设，并对可行方案进行展示。

b.教师活动：将不同的实验分配给不同的学生小组，让其分别进行设计和实验。

②如何验证产生了感应电流？

a.学生活动：探究电磁感应产生的条件——磁通量的变化，并通过感应电流的磁场突破难点。运用手机App“phyphox（物理工坊）”探测感应磁场，将定性分析转为定量分析。

b.教师活动：回归最初科学家们发现磁生电现象的方法——产生感应磁场，同时为楞次定律中的难点——感应电流产生的磁场这一“媒介”进行铺垫。若实验现象不明显，可组织学生思考其原因，并探究实验的改进方案。

（2）自主设计方案，探究感应电流的产生条件并设计表格

①辨别学生设计实验方案的科学性和可操作性，并设计合适的实验表格。学生在教师的引导下进行分组实验，填写表格。选取一组具有代表性的学生实验，在多媒体上投影播放，让全班同学观看。

图3 学生自主探究感应电流的产生条件

②引导学生根据探究现象总结出“表象”性结论——“变化的电流、运动的磁铁可以产生感应电流。”

③学生得出结论——“变化的电流、运动的磁铁可以产生感应电流。”教师质疑：“变化的电流和运动的磁场本质上是磁场强弱的变化，是否可以理解为磁场强弱的变化在闭合回路中就可以产生感应电流？”学生思考。

（二）展示电磁感应现象的应用

学生1：手摇电风扇叶片，导体框在磁场中转动，导体框切割磁感线运动产生感应电流。

学生2：导体框在磁场中转动，框内的磁通量发生变化，产生感应电流。

学生活动：观看三峡大坝发电站发电原理的视频，了解电磁感应现象的应用。启发学生再次思考，找出生活中的电磁感应现象并解释原理。

六、探究创新点

（一）演示特斯拉线圈点亮日光灯、手摇电风扇叶片点亮灯泡等实验，对学生起到良好的示范作用。

（二）利用phyphox软件将定性分析实验改为定量分析实验，帮助学生对感应电流的认知由感性思维上升到理性思维。

（三）问题链的设置具有一定的逻辑性，让学生能跟随教师的思考方向进行分析，设置的开放性问题有利于激发学生的发散性思维。

七、反思与提升

该活动方案能让学生形成对问题的独立见解，培养学生的科学思维、科学精神和社会责任感，提高学生的科学实验能力和探究能力。

此外，还可以在分组实验中加入导体棒切割磁感线运动的实验，让学生对所学知识理解得更加透彻。