(江蘇省南京市人民中學(xué)，江蘇 南京 210005)

蘇科版九年級物理第十六章“電磁轉(zhuǎn)換”不僅介紹了磁現(xiàn)象，還介紹了電與磁之間的聯(lián)系及其應(yīng)用，其中實(shí)驗(yàn)“通電螺線管周圍的磁場”在本章中起著承前啟后的作用，既是磁現(xiàn)象的延伸與拓展，也是電磁繼電器、電動機(jī)、磁生電的基礎(chǔ)，在初中物理教學(xué)中占有重要的地位。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與器材

引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計(jì)“探究通電螺線管周圍磁場”的實(shí)驗(yàn)方案,探究螺線管的多種繞法,可使實(shí)驗(yàn)探究結(jié)論更具普遍性。通過將通電螺線管放入布滿小磁針的透明玻璃板中,觀察通電螺線管周圍的磁場,使所得的探究結(jié)論更具有說服力。

實(shí)驗(yàn)器材包括：電池、開關(guān)、導(dǎo)線、小磁針、漆包線、鐵釘、A4紙等(圖1)。

圖1

2 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

2.1 實(shí)驗(yàn)引入

教材引入螺線管時是直接介紹：將一根導(dǎo)線纏繞在圓筒上，就叫螺線管。學(xué)生對螺線管缺乏感性認(rèn)識，直接進(jìn)行實(shí)驗(yàn)顯得有點(diǎn)匆忙。

筆者對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)，先請學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)室中使用的螺線管(圖2)，再觀察老師制作好的螺線管(圖3)，討論以下問題：導(dǎo)線在圓筒上怎么纏繞比較好？纏繞的方式有幾種？再進(jìn)行學(xué)生交流。這不僅為后面探究“通電螺線管周圍存在磁場”做鋪墊，也為后面讓學(xué)生標(biāo)出電源正負(fù)極、電流方向、通電螺線管的N和S極、研究安培定則做鋪墊。

圖2

圖3

2.2 探究通電螺線管周圍磁場的分布情況

教材要求學(xué)生邊實(shí)驗(yàn)、邊記錄通電螺線管周圍各點(diǎn)的磁場方向，畫出通電螺線管外部磁感線的分布圖，進(jìn)而得出結(jié)論：通電螺線管外部的磁場分布與條形磁體周圍的磁場分布相似。

筆者對實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行了改進(jìn)，先讓學(xué)生回憶條形磁鐵周圍磁感線的特點(diǎn)，然后讓學(xué)生自己制定探究通電螺線管周圍磁場的計(jì)劃及實(shí)驗(yàn)步驟，再用實(shí)物展臺予以展示(圖4)。讓學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的操作有一個直觀印象，從而使學(xué)生體會研究電磁問題的方法，提升學(xué)生模型建構(gòu)和類比思維能力

圖4

2.3 學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論

教材是用現(xiàn)成的通電螺線管進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，畫出通電螺線管外少量磁感線的形狀，進(jìn)而得出結(jié)論：通電螺線管外部的磁場分布與條形磁體周圍的磁場相似，磁場方向與電流方向相關(guān)。學(xué)生利用老師提供的器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，螺線管線圈的繞法較為單一，在幾個不同位置放置小磁針，觀察通電螺線管周圍的磁場分布，實(shí)驗(yàn)和結(jié)論均不具有普遍性。

筆者對此進(jìn)行了改進(jìn)，由學(xué)生自己制作如圖5所示的螺線管，將它們接入電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。這一環(huán)節(jié)培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動手能力，學(xué)生自選一種繞法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可以讓實(shí)驗(yàn)的結(jié)論更具普遍性，提高了學(xué)生自主探究的興趣，并展示學(xué)生畫出的磁感線分布圖(圖6)，初步認(rèn)識到：通電螺線管周圍的磁場分布與條形磁鐵周圍磁場的分布相類似。

圖5

圖6

進(jìn)而筆者向?qū)W生提出問題：圖片上還有很多空白的部分，這些位置的磁場方向是怎樣的？學(xué)生提出：可放入更多的小磁針，教師做演示實(shí)驗(yàn)(圖7)，將通電螺線管放入布滿小磁針的透明板中，可看出通電螺線管周圍磁場的大致分布，從而得出結(jié)論：通電螺線管周圍的磁場分布與條形磁鐵周圍的磁場分布相似。

圖7

筆者再提問：通電螺線管的磁場方向是否與電流方向有關(guān)？實(shí)驗(yàn)如何操作？在什么位置放小磁針，觀察小磁針偏轉(zhuǎn)的變化？學(xué)生還改變流過螺線管的電流方向(圖8)，得到的通電螺線管的磁場方向與電流方向的結(jié)論也更具有普遍性。

圖8

3 實(shí)驗(yàn)效果評價

(1) 科學(xué)探究過程一般包括以下環(huán)節(jié)：提出問題、猜想與假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制定計(jì)劃、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)、分析與論證、評估、交流與合作。通過回憶條形磁鐵的磁場分布情況,學(xué)生猜想通電螺線管周圍磁場的分布情況，類比“探究條形磁鐵的磁場分布”實(shí)驗(yàn)，制定研究通電螺線管周圍磁場分布情況的實(shí)驗(yàn)步驟，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在白紙上記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，小組成員通過交流討論得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，提升了學(xué)生的科學(xué)探究能力。

(2) 學(xué)生通過自己制作螺線管,自主完成以下探究實(shí)驗(yàn)：通電螺線管周圍存在磁場、磁場的方向與電流的方向有關(guān),在實(shí)驗(yàn)中學(xué)生動腦動手,團(tuán)結(jié)協(xié)作，共同解決實(shí)驗(yàn)中的問題,提升了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

(3) 教師引導(dǎo)學(xué)生回憶條形磁鐵的磁場分布，建立相應(yīng)的物理模型，培養(yǎng)了學(xué)生的建模能力。通過研究通電螺線管周圍的磁場分布以及最后得到的螺線管周圍磁感線的分布圖，與條形磁鐵作類比，培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)思維能力。

(4) 在整個實(shí)驗(yàn)過程中，需要小組成員之間相互配合、合作完成，每個小組成員各有分工，一起探討和解決實(shí)驗(yàn)中遇到的問題，使實(shí)驗(yàn)得以順利進(jìn)行，從而得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，提升了學(xué)生的合作能力。