汪松元

摘 要：電流變化是自感現(xiàn)象的起因，結(jié)果是導(dǎo)體自身產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，自感電動(dòng)勢(shì)又對(duì)電流的變化有“阻礙”作用。這樣，電流的變化就會(huì)有特定的規(guī)律，“電流的變化”又成了“結(jié)果反作用后的結(jié)果”。高中物理教學(xué)一定要引導(dǎo)學(xué)生探究到這個(gè)層次，并且應(yīng)用這個(gè)層次的規(guī)律解決相關(guān)的問題。線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可以瞬間產(chǎn)生和突變，而線圈中的電流只能由當(dāng)時(shí)的值“緩慢”地變化，從圖像上表現(xiàn)為連續(xù)曲線，表現(xiàn)出電流的“慣性”。

關(guān)鍵詞：自感現(xiàn)象；電流的變化；自感電動(dòng)勢(shì)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2015）3-0072-2

1 困惑與思考

高中物理選修3-2《自感現(xiàn)象》一節(jié)的教學(xué)，一些教學(xué)參考用書是把自感現(xiàn)象產(chǎn)生的原因、自感電動(dòng)勢(shì)及其作用作為教學(xué)目標(biāo)，實(shí)際教學(xué)中大多數(shù)教師也是這么處理的。這樣處理固然不錯(cuò)，但是，這些教學(xué)目標(biāo)籠統(tǒng)了一些，操作性不強(qiáng)。自感電動(dòng)勢(shì)對(duì)電流變化的“阻礙”作用，學(xué)生缺乏感性認(rèn)識(shí)，對(duì)自感電動(dòng)勢(shì)反作用下電流的變化特點(diǎn)也缺乏了解。這樣的教學(xué)安排是有缺陷的，它不利于優(yōu)秀學(xué)生的學(xué)習(xí)和成長(zhǎng)。

筆者尋思，電流變化是自感現(xiàn)象的起因，結(jié)果是導(dǎo)體自身產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，自感電動(dòng)勢(shì)又對(duì)電流的變化有“阻礙”作用。這樣，電流的變化就會(huì)有特定的規(guī)律。線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可以瞬間產(chǎn)生和突變，而線圈中的電流只能由當(dāng)時(shí)的值“緩慢”地變化，從圖像上表現(xiàn)為連續(xù)曲線，表現(xiàn)出電流的“慣性”。我們的教學(xué)就得讓學(xué)生了解自感電動(dòng)勢(shì)作用下電流的變化規(guī)律。

基于這個(gè)認(rèn)識(shí)，自感一節(jié)教學(xué)，我們確定如下的教學(xué)目標(biāo)：

1）通過實(shí)驗(yàn)，了解自感現(xiàn)象發(fā)生的條件，會(huì)應(yīng)用電磁感應(yīng)的有關(guān)規(guī)律分析通電、斷電時(shí)自感現(xiàn)象的成因。

2）知道變化的電流會(huì)在自身導(dǎo)體上激發(fā)出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，在實(shí)驗(yàn)電路中能準(zhǔn)確地標(biāo)注出自感電動(dòng)勢(shì)的方向。

3）通過DISLab實(shí)驗(yàn)測(cè)繪出i-t圖線，認(rèn)識(shí)自感作用下的電流變化規(guī)律，理解自感電動(dòng)勢(shì)對(duì)電流的阻礙作用。

2 策略與嘗試

我們采用的教學(xué)策略是：

引導(dǎo)學(xué)生觀察（實(shí)驗(yàn)）—調(diào)用已有知識(shí)嘗試解釋—閱讀教科書，理解原理（達(dá)到教科書呈現(xiàn)的知識(shí)目標(biāo)）—實(shí)驗(yàn)再求證、DISLab實(shí)驗(yàn)探測(cè)自感作用下的電流變化特點(diǎn)—思考與交流、深化理解自感現(xiàn)象及其作用下電流的變化規(guī)律。

