电磁感应中“阻碍”变化也可见

周上游

(上海市嘉定一中 上海 201808)

1834年俄国物理学家楞次概括了各种实验结果，提出了直接判断感应电流方向的法则，即楞次定律,闭合回路中产生感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流磁通量的变化.在进行楞次定律的教学中，学生通常不太理解定律中“阻碍变化”的涵义.

笔者在教学中，用实验来突破学生理解上的难点，让学生体会学会学习的途径，培养其学习能力，使其具有一定的信息素质，即获取、辨识、判断、创生信息的能力.同时，让学生学会思考，培养学生的创造性思维和科学思维方式，即好奇心、问题意识及提出问题的能力.

1 常规教学手段

1.1 顺口溜的教学

我们先来看看部分教师在讲解楞次定律时采用的方法.通常教师教学时采用语言表述的方式，如“磁通量增加时，感应电流的磁场与引起感应电流的磁场方向相反；磁通量减小时，感应电流的磁场与引起感应电流的磁场方向相同”，进而告诉学生记忆方法为“增反减同”.这是采用记忆的方法，学生理解存在困难，不利学生的学习发展.

1.2 知识性实验的教学

有的教师采用实验教学，如图1，用两根60 cm左右的管子，一根为塑料管，一根为铝管.让两块小磁铁(钕磁铁)从铝管和塑料管上端同时下落，对比两块小磁铁的下落时间，可观察到，通过塑料管用时很短，通过铝管时间比较长.请学生思考，磁铁通过塑料管过程中做什么运动.可得出,没有阻力时，磁铁做自由落体运动，可计算出通过塑料管的时间很短；磁铁通过铝管时间较长，所以感应电流对磁铁有阻碍作用.

图1

1.3 魔术效果的实验教学

教师为了提高实验呈现的效果，实验装置仍如图1，两根60 cm左右的管子，在管外喷上相同的金属铝的颜色，做实验时请学生一起参与，让学生在下面管口处接住小磁铁.根据经验，学生知道，一释放磁铁，则其通过管子的时间非常短，需立刻在下面管口接住.由实验发现一管中的磁铁非常快到达管口，不太容易接住，符合学生原先知识而引起的动作判断，但是另一管中的磁铁等了一段时间才到达下方管口，很容易接住.这样的实验呈现就有了魔术的效果，容易激发起学生的兴趣，使其产生了解发生这一现象的内在道理的欲望.为本课中的知识难点，感应电流总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化的教学，提供了非常好的情境引入.这样的情境设置结合了心理学，认识到优化的情境必然会激起热烈的情绪，于是最大限度地发挥情感的纽带作用和驱动作用.

上述教学，对学生理解“阻碍”能起到一定的作用，但对“阻碍变化”还是似懂非懂.顺口溜的教学是强调学生记忆结论；知识性实验的教学强调规范的操作，严谨的逻辑推理，学生学习方式单一，不利于学会学习；魔术效果的实验教学，目标明确，符合学习者的心理，但处理不好容易分散学生的学习目标，因此教师的后一环节处理非常重要.

2 实验创新

上述实验中，学生不能看到磁铁的运动情况，有不少学生就想当然地认为，管子内有摩擦力，或等着教师讲道理，使实验的现象与教学目标的关联性不一致，指向性容易有偏差.针对以上问题，笔者进行了如下实验.

2.1 实验介绍

(1)实验器材

有机玻璃管(长约150 cm，内径2.3 cm，外径3 cm)，钕磁铁(直径2.2 cm，高度1.2 cm的圆柱形)，塑料管(外径2.2 cm，长度为15 cm)，自制铝环(厚度0.8 mm，长度4 cm，直径3.2 cm).

(2)实验装置

图2

如图2，钕磁铁间用15 cm塑料管隔开放入长约150 cm的有机玻璃管内，组成7段间隔，上端留出长50 cm不放钕磁铁，在有机玻璃管外套上比管子稍大的铝环.

(3)实验操作

1)让铝环从没有磁铁处的上端，无初速度释放.

2)请学生观察铝环下落时的运动情况.

实验现象：没有磁铁处铝环下落迅速，一进入磁铁处，下落明显减速，让学生初步体验磁铁的磁场对铝环运动的“阻碍”作用.这样的实验还存在对“阻碍变化”的理解困难.

(4)实验操作变化

实验装置如图3.

1)调整管子使其倾斜一个角度，利用铝环和有机玻璃管之间的摩擦力，使铝环在没有磁铁处恰能下滑，但加速度不大.

2)让铝环从没有磁铁处的上端，无初速度释放，铝环能沿管子下滑.

3)请学生观察，铝环能否停在磁铁处.

图3

实验现象:无初速度释放铝环，其在没有磁铁处沿管子下滑速度越来越快，当到达磁铁处，速度变小，离开第一节磁铁后又加速，通过15 cm进入第二节磁铁，速度又变小，好像要停下，但没有停下.铝环继续向下运动过程中不断重复以上现象.

采用以上实验情境设置，学生观察的对象清晰，观察的时间较长，要观察的现象明确，为后面环节的教学提供较好的铺垫.实际教学中学生表现出的惊讶、好奇，本质上是物理实验语言激发学生的思维活动，为知识的内化提供了恰当的时机和载体.

2.2 创新之处

(1)把原来看不见的管内磁铁运动，变为可见的铝环运动.观察的对象明确，学生不会受其他因素干扰.这也符合创造技法，由内部变为外部.

(2)同一个管子，有磁铁和没有磁铁的设计，使铝环的运动有明显的对比.突出实验要达到的阻碍现象.

(3)阻碍现象的多次出现，为教学中的观察，提供重复性，实验操作更为简化.

(4)改变倾角，充分利用摩擦力，使“阻碍的是变化”这一现象得到有效的呈现，这就是把摩擦力这一实验的不利因素转化为有利因素的实践.

3 体会

物理教学实验的改进，需要明确教学目标，同时对学生的认知规律有清晰的认识.实验的设计思路巧妙，把不可见变为可见，例如，采用放大、变快、变慢等手段；同时，也可把原来不利的因素加以利用，例如，摩擦力问题.实验操作的简化也至关重要，简单操作获得的现象和结果，对学生的学习更有意义.