汪银山：浅谈电磁感应现象的教学

汪银山

摘要：电磁感应现象是电和磁联系的重要一环，而且是各类发电机最重要的工作原理。正确地认识和理解电磁感应现象以及产生感应电流的条件是教学的重点和难点。教学中，要充分调动学生的积极性，引导学生大胆探究磁生电的条件。通过大量的实验探究，让学生体会科学探究的艰辛，培养学生交流合作意识，培养他们敢于从失败中总结经验，不怕困难、不折不挠的科学精神。为了使学生更好地理解电磁感应现象，对这部分内容进行适当的拓展是很有必要的。如何做好演示实验，使实验现象更明显，需要教师认真思考。

关键词：电磁感应现象感应电流法拉第发电机

电磁感应现象的发现揭示了电与磁的联系，其在电磁学知识体系中有着突出的地位。结合多年的教学经验，本文做如下探讨。

一、科学探究：感应电流的产生

为培养学生的科学文化素养，可简单介绍发现电磁感应现象的背景、内容及其重大意义。我认为，这节课教学的难点是引导学生设计实验方案。很多教师在处理这节内容时会这样安排：先展示发电机的模型、介绍其基本结构;然后用手摇发电机让灯泡亮起来，并请大家思考导体在磁场中做怎样的运动才能产生感应电流;接着做一些演示实验并进行归纳总结。学生在教师的“循循善诱”下得出实验结论。而在课堂上，学生仅仅是看教师做实验，这是不行的，教学效果差。为激发学生的学习兴趣，我认为分组实验很有必要。

怎样利用磁场产生电流呢？

首先，教师可以和学生一起探讨实验方案。思考实验需要的器材，如电池、开关、马蹄形磁铁、线圈、螺線管、铁芯、电流表（计）、滑动变阻器、灯泡等。教学时先抛出第一个问题：实验时电路是否要闭合？这个问题很容易回答，如果电路是断开的，即便有电流产生我们也无法检测到。接着抛出第二个问题：如何检测回路中是否有电流产生？接入一个小灯泡，通过灯泡亮不亮来判断合适吗？大家通过讨论得出结论——不合适（教师适当加以引导）。如果产生的电流太小，而灯泡的实际功率比较小的话，灯泡可能不发光。因此，串联一个灵敏电流计效果会更好。

实验的雏形方案设计完毕后，就可以演示法拉第最初的实验了：先将导线接在电流表上，放在磁场中，发现电流表指针没有任何偏转;随后，改用匝数较多的线圈继续实验，电流表指针仍然没有发生偏转。演示实验结束后，可以让学生扮演法拉第的助手这一角色试着提出一些建议，并说说理由。如果有困难的话，可以引导学生从能量的角度来思考这个问题——如果利用磁能够生电，就一定有电能产生，是什么能转化成电能呢？是磁能？还是机械能？是机械能！也就是说，是不是要让磁铁或者闭合线圈动起来呢？通过讨论我们将实验方案大致罗列一下：在磁铁上缠若干圈漆包线，让其一起动起来;只移动磁铁，线圈不动;只移动线圈，磁铁不动。由于时间有限，第一个实验可安排为演示实验，结果发现电流计没有发生任何偏转，回路中没有电流产生。这是因为线圈匝数太少了，还是因为磁场不够强？增加线圈的匝数、换用磁性较强的磁铁后仍没有任何变化。实际上，法拉第最早就是这样研究的，结果发现无论怎么做都没有电流产生。

教学时，可让学生分组进行探究实验，每组4～6人。由于课堂时间有限，建议将几个小组再分成两大组，第一大组只移动线圈，第二大组只移动磁铁。那线圈和磁铁可以怎样运动？将同学们讨论的结果大致罗列一下：可以上下运动;可以左右运动;线圈可以在磁场中转动起来，或者磁铁在线圈里转动。学生完成实验后一起讨论，并请小组代表汇报自己小组的做法以及相应的实验现象。汇报完毕后大家进行归纳总结：

线圈上下运动，电流计没有偏转;

线圈左右运动，电流计发生偏转;

