(江蘇省太湖高級(jí)中學(xué),江蘇 無錫 214125)

1 引言

物理思想方法對(duì)高中物理教學(xué)的重要性是不言而喻的,然而,在高中物理教材中,很多物理思想方法都隱藏在知識(shí)背后。如何挖掘知識(shí)背后的思想方法,并把物理思想方法適時(shí)有效地滲透在物理教學(xué)過程中,已成為廣大物理教師的一個(gè)共同追求。筆者發(fā)現(xiàn),通過研讀初高中物理教材的差異，挖掘并滲透物理思想方法,不失為一種行之有效的方法，本文以安培定則為例予以說明。

2 初高中物理教材中安培定則的表述及差異

安培定則是中學(xué)物理中的一條重要結(jié)論，然而在現(xiàn)行的初高中物理教材中,通電螺線管(環(huán)形電流)的安培定則的表述,卻存在差異。

2.1 安培定則的表述

在蘇科版物理九年級(jí)下冊(cè)中,首先交代通電螺線管外部的磁場(chǎng)與條形磁鐵周圍的磁場(chǎng)相似,再闡述通電螺線管的安培定則:用右手握住螺線管,讓彎曲的四指所指的方向與螺線管中的電流方向一致,則大拇指所指的那端就是通電螺線管的N極。

在人教版高中物理選修3-1中,環(huán)形電流的安培定則的表述是這樣的:讓右手彎曲的四指與環(huán)形電流的方向一致,伸直的拇指所指的方向就是環(huán)形導(dǎo)線軸線上磁感線的方向。

2.2 兩種表述的差異

不難發(fā)現(xiàn),兩種表述在文字內(nèi)容上的主要差異有兩點(diǎn):一是研究對(duì)象不同,初中教材的研究對(duì)象為通電螺線管,而高中為環(huán)形電流;二是拇指所指方向表征的內(nèi)容不同,初中教材中拇指所指的那端為螺線管的N極,而高中教材中拇指所指的方向?yàn)榄h(huán)形導(dǎo)線軸線上磁感線的方向。

雖然初高中物理教材的表述中存在以上差異,但高中教材中就環(huán)形電流的安培定則有如下補(bǔ)充:“環(huán)形電流其實(shí)就是只有一匝的通電螺線管,通電螺線管則是許多匝環(huán)形電流串聯(lián)而成的。因此,通電螺線管的磁場(chǎng)也就是這些環(huán)形電流磁場(chǎng)的疊加。所以,環(huán)形電流的安培定則也可以判定通電螺線管的磁場(chǎng),這時(shí),拇指所指的方向就是螺線管內(nèi)部的磁場(chǎng)方向。從外部看,通電螺線管的磁場(chǎng)相當(dāng)于一個(gè)條形磁鐵的磁場(chǎng),所以用安培定則時(shí),拇指所指的是它北極的方向。”

顯然,這兩種表述并無本質(zhì)上的差別。既然如此,高中教材為何不直接沿用初中教材的表述,再補(bǔ)充說明“環(huán)形電流其實(shí)就是只有一匝的通電螺線管”？這樣豈不更為簡(jiǎn)單明了?

3 高中教材中所蘊(yùn)含的物理思想方法及滲透

仔細(xì)研讀高中教材,可以發(fā)現(xiàn)教材關(guān)于電流磁場(chǎng)的闡述,蘊(yùn)含了豐富的物理思想方法。

3.1 高中物理教材中所蘊(yùn)含的物理思想方法

關(guān)于電流的磁場(chǎng),高中教材沒有孤立地羅列幾種磁場(chǎng)各自的規(guī)律,而是

從通電直導(dǎo)線磁場(chǎng)過渡到環(huán)形電流磁場(chǎng)，再過渡到通電螺線管磁場(chǎng)。在學(xué)習(xí)環(huán)形電流磁場(chǎng)時(shí),可以將環(huán)形電流分割成無數(shù)小段,每一小段導(dǎo)線都是一段直導(dǎo)線,它們的磁場(chǎng)方向都可以用通電直導(dǎo)線的安培定則判斷得出,最后疊加形成，其中蘊(yùn)含了微元法和化曲為直的思想。而通電螺線管的磁場(chǎng),則由環(huán)形電流磁場(chǎng)疊加而成,體現(xiàn)了由少到多的疊加過程。兩次過渡,體現(xiàn)了不同磁場(chǎng)之間的聯(lián)系,形象思維中隱含了邏輯思維,有利于學(xué)生掌握科學(xué)思想方法。

當(dāng)然,高中教材先介紹環(huán)形電流和通電螺線管內(nèi)部的磁場(chǎng),再補(bǔ)充介紹其外部的磁場(chǎng),也有助于學(xué)生更加全面聯(lián)系地看待問題,同時(shí)為學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)中解決電磁感應(yīng)問題做好準(zhǔn)備。

3.2 在教學(xué)中滲透物理思想方法

基于以上思考,環(huán)形電流磁場(chǎng)和通電螺線管磁場(chǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)如下。

教師先進(jìn)行磁感線及通電直導(dǎo)線磁場(chǎng)的教學(xué)。

師:若將通電直導(dǎo)線彎曲至首尾相連,就能構(gòu)成環(huán)形電流。同學(xué)們能否運(yùn)用剛才學(xué)過的知識(shí),來判斷環(huán)形電流中心軸線處的磁場(chǎng)方向?

教師展示一個(gè)大的鐵環(huán),如果把它分成無數(shù)段,每一小段線可以怎樣處理?由此對(duì)判斷環(huán)形電流軸線處的磁場(chǎng)方向有什么啟示?

學(xué)生討論后提出：可以把環(huán)形電流看作是無數(shù)段直線電流構(gòu)成,環(huán)形電流軸線處的磁場(chǎng)就是每一段直線電流磁場(chǎng)在軸線處的疊加。

師：這就是我們以前多次用到的一種方法——微元法。

教師再分析環(huán)形電流磁場(chǎng)方向同樣遵循安培定則。

師:將多匝環(huán)形電流連起來,就構(gòu)成了通電螺線管。怎樣判斷通電螺線管內(nèi)部磁感線方向?

生:多匝環(huán)形電流串聯(lián)形成通電螺線管,通電螺線管的磁場(chǎng)是由環(huán)形電流的磁場(chǎng)疊加而成的。

師生討論得出通電螺線管內(nèi)部磁感線的方向與電流方向的關(guān)系,即安培定則。同時(shí),教師啟發(fā)學(xué)生得出結(jié)論:從外部看,通電螺線管的磁場(chǎng)相當(dāng)于一個(gè)條形磁鐵的磁場(chǎng),所以用安培定則時(shí),拇指所指的是它的N極。

以上設(shè)計(jì)滲透了微元法、化曲為直和疊加的思想,體現(xiàn)了不同磁場(chǎng)之間的聯(lián)系,使學(xué)生掌握了科學(xué)的思想方法。

4 結(jié)語(yǔ)

在高中物理教材中,有不少新知識(shí)都是在初中所學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行提升和深化而得出的,在提升和深化的過程中,滲透著大量的物理思想方法。在涉及初中內(nèi)容時(shí),教師切忌簡(jiǎn)單重復(fù)和羅列初中知識(shí),而要深入研讀初、高中教材差異,充分挖掘高中教材中隱藏的物理思想方法。在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí),更要把相關(guān)物理思想滲透到教學(xué)中,在教學(xué)過程中適時(shí)有效地體現(xiàn)物理思想方法,有意識(shí)、有目的地落實(shí)物理思想方法教育的目標(biāo)。