做好通電自感和斷電自感兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，兩個(gè)實(shí)驗(yàn)又分兩個(gè)探究層次。利用好教科書資源進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，學(xué)生能自學(xué)的，老師不去越俎代庖；利用數(shù)字實(shí)驗(yàn)即時(shí)記錄自感中的電流變化，提供探究支持；創(chuàng)設(shè)問題情境，形成問題鏈，為學(xué)生搭建學(xué)習(xí)探究的攀升支架。

2.1 第一個(gè)探究層次：觀察思考，閱讀理解

實(shí)驗(yàn)1，如圖1所示，S接通的短時(shí)間內(nèi)，觀察兩燈的亮度變化和亮起來(lái)的順序。電流穩(wěn)定后，觀察兩燈的亮度。S斷開的短時(shí)間內(nèi)，觀察兩燈是否立即熄滅。

提出問題：S接通的短時(shí)間內(nèi)，為什么線圈支路的電燈后亮？

S斷開時(shí)，兩燈是不是立即就熄滅了？（不能確定，人眼無(wú)法分辨。）

指導(dǎo)學(xué)生閱讀教科書，了解自感現(xiàn)象的起因、結(jié)果和規(guī)律。

通電時(shí)和斷電時(shí)，在實(shí)驗(yàn)電路中標(biāo)注線圈中的自感電動(dòng)勢(shì)方向（自感電動(dòng)勢(shì)方向規(guī)律，與電流方向關(guān)系是：“增反減同” ）。

2.2 第二個(gè)探究層次：用電流傳感器測(cè)繪出電路中電流i隨時(shí)間t變化的圖線，分析電流變化規(guī)律

在R與A1之間接入電流傳感器1，測(cè)繪i1-t圖線，在L與A2之間接入電流傳感器2，測(cè)繪i2-t圖線，得到圖2。證實(shí)由于自感作用線圈中的電流i2 只能緩慢增加。

實(shí)驗(yàn)2，如圖3所示，把燈A2短路，再次測(cè)繪，得到圖4。

問題驅(qū)動(dòng)，斷電時(shí)，R支路的電流為什么能較快地減到零？后來(lái)的反向電流是從哪里來(lái)的？燈A1的閃亮是自身正在減小的電流i1，還是線圈支路的電流i2導(dǎo)致的？ 斷電后，電流i2還維持了一段時(shí)間，它的能量來(lái)源于何處？

3 再思考

為什么要探究到自感電動(dòng)勢(shì)作用下電流的變化規(guī)律呢？

因?yàn)?，電流變化是自感發(fā)生的起因，同時(shí)產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)又反作用于起因，阻礙電流的變化，導(dǎo)致電流變化有其自身的規(guī)律性，即“電流的變化”又成了 “結(jié)果反作用后的結(jié)果”。高中物理教學(xué)應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生探究到這個(gè)層次，并且應(yīng)用這個(gè)層次的規(guī)律解決相關(guān)的問題。

如果圖3中R支路的自感弱的話，燈A1的閃亮是線圈支路的電流i2點(diǎn)亮的，它的亮度不是線圈中的自感電動(dòng)勢(shì)單獨(dú)決定的，還與回路的阻抗有關(guān)系。但是，我們可以說是電流i2決定的。線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可以瞬間產(chǎn)生和突變，而線圈中的電流只能由當(dāng)時(shí)的值“緩慢”地變化，從圖像上表現(xiàn)為連續(xù)曲線，體現(xiàn)出電流的“慣性”。由于電流對(duì)時(shí)間是連續(xù)的，我們對(duì)自感現(xiàn)象的描述和研究，考察同一電器不同時(shí)間以及不同電器同一時(shí)刻的工作狀況，電流比電動(dòng)勢(shì)更具有可比性，這里電流更具有現(xiàn)實(shí)意義。得讓學(xué)生了解自感電動(dòng)勢(shì)作用下電流的變化規(guī)律。

參考文獻(xiàn)：

[1]廖伯琴.高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)必修解讀[M].北京：人民教育出版社，2005.

[2]教師教學(xué)用書選修3-2[M].北京：人民教育出版社，2010.

（欄目編輯 鄧 磊）