摘 要
高中物理教学里,电磁感应属于重难点内容,笔者以“科学表述 - 探究 - 原理 - 科学史”当作教学主线去践行突破此难点,对《大学物理》等专业书中“楞次定律”的表述展开研究,以及进行课堂科学探究,多维度引导学生理解该定律,通过针对感生类电动势的产生原理以及动生类电动势方程的微观分析,引导学生理解电磁感应规律,把科学史渗透到教学中,让学生知晓相关概念或规律产生的背景以及科学论证的过程,培养学生科学态度与担当。
属于教学难点范畴的电磁感应,其楞次定律有着科学表述形式,对其原理进行探究时,还涉及到科学史方面的内容,这些都是关键词 。
这是一段非常混乱且难以理解的内容,似乎存在大量语病和不连贯之处,勉强改写如下:有一个,在高处的,并且,里面存在一个。那个采取“---的”作为主要线索,以此来打破这个点。在和其他书籍中对“楞次定律”的研究以及课堂上的讲解,导致通过多种状态得出该定律。考虑到安培力的宏观表现以及微观方面的安培力,相关内容与电磁感应定律相关。把感应的情况做了处理,这能够帮助人们理解电磁感应现象和定律以及其原理,进而提升他们的理解能力和应用能力。 。 。(后面这里愈发混乱,难以表述精准通顺)且句末标点随意添加了,因为原内容实在太糟糕。
高中物理重点里有电磁感应,电磁感应还是难点。它进一步揭示了前面讲过的电学与磁学的内在联系,是对前面知识学习的深入探究,同时为后面《交流电》《电磁振荡与电磁波》两章的理论打下基础,所以电磁感应在电磁学体系里占据着重要位置。而在实际开展教学期间,笔者察觉到,众多高二学生学完电磁感应这个知识之后,常常好像明白又好像不明白,甚至根本不知道讲的是什么;不少高三学生也是如此情形,在做这个专题里考查概念、性质、规律、成因的选择题时,还不知道从哪里开始解题,更不用说电磁感应与电路以及动力学相结合的综合性题目了 。
针对这个而言,问题应当在高二的时候予以解决,或者说基本解决。高二阶段的教师,在进行新授课之前,需要广泛地获取备课资料,对其加以学习并且吸纳,针对那些重点以及难点内容,要把知识或者方法,用最为简洁、准确、科学的物理语言传授给学生,针对这个情况,笔者进行了以下这些尝试 。
1 从科学表述中正确理解 “楞次定律”
在人教版的《物理选择性必修二》里,对楞次定律有着这般描述:感应电流存在这样的方向,也即是,感应电流的磁场总会去阻碍引发感应电流的磁通量的改变。楞次定律自身涵盖的内容相对繁杂,再加上定律的文字表述颇为难以领会,因而众多的初学者学完之后也是不太明白。
建国以来,为了满足国内物理方面教育教学所需,老一辈物理教育家进行了两项工作,一是翻译,二是编写,产生了不少物理教科书,通过研究“史上”这些不同版本的物理专业书籍对于“楞次定律”的表述,从中找寻较为合适且较为科学的表述。于下仅将《大学物理》(此乃美国F.W.SEARS等人所著,经恽瑛等人翻译,一下简称为《大学物理》),与《物理导学论》(为美国F.J.BUECH所著,由殷大钧等人翻译,以下简称为“殷大钧译版”)相结合,再同美国高中的《物理原理与问题》以及台岛地区的《中山自然科学大辞典(物理)》(王云五版)展开对比分析,情形犹如表1那般。
综合对比各种科学表述后,梳理并呈现在课堂教学中。
梳理清楚原因与结果之间的关联,原本的磁场的磁通量需要发生变化,这是产生感应电流的必要条件,要是前者不改变,那么就不可能出现后者,。
(2)将阻碍对象予以明确:所阻碍的是(或者说是反对)原磁场的变化,而并非是对原磁场本身进行阻碍,。
第一个分句:明确阻碍所产生的效果,即要去力图抵消。这里的“力图”意思为极力谋求,还有竭力打算的意思。第二个分句:然而它并非是“完全阻止”的意思 。
(4)明了两类形式:一类会重点放在相干方位的变动上制度大全,也就是回路面积的变动,另一类会着重在于磁感应强度的变差上 。
2 通过科学探究电磁流量计高中物理,以真实情境探究物理规律,再引出楞次定律
2.1 感生类感应电流的实验
科学分析需重视从现象到规律进而形成结论,而教材已不错地划分成四种类型予以分析,如图 1,能够分别探究穿过线圈的磁通量增大以及减小的情形,并且把产生的电流方向填进表 2 以及表 3。

跟表 2 里的数据作比较,能够发觉,在穿过线圈的磁通量变大的时候,感应电流所产生的磁场跟磁体的磁场方向是相反的,其目的是力图去抵消,进而对磁通量的增加形成阻碍 。
按照实验得出的结果来填写表 3,将表 3 之中的数据予以比较。当穿过线圈的磁通量呈现出减小的状况时,感应电流的磁场跟磁体磁场的方向是一样的,有着力图去减缓的态势,对磁通量的减小起到了阻碍的作用。
