(中山市第一中學(xué) 廣東 中山 528400)

曠紫薇

(湖南科技大學(xué)物理與電子科學(xué)學(xué)院 湖南 湘潭 411201 )

細(xì)節(jié)決定成敗這一點(diǎn)在教學(xué)中的體現(xiàn)更是淋漓盡致.在學(xué)生學(xué)習(xí)過程中遇到障礙時，抓住細(xì)節(jié)不放手，重視從細(xì)節(jié)入手給學(xué)生講透知識，理清知識的來龍去脈，學(xué)生才能掌握知識本質(zhì)，學(xué)生在運(yùn)用知識時才能做到舉一反三，實(shí)現(xiàn)教學(xué)效率的提升.講透細(xì)節(jié)需要教師對學(xué)生有充分的了解，知道學(xué)生學(xué)習(xí)的卡殼之處在哪里，也需要教師能夠高屋建瓴把握學(xué)科知識，能夠有高超的教學(xué)藝術(shù)，智慧地化解學(xué)生學(xué)習(xí)中的困惑，將學(xué)生遇到的問題、產(chǎn)生的疑惑講透徹.本文以法拉第電磁感應(yīng)定律教學(xué)中，學(xué)生的疑惑為例談一談如何從細(xì)節(jié)入手，通過講透細(xì)節(jié)促進(jìn)學(xué)生對知識理解的升華.

1 產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的本質(zhì)

感應(yīng)電動勢的產(chǎn)生分為兩種情況，其一是由于磁場強(qiáng)度的變化引起磁通量變化而產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢，還有一種是由于導(dǎo)體棒在磁場中做切割磁感線運(yùn)動而產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢.兩種情況有沒有不同，其本質(zhì)是什么，是什么“力量”推動電荷的定向移動，形成感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流.教學(xué)中有必要將這些細(xì)節(jié)給學(xué)生講解透徹，這樣學(xué)生才能更好地掌握知識，后續(xù)才可能靈活運(yùn)用.

1.1 感生電動勢

由于磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢叫做感生電動勢.如圖1所示，當(dāng)磁鐵向下或者向上運(yùn)動時平面內(nèi)各處磁感應(yīng)強(qiáng)度都會發(fā)生變化，變化磁場周圍產(chǎn)生渦旋電場.渦旋電場對處于其中的帶電粒子產(chǎn)生力的作用.如果有金屬線圈置于平面內(nèi)，自由電子會在渦旋電場力的作用下定向移動形成電流，而電動勢的產(chǎn)生與是否有閉合回路無關(guān)，只要某一面積磁通量變化就會產(chǎn)生.

圖1 感生電動勢示例

1.2 動生電動勢

導(dǎo)體棒在磁場中做切割磁感線的運(yùn)動而產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢叫做動生電動勢.如圖2所示，長為L的導(dǎo)體棒ab以速度v垂直勻強(qiáng)磁場B做勻速運(yùn)動.棒中的自由電子在洛倫茲力的作用下沿ab定向移動，在b端累積負(fù)電荷，a端失去電子帶正電.定向移動后自由電子參與兩個方向的運(yùn)動，如圖3所示.其一是向右的運(yùn)動速度為v1，產(chǎn)生的洛倫茲力為f1，其作用是使自由電子向b端移動；其二是，向b端運(yùn)動，設(shè)其速度為v2，產(chǎn)生的洛倫茲力為f2，其作用是阻礙棒與磁場的相對運(yùn)動，宏觀表現(xiàn)為安培力，消耗其他形式的能量轉(zhuǎn)化為棒內(nèi)的感應(yīng)電場能.隨著電荷的積累，棒內(nèi)產(chǎn)生由a指向b的電場，電子除了受到洛倫茲力還將受到電場力，當(dāng)洛倫茲力與電場力等大時，自由電荷不再定向移動.棒內(nèi)的電場可看成勻強(qiáng)電場，根據(jù)二力平衡有

