胡海飛

(浙江省諸暨市浬浦中學(xué),浙江 諸暨 311824)

眾所周知,演示實(shí)驗(yàn)作為一種教學(xué)手段在課堂教學(xué)中是無法替代的,所以它理所當(dāng)然是值得物理教師在課前認(rèn)真準(zhǔn)備和研究.筆者在講授“通電導(dǎo)線在磁場中受到的力”這節(jié)課時(shí),特地準(zhǔn)備了學(xué)校實(shí)驗(yàn)室全新引進(jìn)的J2448型安培力演示器.為了能激發(fā)更多學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣,培養(yǎng)他們的探究能力,在備課時(shí)根據(jù)教材設(shè)計(jì)好如下的實(shí)驗(yàn)方案.

(1)讓學(xué)生仔細(xì)觀察銅棒受力方向,再上下交換磁極的位置,看安培力是否改變.

(2)改變銅棒的電流方向,觀察其受力方向是否改變.

(3)增大銅棒中的電流,定性判斷受力大小是否改變.

(4)改變磁感強(qiáng)度與電流方向的夾角,觀察安培力是否改變.

筆者的意圖是想借助這個(gè)演示實(shí)驗(yàn),引導(dǎo)學(xué)生去探究安培力的大小和方向跟哪些因素有關(guān).以此來激發(fā)他們的興趣和求知欲,從而達(dá)到讓學(xué)生熟練掌握“左手定則”這條規(guī)律.

圖1

圖2

演示實(shí)驗(yàn):全新的J2448型安培力示器一套(如圖1).用J1202型學(xué)生電源作為外接電源.串聯(lián)1只滑動(dòng)變阻器用來控制銅棒中的電流大小.等連接好電路,接通開關(guān)后卻發(fā)現(xiàn)銅棒幾乎一動(dòng)不動(dòng).現(xiàn)象不明顯說明實(shí)驗(yàn)有問題,分析其原因,估計(jì)有幾個(gè)可能:可能是接觸不良.立即重新檢查了電路的接線有沒有到位,為防止大電流引起銅棒和軌道表面的氧化.重新用砂紙多次地打磨銅棒和軌道,再次接通電源,銅棒還是一動(dòng)不動(dòng).也可能是軌道不夠平整,重新調(diào)整了軌道的平整程度,接通電源后銅棒還是不動(dòng).還有可能是通電電流不夠大的緣故.為了增大電流,減小滑動(dòng)變阻器接入部分的阻值,通過銅棒的電流甚至到了電源的過載保護(hù),銅棒還是一動(dòng)不動(dòng).最后認(rèn)定可能是安培力過于“微弱”,所以根本推不動(dòng)長銅棒.趕緊換上短銅棒,再次接通電源,銅棒終于向預(yù)定的方向緩慢地移動(dòng)了.重復(fù)實(shí)驗(yàn),小銅棒真的能夠在安培力作用下移動(dòng)了.盡管實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不夠明顯,但畢竟調(diào)試成功了,筆者滿懷信心地走進(jìn)了課堂.

課堂演示時(shí),銅棒又不動(dòng)了.好在早有心理準(zhǔn)備.重新調(diào)試儀器,排除了電路接觸不良,增大了通電電流、把長銅棒換成了短銅棒一切都按著課前事先準(zhǔn)備的預(yù)案重新操作著.可結(jié)果是銅棒要么一動(dòng)不動(dòng),要么只是輕微地左右搖晃,甚至有幾次銅棒竟毫不猶豫地向著預(yù)定的反方向移動(dòng)了.面對(duì)如此得來的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,筆者當(dāng)時(shí)真是束手無策.學(xué)生們也被這個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象搞得一頭霧水,本來燥動(dòng)的教室剎時(shí)也變得格外安靜.銅棒一動(dòng)不動(dòng)或許還可湊合著解釋,它居然毫不猶豫地向著反方向前進(jìn)了,對(duì)于這個(gè)意外現(xiàn)象筆者當(dāng)時(shí)真的無法自圓其說了.意味著這個(gè)實(shí)驗(yàn)演示失敗了.筆者心里當(dāng)時(shí)真的“冰”到了極點(diǎn)！演示出現(xiàn)意想不到的情況,為了能把課繼續(xù)上下去,當(dāng)時(shí)真有這個(gè)念頭,想把失敗簡單地歸結(jié)于“儀器有毛病”、“實(shí)驗(yàn)本身現(xiàn)象就不明顯”等托辭,準(zhǔn)備“強(qiáng)行”讓學(xué)生接受“左手定則”這個(gè)結(jié)論.轉(zhuǎn)眼又意識(shí)到一直以來我們的物理教學(xué)的本身就要培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的作風(fēng),在演示實(shí)驗(yàn)的過程中也必須保證過程的真實(shí)性和結(jié)論的可靠性,課堂上是容不得筆者如此弄虛作假.如果這樣做可能會(huì)使學(xué)生對(duì)教師的能力和物理規(guī)律本身同時(shí)產(chǎn)生懷疑,這樣的課堂教學(xué)效果反而會(huì)適得其反.