以上实验结果被梳理总结,进而得出这样的结论:若原磁场的磁通量产生了变化,那么闭合线圈之中便会产生感应电流,而且感应电流的磁场总是会对原磁场的变化起到阻碍作用 。
2.2 教学中可以适当补充动生类感应电流的产生过程
从上文的结果能够知道,感应电流的方向跟原磁场的变化存在关联,那么对于“切割类”感应电流而言情况又是怎样的呢?在这个时候,把动生类感应电流的产生过程展示给学生是有必要的。图2是笔者于课堂上演示所用的装置,此装置能让线圈处在U形磁铁的两磁极之间进行运动,并且线圈的两个线头是跟电流表串联在一起从而形成闭合回路的。在此过程中,分设为以下几个步骤来开展:
(1)将线圈运动方向予以更改(磁场保持不变),先是使线圈朝着右边移动,接着又让线圈朝着左边移动,把前后这两种情形进行对照,观察电流表指针的偏转方向 。
(2)使线圈运动速度大小发生改变(磁场保持不变),首先让线圈进行缓慢的运动,接着让线圈开展较快的运动,将前后两种情形进行对比,观察电流表指针偏角的大小情况。
仅改变磁场方向,先让 U 形磁体 N 极在下,U 形磁体 S 极在上;再让 U 形磁体 S 极在下,U 形磁体 N 极在上。对比前后两种情况,当同样是向右运动时,电流表指针的偏转方向,也可对比同样向左运动时的情况。
将以上实验结果进行梳理、归纳、总结,进而得出这样的结论:处于闭合线圈当中,线圈的运动方向会对感应电流方向产生影响,磁场方向同样会对感应电流方向产生影响,并且运动速度越大,电流表指针的偏角就越大(这意味着电流越大)。当然,处于运动过程里,闭合线圈不管是朝着U形磁铁磁极靠近,还是朝着U形磁铁磁极远离,都属于磁通量发生改变 。
3 深入分析感应电动势产生的原理
3.1 感生类电动势的产生机理与电源正负极问题
在《物理选择性必修二》里第二章的习题那里,属于 A 组,题号是第 7 题,情况是这样的,有图 3 呈现,在那种竖直方向存在的匀强磁场当中,有一个水平放置着的圆形导体环,对于导体环中电流规定的正方向是像甲图所展示的那样,磁场向上被规定为正,当磁感应强度 B 随着时间 t 按照乙图的情形变化的时候,然后就有问题出现了,要是如同甲图电流方向也就是俯视呈现顺时针那样,那么回路里的电源正负极处于哪里呢?
剖析,这一类别属于感生类电磁感应,而感生电动势这样的称法,完全是从实验的角度提出来进行观察的。在这个时候,感应线圈并没有连接外部电路,当磁感应强度B发生改变,磁通量出现变化之际,从而激发出一个感生电场(它和以前在《必修三》所学到的静电场不一样,对于这两者能够简要对照比如表4),在闭合导体环之中,导体里的自由电荷就会在感生电场的作用之下做定向移动(这种作用力类似于“非静电力”)。那么,鉴于此刻之中电场属于非保守场,故而于此进行电势的谈论这件事丝毫无有意义可言。并且在闭合线圈之内也不存在所谓正负极方面的问题。鉴于整个回路具备对称性,回路上各个位置都是等同的,所以把感应电动势局限于某一小段这种情况也是不正确的。当然,有时候能够将电源等效为由数量众多的小电源串联组合而成(类似于内循环),显现出如同图4那样的效果。所以当闭合的感应线圈出现电磁感应现象并且没有接入外部电路的时候,没有正负极这样的说法存在。
当然,要是自感线圈连接外电路,像图5(a)那样 ,在当线圈之中存在指向纸内方向的磁场时 ,由于磁通量依照图5(b)所示的规律改变 ,依据楞次定律 ,能够判断出线圈电流的方向是逆时针方向 ,在这个时候A点就如同电源的正极 ,B点为负极 。
3.2 对动生类电动势方程的微观分析

《物理选择性必修二》(人教版)里头的电动势方程E=Blv,它是出自法拉第电磁感应定律方程,。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。
在一定条件下推导出来的,那么很多学生认为,该公式仅仅是
在实际的课堂教学当中,教师能够创造出相关意境,以积极的方式进行引导,使得能拓展学生思维,这是一个推论。教师可以结合本节里的《思考与讨论》,课本的此处原本是留白的状态,仅仅设置了问题,是需要教师引导学生去思考从而进行补白的,就如同图中所示。用微观导体内电荷所受到的那个作用力以此来推导得出方程E = Blv,从另外的一个方面,多维度地去研究动生类电动势的来源,具体情况如下:
如图6(a)所示,当导体棒运动起来的时候,导体中的电荷会受到洛伦兹力的作用,进而负电荷和正电荷会在两个极端位置聚集起来,最终形成电势差,此时导体棒就如同一个电源,并且洛伦兹力就好比是非静电力,。