线圈转动，电流计发生偏转。

……

教学中“切割”二字不要轻易说出来，要引导学生说出来。由于磁感线本身就是人们为便于研究而引入的不存在的假想的曲线，所以想理解“切割磁感线运动”就更困难了。事实上，切割磁感线运动是为了方便而引入的一种说法，究其本质，还是磁通量发生了变化。让学生正确理解电磁感应现象尤为重要。以2015年安徽省中考题第5题为例进行分析：题目中提到了动圈式话筒，问这种话筒应用的原理是___________。

结合多年教学经验，我相信会有相当一部分学生写“切割磁感线”这个错误的答案。

这是因为课本上只提及了一种电磁感应现象，所以学生对电磁感应的理解有局限性。还有没有其他产生感应电流的情况呢？如果教学中不进行适度延伸，学生就容易出现上面的错误。为了加深学生对电磁感应现象的理解，只有教材中的实验（见图a）是不够的，教学中有必要演示其他类型的实验。比如磁体跟线圈做相对运动（如图b所示）;通电线圈跟闭合线圈做相对运动（如图c所示）。但是，关于电磁感应现象的本质问题无须过多介绍，以免增加学生的学习负担。

二、发电机工作原理

发电机是这样一种设备：工作中，通过外力驱动使线圈或磁体发生转动，将机械能转换为电能。发电机在生产、生活中有着广泛的应用，但其基本工作原理都是电磁感应定律。教学中，我们主要介绍交流发电机的工作原理。首先可结合挂图或者模型去介绍其基本结构;随后可以让学生自行阅读课本并思考线圈中的电流方向为什么会不断发生改变。由于这部分内容对立体感要求较高，不易于理解，教师可以借助三维动画演示交流发电机的工作机制。

在发电机工作过程中线圈转动快一些，产生的电压高一些，接入的灯泡会亮一些，学生有可能会注意到这一现象（教师可适当加以引导），这里无须解释，可让学生课外自主探究。在发电机工作原理知识的教学中，教师可引导学生从以下几个方面跟电动机进行适当的对比，如结构特点、工作原理、能量的转化等。

三、生活中的电磁感应现象

电磁感应原理可用于很多设备和系统，其中包括发电机、变压器、电磁炉、电磁感应灯、充电电池的无接触充电、磁浮列车等。对于这部分内容的教学，教师无须过多地介绍，为激发学生的求知欲望，举一到两个例子进行讲解即可。

以电磁炉为例，电磁炉的炉面下方有一个线圈，当有交流电通过线圈时会产生交变磁场。我们把金属器皿放在上面时，处在交变磁场中的金属器皿其内部将会出现旋涡电流，旋涡电流的热效应使其温度升高，从而实现加热。在电磁炉内附有温度控制器，可以防止电磁炉过热，这样不仅省电而且安全。

以手机的无线充电技术为例，无线充电技术是指将手机直接放在充电板上无须接线就可以对其充电。这是因为充电板上有一个线圈（送电线圈），通入交流电后，线圈周围就会产生变化的磁场。手机上也有一个线圈（受电线圈），该线圈处在变化的磁场中，就有感应电流产生，从而进行充电，其工作机制和变压器的原理非常相似。

探究过程本身就是一种学习。经过这节课的学习，学生应能够正确地认识电磁感应现象，知道什么情况下才有感应电流产生，能体会到感应电流产生的同时也伴随着能量的转化。考虑到初三学生的认知水平，以及切实减轻学生的学习负担，我认为初中阶段没有必要深入地去研究电磁感应现象的本质，但是适当地拓展和介绍相关知识还是很有必要的。

参考文献：

[1]义务教育物理课程标准实验教科书编写组.义务教育教科书物理九年级全一册[M].上海：上海科学技术出版社，2013.

[2]义务教育物理课程标准实验教科书编写组.物理教学参考书九年级[M].上海：上海科学技术出版社，2013.

[3]景泽强.初中物理实验教学指导书[M].北京：教育科学出版社，2010.

[4]贾起民.电磁学第二版[M].北京：高等教育出版社，2000.

责任编辑：唐丹丹