董麗

“渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)”是2019人教版高中物理新教材選擇性必修二第二章第三節(jié)的內(nèi)容，是對(duì)法拉第電磁感應(yīng)定律的總結(jié)和應(yīng)用。新教材對(duì)這節(jié)內(nèi)容的編寫做了些改動(dòng)，將感生電場(chǎng)和渦流概念放在了一起。學(xué)生在學(xué)習(xí)了楞次定律和電磁感應(yīng)定律后，理解這節(jié)內(nèi)容的難度不大。教師在這節(jié)內(nèi)容的處理上往往會(huì)一筆帶過(guò)。新課標(biāo)對(duì)這節(jié)內(nèi)容的要求是，通過(guò)實(shí)驗(yàn)了解渦流現(xiàn)象，并能舉例說(shuō)明渦流現(xiàn)象在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用?？梢姡抡n標(biāo)更加重視物理實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的作用。

結(jié)合新課標(biāo)的要求，圍繞2019新教材內(nèi)容，筆者設(shè)計(jì)了6個(gè)小實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生邊動(dòng)手邊思考，同時(shí)進(jìn)行小組交流，在已有認(rèn)知基礎(chǔ)上理解感生電場(chǎng)、渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)。這些實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)既符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，又適應(yīng)學(xué)生的身心特點(diǎn)，同時(shí)對(duì)打造高效課堂、實(shí)現(xiàn)有效教學(xué)也起到了重要作用。

在教學(xué)時(shí)，教師將學(xué)生進(jìn)行分組，每組實(shí)驗(yàn)桌上都放有不同的實(shí)驗(yàn)器材，教師介紹桌面上放置的實(shí)驗(yàn)儀器、相關(guān)資料，要求每組學(xué)生完成自己的實(shí)驗(yàn)操作，并通過(guò)組內(nèi)交流解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)1：電磁爐是不是一定能把涼水變成熱水？

實(shí)驗(yàn)器材：1個(gè)完整的電磁爐，1個(gè)去掉面板后的電磁爐，1只不銹鋼杯，1只玻璃杯。

實(shí)驗(yàn)操作：將兩杯中倒入相同體積的水，同時(shí)放到電磁爐上加熱，觀察水溫變化。

思考與交流：觀察去掉面板后的電磁爐，閱讀教材第33頁(yè)感生電場(chǎng)和渦流的相關(guān)內(nèi)容，結(jié)合麥克斯韋電磁理論解釋上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

學(xué)生分析：根據(jù)麥克斯韋電磁理論，電磁爐通電后，變化的電流會(huì)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)周圍又會(huì)產(chǎn)生變化的電場(chǎng)（感生電場(chǎng)），感生電場(chǎng)會(huì)驅(qū)動(dòng)金屬中的自由電荷定向移動(dòng)而形成電流，電流的熱效應(yīng)使得不銹鋼杯中的水被加熱。玻璃杯沒(méi)有自由電荷，無(wú)法形成電流，里面的水不會(huì)被加熱。

教師總結(jié)：感生電場(chǎng);渦流及其成因;渦流的熱效應(yīng)。

設(shè)計(jì)意圖：利用實(shí)驗(yàn)1，讓學(xué)生理解感生電場(chǎng)的產(chǎn)生，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)出渦流的成因及渦流的熱效應(yīng)，從而得出渦流的定義。

實(shí)驗(yàn)2：為什么靈敏電流計(jì)在運(yùn)輸時(shí)要用導(dǎo)線把兩個(gè)接線柱相連？

實(shí)驗(yàn)器材：2個(gè)靈敏電流計(jì)，其中1個(gè)的正負(fù)接線柱用導(dǎo)線連接。

實(shí)驗(yàn)操作：晃動(dòng)兩個(gè)電流計(jì)，觀察指針偏轉(zhuǎn)情況。

思考與交流：觀察電流計(jì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象解釋上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

學(xué)生分析：將接線柱用導(dǎo)線連接在一起，相當(dāng)于把電流計(jì)內(nèi)的線圈電路組成閉合電路，當(dāng)指針由于外界振動(dòng)而發(fā)生跳動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生感應(yīng)電流，進(jìn)而產(chǎn)生安培力，安培力的方向與跳動(dòng)方向相反，即阻礙指針的跳動(dòng)，能起到減震的作用。

實(shí)驗(yàn)3：落體實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)器材：2個(gè)相同長(zhǎng)度的直管（有機(jī)玻璃管、鋁管），圓柱形小磁體。

實(shí)驗(yàn)操作：兩直管豎直放置，將圓柱形小磁體分別放入兩直管，靜止釋放，觀察下落快慢。

思考與交流：利用電磁感應(yīng)定律解釋上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

學(xué)生分析：當(dāng)有磁性的小磁體在鋁管中下落時(shí)，由于磁體的磁場(chǎng)相對(duì)鋁管運(yùn)動(dòng)，根據(jù)麥克斯韋電磁理論，在鋁管中會(huì)產(chǎn)生渦流，渦流受到阻礙兩者相對(duì)運(yùn)動(dòng)的安培力的作用，同時(shí)也對(duì)下落的小磁體產(chǎn)生反作用力，阻礙小磁體的下落。