(2)稳定时,洛伦兹力 f洛 = qvB 与电场力
等大反向,由
解出来电动势 E 等于 U,U 又等于 Blv 。要是外接一个闭合回路,正如图 6(b)那样,就会形成感应电流。
4 将科学史渗透于教学,培养科学态度与担当
任何一门新产生的科学分支,从其诞生开始,再到不断发展,直至将其中的道理完全弄明白,这期间都必然要经历诸多曲折。提高学生的物理学科素养,并非仅仅是引导他们去研究物理规律,培养科学逻辑以及数理论证的能力,而还需要在对科学史的学习过程中,去深入了解科学的发展历程,从而学习科学精神。
受篇幅制约,教材没法把某一定律的发展历程妥善给予呈现,因而教师得充分备课,把科学史融入课堂教学里,防止物理教学过度公式化,要尽力提升育人价值,可以跟学生知晓相关科学史:楞次不是发现“阻碍变化”规律的首个;法拉第也不是发现“电磁感应”的首个;归纳出法拉第定律并非法拉第自己;然而法拉第乃是电磁学标志性人物。
在1834年的时候,俄国人楞次在剖析了诸多实验结果以后,归纳总结出了后人都知晓的“楞次定律”。而英国人法拉第早在1831年就发现了电磁感应定律,同时也发现了怎样去确定感生电动势的方向,可他没有把自己的结果表述得如同楞次那般简洁明了。法拉第受到奥斯特电流的磁效应的启迪电磁流量计高中物理,坚信反过来也是可行的,于是在1822年于自己的日记当中写下了“由磁产生电”的构想,并且为了这个构想展开了长达10年的探究。起先,法拉第觉得,超强力的磁体亦或是超强大的电流说不定会在相邻的闭合导线当中感应出电流。他进行了好多回尝试,均未收获预想的成效。1831年,法拉第将两个线圈缠绕在一个铁环之上,一个线圈连接电源,另一个线圈连接“电流表”。当给一个线圈通电亦或是断电的刹那间,在另一个线圈之上出现了电流。他于1831年8月29日的日记里写下了首次成功的记载,1831年10月28日,法拉第在一次会议上展示了他所发明的圆盘发电机。它是借助电磁感应的原理给制作而成的,属于人类历史里的首台发电机,一年之后,比克西把一个放置在磁铁磁场中的金属导线圈进行旋转,进而成功地生成了交流电源,然而实际上在美国,有一位后来成为史密森尼学会首个秘书的物理教师J.亨利(电感单位纪念的那位科学家)在1830年,比法拉第更早发现电磁感应电流,只是发表结果比较晚 。
在对电磁感应展开探索期间,法拉第将磁力线这一概念予以引入,借助他的力线概念,对各类电磁感应现象进行统一理解,呈现出他这位高超数学家的身份,而未来有着高超数学能力的从事数学研究的学术工作者也就是数学家,能够从他那里获取丰富且具备较高价值的研究方法 。
在对理论以及实验资料予以严格分析之后,德国哪位物理学家纽曼以及韦伯,于1845年的时候指出了相关内容,又在1846年的时候先后分别指出了:闭合电路当中感应电动势的大小,跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比,并且还去从理论上推导出了表达式 。
法拉第在1850年借助实验证实了此公式是正确的,后世之人由于铭记法拉第针对电磁感应现象开展研究付出的巨大贡献,故而将其称作法拉第电磁感应定律,当然,后来麦克斯韦运用数学形式呈现了法拉第的思想,对电磁感应定律予以发展以及推广。
然而,就像我国民国时期那部科学著作《科学概论》所讲的那样:“将这门学科(电磁学)去大力发扬广大的是法拉第,他在静电学方面完成了诸多且系统的实验。他构建起电学上众多的基本观念,像电介质、感应电荷、电容等等,他最为重大的发现是电磁感应,从那之后电磁学踏上了十分顺畅的道路”,电磁感应定律的发现以及应用,同样推动了物理学和现代电工学的发展。
5 结语
电磁感应,是好多学生心里的一道障碍,而怎样才能够把这一知识比较完备、比较恰当、比较科学地展示给学生,是好多老师伤脑筋的事情。不存在简便的办法可以走,唯有充分做好备课工作,才能够深入而浅出地开展教学。
进行物理学习,原本就是一个饱含挑战的探索进程,尽管是去翻阅最为通俗的科普书籍,也绝不可能是轻松愉悦的。选定物理方向的高中生,要舍得投入自己的时间精力,着重过程方法,刻苦去学习;教师呢,课前得阅读各类资料,新授课特别关键,要全面知晓相关物理概念或规律产生的背景、规律总结以及科学论证的过程,还得精心设计,并以最优方式在课堂呈现,重视从现象到规律的教学,引导学生对得出的结论开展科学分析,如此才能突破像电磁感应这种重难点内容。