筆者堅(jiān)信“左手定則”是沒問題的,實(shí)驗(yàn)時(shí)所產(chǎn)生的安培力也足以推動(dòng)那條空心的銅棒.想到這兒筆者才意識(shí)到居然忘記了一個(gè)重要主體——參與演示實(shí)驗(yàn)的還有學(xué)生.剛才筆者只是引導(dǎo)學(xué)生在看,卻忘了引導(dǎo)他們?nèi)绾稳ハ?我們做演示實(shí)驗(yàn)的目的就是為了展示物理學(xué)現(xiàn)象,去引導(dǎo)學(xué)生觀察、思考、分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,重而得出結(jié)論.筆者重新調(diào)試了儀器,再次操作,銅棒還是不動(dòng).同學(xué)們想一想銅棒不能運(yùn)動(dòng)的原因到底會(huì)出在哪里？分組討論一下,想想看還有什么其他原因可能引起實(shí)驗(yàn)失敗.是不是一切可以懷疑的的原因我們都想到了呢？經(jīng)過筆者一番鼓勵(lì),教室里瞬間活躍起來,學(xué)生們議論紛紛……“是否儀器上的有些環(huán)節(jié)還沒有考慮到”？突然有一位學(xué)生嘀咕了一下,說:“會(huì)不會(huì)儀器出廠時(shí)一不小心把未標(biāo)明磁極的磁鐵裝反了？”大家都笑了起來.那個(gè)學(xué)生爭辯道:“假如磁極裝反了,那么銅棒所處位置的磁場就不可能是N極對(duì)著S極,而應(yīng)該是N極對(duì)著N極或者是S極對(duì)著S極？如果事實(shí)的確如此,那么銅棒所處的位置磁感應(yīng)強(qiáng)度幾乎不就是等于0了？那么即使銅棒里通過再大的電流,銅棒還是一動(dòng)不動(dòng)的怪象也不足為奇了.”課堂氣氛又一次被點(diǎn)燃了.趕緊檢驗(yàn)磁鐵的磁極,發(fā)現(xiàn)果真是磁極裝反了,同名磁極相對(duì)放置,實(shí)驗(yàn)?zāi)哪艹晒Π?！調(diào)換磁鐵磁極,重做實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象相當(dāng)明顯,即使把大電流換成小電流,短銅棒換成長銅棒實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象還是非常明顯的.

“銅棒始終一動(dòng)不動(dòng)”,反而證實(shí)了兩個(gè)相對(duì)磁極之間的磁感應(yīng)強(qiáng)度幾乎為0.“銅棒為什么會(huì)朝相反的方向移動(dòng)呢？”是因?yàn)閮纱盆F的磁性有強(qiáng)弱,銅棒所處位置磁感應(yīng)強(qiáng)度不能完全相抵消.失敗的實(shí)驗(yàn)反而證實(shí)了相對(duì)磁極中垂線處合磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.學(xué)生們爭先恐后地解釋著剛才出現(xiàn)的各種實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.他們以自己獨(dú)特的方式體會(huì)了兩個(gè)同名磁極之間的磁場分布,得出了與兩個(gè)同種電荷分布的電場竟有如此相似的這個(gè)結(jié)論.后來的事實(shí)證明至少那堂課上學(xué)生們的好奇心和求知欲被徹底激發(fā)了.他們還提出好幾種連筆者也根本沒料想到的實(shí)驗(yàn)方案.“只留下一塊磁鐵,看銅棒會(huì)不會(huì)移動(dòng)？向何處移動(dòng)？”“當(dāng)磁感應(yīng)線方向與電流方向相同在同一直線上是銅棒會(huì)不會(huì)移動(dòng)(圖2)？”“大電流引發(fā)的過載保護(hù)有沒有辦法去克服？能否用超級(jí)電容器來替代學(xué)生電源……”

的確,做好一個(gè)物理演示實(shí)驗(yàn)有時(shí)真的并不輕松.有些實(shí)驗(yàn)貌似簡單,但課堂上操作起來并不能保證一帆風(fēng)順,有時(shí)甚至還得仔細(xì)考慮會(huì)不會(huì)碰到一些偶發(fā)情況.當(dāng)然教師對(duì)于課堂上由于操作或儀器本身的原因而引發(fā)的意外也不必過分慌亂.更不能為以后不做實(shí)驗(yàn)找借口.因?yàn)?有些事情我們努力了也保證不了讓它絕對(duì)成功,自然也包括我們的演示實(shí)驗(yàn).“失敗”教學(xué)本身屬于課堂教學(xué)的一部分,我們的大多數(shù)發(fā)現(xiàn)和發(fā)明都不也是建立在失敗的基礎(chǔ)上嗎？失敗從另一個(gè)方向來看或許比成功更有實(shí)際的指導(dǎo)意義.還有,一直以來我們始終在埋怨我們的學(xué)生,說他們?cè)谡n堂上不會(huì)探究物理問題,現(xiàn)在看來問題還是出現(xiàn)在我們教師身上,作為教師我們敢不敢讓學(xué)生去探究、有沒有意識(shí)和能力去引導(dǎo)他們?nèi)绾稳ヌ骄?我們也不必?fù)?dān)心課堂會(huì)不會(huì)失控,就像這堂課,由于表面上的失敗反而使教師和學(xué)生收益更多.