(江蘇省昆山中學,江蘇 蘇州 215300)

“探究感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件”是一節(jié)實驗探究課，該節(jié)內(nèi)容是學習電磁感應(yīng)定律和楞次定律的基礎(chǔ)，主要通過閉合導(dǎo)體切割磁感線、條形磁鐵與線圈發(fā)生相對運動、模擬法拉第電磁感應(yīng)實驗這三個實驗完成教學，在教學中，應(yīng)該創(chuàng)新、優(yōu)化實驗，促使學生參與到實驗過程中。

1 實驗器材的制作背景

1.1 課本中設(shè)計的實驗方案

人教版高中物理教科書中“探究感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件”的實驗方案如下：

(1) 如圖1a所示，閉合電路的一部分切割磁感線運動時，電路中會產(chǎn)生感應(yīng)電流；

(2) 如圖1b所示，將磁鐵的N或S極垂直插入線圈，觀察磁鐵插入、靜止、抽出時電流表指針的擺動方向；

(3) 如圖1c所示，將線圈A通過變阻器和開關(guān)連接到電源上，線圈B的兩端連接到電流表上，把線圈A裝在線圈B里面，閉合、斷開開關(guān)、改變流過線圈A中的電流時，觀察電流表指針的情況。

圖1

1.2 課本實驗的不足

(1) 關(guān)于閉合回路中的部分導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流，學生僅能夠明白水平面積大小的改變。

(2) “模擬法拉第電磁感應(yīng)”實驗運用的器材較多，而學校實驗室器材數(shù)量有限，不能夠滿足學生的需求。另外，分析過程較為復(fù)雜，不利于調(diào)動學生的興趣與積極性。

2 自制實驗儀器的設(shè)計與制作

2.1 制作材料

強磁鐵、木板、細銅絲、PVC管、泡沫塑料塊等。

2.2 自制實驗儀器的制作

(1) 矩形線圈制作

① 如圖2所示，用PVC塑料管制作一個矩形框，尺寸為140mm×80mm，為了使矩形框能夠水平伸縮，便于改變線圈的面積，制作時矩形框的左邊用了Φ20的PVC塑料管，右邊則用了Φ16的PVC塑料管；

圖2

② 將細銅絲通過多匝均勻纏繞的方式將其纏繞于矩形框的外側(cè)，為了確保細銅絲不脫落，在矩形框4個彎頭的頂部鑿出一個凹糟，將細銅絲卡到里面；

③ 運用兩根長短一樣的Φ16的PVC管，通過纏繞棉線、用熱熔膠固定于矩形框的兩端。

(2) 均勻磁場條件的實現(xiàn)

① 將兩塊木板制作成底座和支板，在支板上面固定一個長為150mm、寬為100mm、高為3mm的木板，在150mm×100mm×3mm木板的兩側(cè)鑿出一個寬度為25mm、距木板中線距離為70mm的縫，并放置鐵角架；

② 將兩塊磁鐵以異極相對的方式，放置于鐵角架上，并確保兩塊磁鐵之間的距離為140mm,使矩形線圈能夠自如旋轉(zhuǎn)；

③ 用彩色貼紙將磁鐵的N、S極標注出來，便于學生觀察和教師的講解，更便于清楚描述N極指向S極的勻強磁場。

(3) 實驗儀器組裝

① 用熱熔膠將兩個相同的方形泡沫塑料塊粘于木板上，確保矩形線圈具有較好的穩(wěn)定性；

② 在泡沫塑料塊的恰當位置上插入Φ20的PVC管，并將矩形線圈兩端Φ16的管分別插入到Φ20的管中；

③ 將矩形線圈放置于兩塊磁鐵的中間位置，并將矩形線圈預(yù)留的兩截銅絲連接到電流表上，進而構(gòu)成閉合回路(如圖3)。

圖3

3 自制實驗儀器在物理教學中的應(yīng)用

在課堂上，結(jié)合“自制感應(yīng)電流產(chǎn)生條件演示儀”開展了兩個探究活動，不僅調(diào)動了學生的積極性，促使每位學生參與到實驗中，加深了學生對知識的理解，為學習法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律打下了良好的基礎(chǔ)。

3.1 改變勻強磁場中線圈面積的大小

自制矩形線圈具有伸縮功能，在課堂上筆者通過伸、縮矩形線圈改變線圈的面積，引導(dǎo)學生認真、細心觀察電流表指針的偏轉(zhuǎn)情況(如表1)，進而認識線圈面積大小的變化時會產(chǎn)生感應(yīng)電流。結(jié)合圖4，引導(dǎo)學生通過現(xiàn)象分析，認識到：當線圈面積發(fā)生變化時，穿過線圈磁感線的條數(shù)也會發(fā)生相應(yīng)的變化，并產(chǎn)生感應(yīng)電流。這樣，在下面的學習中，學生會沿著“分析磁感線數(shù)量變化”這一思路進行分析，進而把握住“磁通量大小變化”的本質(zhì)要素。

表1

圖4

3.2 旋轉(zhuǎn)勻強磁場中的矩形線圈

旋轉(zhuǎn)線圈時，發(fā)現(xiàn)電流表指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)(如表2)。在課堂上，筆者將人教版教材中出現(xiàn)的“有效面積”引入到課堂上，結(jié)合圖5，使學生認識到在“旋轉(zhuǎn)過程中線圈的有效面積發(fā)生了改變”，導(dǎo)致穿過線圈有效面積的磁感線數(shù)量發(fā)生了改變，進而產(chǎn)生了感應(yīng)電流。這樣，不僅將抽象的問題具象化、直觀化，還加深了學生對磁通量的理解，更將“有效面積”這一概念引入到課堂上，拓展了學生的知識面，便于學生建立完善的知識結(jié)構(gòu)。

表2

圖5

3.3 組織開展學生自主探索活動

將學生分為3-5人的學習小組，讓學生以小組為單位，通過實際操作“感應(yīng)電流產(chǎn)生條件演示儀”，尋找其他產(chǎn)生感應(yīng)電流的方式，并讓小組代表上臺進行演示。動手操作不僅有助于培養(yǎng)學生的實驗?zāi)芰Γ€能夠拓展學生的思維，培養(yǎng)學生分析能力、實踐能力以及探索能力，進而促使學生的核心素養(yǎng)得到提升。在組織開展自主探索活動過程中，教師并非是“甩手掌柜“，而要深入到學生中間，了解學生學習的實況，及時給予學生指導(dǎo)和點撥，實現(xiàn)“當堂事，當堂畢”。

4 結(jié)語

結(jié)合物理教材、學情等因素制作實驗儀器，有助于幫助學生理解知識，提升學生物理知識的掌握水平，也有助于激發(fā)學生的求知欲，促使學生的學習由“被動學”向“主動學”的轉(zhuǎn)變，促進學生動手能力、探究能力的提升。在自制實驗儀器時，要遵循器材易得、結(jié)構(gòu)簡單、實驗直觀、誤差較小等原則，始終貫徹“以學生發(fā)展為本”的理念，落實素質(zhì)教育的要求，促使學生的物理核心素養(yǎng)得到提升。