得a和b間電勢差

Uab=BLv

感應(yīng)電動勢

E=Uab=BLv

圖2 導(dǎo)體棒ab在勻強(qiáng)磁場中做勻速運(yùn)動

圖3 自由電子運(yùn)動方向分析

2 法拉第電機(jī)原理的兩種解釋

學(xué)生經(jīng)常會遇到以法拉第電機(jī)為情境的物理問題，只有順利理解法拉第電機(jī)原理，才能促進(jìn)學(xué)生所學(xué)知識的內(nèi)化，才能在運(yùn)用法拉第電磁感應(yīng)定律時靈活自如.正確理解法拉第電機(jī)的原理對學(xué)生而言有一定難度.這就要求教師在教學(xué)中找準(zhǔn)學(xué)生理解的難點(diǎn)，有針對性地給學(xué)生講解透徹，尤其是一些理解中容易忽視但卻非常重要的細(xì)節(jié).

2.1 用解釋

銅盤在磁場中旋轉(zhuǎn)，可看成很多根以長度為半徑的銅棒并聯(lián).設(shè)銅棒Oa長為L，在垂直于磁場的平面內(nèi)繞圓心O以角速度ω轉(zhuǎn)動，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，如圖4所示.具體推導(dǎo)過程如下.設(shè)想銅棒與一個定值電阻R組成閉合回路，如圖5所示，經(jīng)過時間Δt后，磁通量增加了

根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可得

圖4 銅棒在磁場中的旋轉(zhuǎn)

圖5 設(shè)想銅棒與一定值電阻R組成閉合回路

上述推導(dǎo)的教學(xué)中，特別需要講清楚如下細(xì)節(jié).

細(xì)節(jié)1：扇形面積的計(jì)算

扇形面積的計(jì)算是學(xué)生在初中就學(xué)習(xí)的內(nèi)容，然而學(xué)生在物理上運(yùn)用時卻不能遷移過來.教學(xué)中有必要給學(xué)生講清楚，補(bǔ)齊短板，避免因數(shù)學(xué)知識缺陷而導(dǎo)致學(xué)習(xí)障礙.第一，圓弧長等于Lθ；第二，扇形面積等于弧長與半徑乘積的一半

細(xì)節(jié)2：虛構(gòu)回路在左側(cè)、右側(cè)一樣嗎？

如圖5所示，銅棒順時針轉(zhuǎn)動時，虛構(gòu)回路在左側(cè)，磁通量增加，根據(jù)楞次定律可得感應(yīng)電流磁場方向與原磁場相反，有a點(diǎn)電勢高于O點(diǎn).學(xué)生提出：如果將虛構(gòu)回路置于右側(cè)，則磁通量減小，根據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流磁場方向與原磁場相同，有a點(diǎn)電勢低于O點(diǎn)，學(xué)生覺得矛盾？事實(shí)真是這樣嗎？結(jié)果會因?yàn)閷⒒芈分糜谧髠?cè)或者右側(cè)而不同嗎？引導(dǎo)學(xué)生畫出電路圖，用右手判斷電流方向.學(xué)生發(fā)現(xiàn)：回路在左側(cè)，根據(jù)增反，感應(yīng)電流為逆時針，銅棒在右側(cè)，從O到a流過銅棒；回路若在右側(cè)，根據(jù)減同，感應(yīng)電流為順時針，銅棒在左側(cè)，依然是從O到a流過銅棒，二者統(tǒng)一，并不矛盾.

細(xì)節(jié)3：客觀事實(shí)不以人的意志為轉(zhuǎn)移

給學(xué)生講清楚回路在左側(cè)和右側(cè)結(jié)果一致之后，還可給學(xué)生滲透“客觀事實(shí)不以人的意志為轉(zhuǎn)移”的哲學(xué)意識.在虛構(gòu)回路時，在左側(cè)還是右側(cè)，具有偶然性，不同人甚至同一個人在不同時間選擇的位置會有不同，只有回路在左側(cè)和右側(cè)得到的結(jié)果一致，所學(xué)的知識才是正確的.只要磁場和運(yùn)動確定了，銅棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢，O和a兩點(diǎn)電勢的高低就確定了，不會因?yàn)槿藶檫x擇不同而不一樣.