設(shè)計(jì)意圖：利用實(shí)驗(yàn)2、3，讓學(xué)生了解渦流的機(jī)械效應(yīng)——電磁阻尼。

實(shí)驗(yàn)4：不用手接觸，你能讓鋁框轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)嗎？

實(shí)驗(yàn)器材：蹄形磁鐵，帶有鋁框的豎直支架。

實(shí)驗(yàn)操作：將蹄形磁鐵放在豎直支架上，讓其能以支架為軸轉(zhuǎn)動(dòng)，將鋁框放在蹄形磁鐵兩腳之間，轉(zhuǎn)動(dòng)蹄形磁鐵，觀察鋁框的運(yùn)動(dòng)。

思考與交流：利用電磁感應(yīng)定律解釋上述現(xiàn)象并思考如何讓轉(zhuǎn)動(dòng)的鋁框快速停下來(lái)。

學(xué)生分析：蹄形磁鐵相對(duì)靜止的鋁框轉(zhuǎn)動(dòng)，穿過(guò)鋁框的磁通量發(fā)生變化，在鋁框中產(chǎn)生渦流，渦流受到阻礙產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的安培力，使鋁框跟著磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)，但總比磁鐵晚一步。若要讓轉(zhuǎn)動(dòng)的鋁框快速停下來(lái)，可以反向轉(zhuǎn)動(dòng)磁鐵。

設(shè)計(jì)意圖：利用實(shí)驗(yàn)4，讓學(xué)生了解渦流的機(jī)械效應(yīng)——電磁驅(qū)動(dòng)與電磁阻尼。

實(shí)驗(yàn)5：考試進(jìn)場(chǎng)時(shí)，什么情況下探測(cè)器會(huì)出現(xiàn)鳴叫聲？

實(shí)驗(yàn)器材：手持式探測(cè)器、鑰匙、金屬拉鏈、水卡等物品。

實(shí)驗(yàn)操作：打開探測(cè)器電源，將探測(cè)器分別靠近鑰匙、金屬拉鏈、水卡等物品，探測(cè)器出現(xiàn)鳴叫聲。

思考與交流：拆開探測(cè)器，觀察內(nèi)部構(gòu)造，解釋上述現(xiàn)象。

學(xué)生分析：當(dāng)交流電通過(guò)線圈時(shí)，產(chǎn)生迅速變化的磁場(chǎng)。這個(gè)磁場(chǎng)能使金屬物體內(nèi)部產(chǎn)生渦電流。渦電流又會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，反過(guò)來(lái)影響原來(lái)的磁場(chǎng)，引發(fā)探測(cè)器發(fā)出鳴叫聲。

實(shí)驗(yàn)6：用絕緣絲線懸掛銅環(huán)，不用手接觸銅環(huán)，你能讓銅環(huán)運(yùn)動(dòng)起來(lái)嗎？銅環(huán)運(yùn)動(dòng)起來(lái)后，不用手接觸銅環(huán)，你能讓它快速停止運(yùn)動(dòng)嗎？

設(shè)計(jì)意圖：實(shí)驗(yàn)5、6是在學(xué)生學(xué)習(xí)了渦流、電磁阻尼、電磁驅(qū)動(dòng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的學(xué)生自主活動(dòng)，目的是讓學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析實(shí)際現(xiàn)象，體會(huì)物理知識(shí)與現(xiàn)實(shí)的聯(lián)系。

總結(jié)提高：各小組就本組的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容做一個(gè)自我總結(jié)，之后各小組可以輪換位置，親身體驗(yàn)每一個(gè)實(shí)驗(yàn)，再通過(guò)小組間交流探討，總結(jié)本節(jié)課的主要內(nèi)容。

“從生活走向物理，從物理走向社會(huì)”是物理學(xué)科的課程理念。提升分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，是學(xué)生物理學(xué)科素養(yǎng)形成和發(fā)展的關(guān)鍵。近年來(lái)的物理考試試題與科學(xué)技術(shù)進(jìn)步及生產(chǎn)生活實(shí)際的聯(lián)系也越來(lái)越密切，更加注重考查學(xué)生靈活運(yùn)用所學(xué)物理知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，促進(jìn)學(xué)科素養(yǎng)的發(fā)展。本節(jié)課通過(guò)日常生活中電磁爐燒水這一實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，讓學(xué)生從感生電場(chǎng)的知識(shí)入手，得出渦流的概念，再利用幾個(gè)小實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)渦流在生活中的三類應(yīng)用，即渦流的熱效應(yīng)、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)。實(shí)驗(yàn)器材既有生活中的電磁爐、探測(cè)器，實(shí)驗(yàn)室中常見的電流計(jì)、磁鐵，也有自制的銅環(huán)。實(shí)驗(yàn)成本低，操作簡(jiǎn)單，又有一定的趣味性，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到課本上枯燥的內(nèi)容在日常生活中卻有如此高的利用率，調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的積極性。

總之，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)是一個(gè)打造物理高效課堂的平臺(tái)，物理教師應(yīng)盡可能地提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的主動(dòng)性、積極性。同時(shí)通過(guò)物理實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作能力、創(chuàng)新能力，讓學(xué)生具有強(qiáng)烈的探索欲和求知欲。

（責(zé)編 馬孟賢）