2.2 用E=BLv解釋

利用E=BLv解釋法拉第電機(jī)原理，推導(dǎo)過程如下：設(shè)銅棒各點(diǎn)速度的平均值為

或者

則

教學(xué)中除了正確推導(dǎo)外，教師還應(yīng)該講透如下3個細(xì)節(jié).

細(xì)節(jié)1：學(xué)生推導(dǎo)錯在何處？

學(xué)生典型錯誤為

E=BLv=BLωL=BL2ω

學(xué)生的錯誤是認(rèn)為切割速度是v=ωL，銅棒上各點(diǎn)線速度大小不同，ωL是銅棒上a的速度，是銅棒上各點(diǎn)線速度中最大的.

細(xì)節(jié)2：為何E=BLv中v應(yīng)為各點(diǎn)速度的平均值？

E1=BL1v1，E2=BL2v2，…，En=BLnvn

Oa產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢相當(dāng)于E1，E2，…，En串聯(lián)，即有

從消防中介組織和社區(qū)委員會的關(guān)系來看，政府通過財政支出購買消防中介組織的服務(wù)，使消防中介組織能夠?yàn)樯鐓^(qū)居委會提供相關(guān)的消防培訓(xùn)和教育，針對消防安全事件，能夠達(dá)到事前預(yù)防、事中救援、事后修復(fù)的程度，提高社區(qū)居民的自救能力。 反之，社區(qū)委員會通過對居民意見的收集，針對具體情況，和消防中介組織進(jìn)行溝通，使消防中介組織的服務(wù)落地，根據(jù)每個社區(qū)不同的情況提供不同的服務(wù)，達(dá)到效益最大化。

E=E1+E2+…+En=Bl(v1+v2+…+vn)=

細(xì)節(jié)3：為何各點(diǎn)速度的平均值可以用中點(diǎn)的速度或者O,a兩點(diǎn)速度的平均值代替？

或者

3 細(xì)化推導(dǎo)明晰知識的適用范圍

可以在知道感應(yīng)電荷量的情況下求出變加速運(yùn)動的位移d.

4 兩種理解方式的統(tǒng)一

圖6 導(dǎo)體棒以速度v向右運(yùn)動

教學(xué)中需要講清楚如下2個細(xì)節(jié).

細(xì)節(jié)1：磁通量是增加了還是減少了？

學(xué)生選擇的回路為ABCD，得到磁通量不變的結(jié)果.應(yīng)該將回路選為efDA和efCB，ef向右運(yùn)動時efDA磁通量增加，efCB磁通量減少.

細(xì)節(jié)2：產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢一樣嗎？

設(shè)速度為v，棒長為L，經(jīng)時間Δt，左側(cè)回路efDA面積增加，磁通量增加

ΔΦ=BΔS=BLvΔt

方向?yàn)轫槙r針，從e到f；右側(cè)回路efCB面積減少，磁通量減少

ΔΦ=BΔS=BLvΔt

方向?yàn)槟鏁r針，也是從e到f.等效為兩個電源并聯(lián)，并聯(lián)后電動勢為

E=E1=E2=BLv

與從導(dǎo)體棒切割的角度得到的結(jié)果一致.

5 結(jié)束語

教學(xué)中抓細(xì)節(jié)就是要教師處處留意學(xué)生的學(xué)習(xí)障礙，清楚學(xué)生困惑在何處，學(xué)生具有什么樣的思維水平，具備哪些知識儲備，如何才能有效破除學(xué)生的疑惑，如何才能讓學(xué)生更好地掌握正確知識.抓細(xì)節(jié)的過程，就是促進(jìn)教師了解學(xué)生的過程，也是進(jìn)行精心備課的過程，更是將教學(xué)設(shè)計(jì)付諸實(shí)踐的過程，也是學(xué)生不斷反思和構(gòu)建真知的過程.教學(xué)中抓細(xì)節(jié)、講透細(xì)節(jié)對學(xué)生掌握知識本質(zhì)有很好的促進(jìn)作用.