高中物理中“互感和自感”实验教学初探

顾敏敏

(江苏省常熟中学，江苏　常熟　215500)

高中物理中“互感和自感”实验教学初探

顾敏敏

(江苏省常熟中学，江苏常熟215500)

摘要：实验是物理课堂教学中的一个重要手段，无论是课内小实验、教师演示实验，还是学生分组实验，对学生物理概念和物理规律的建构起着重要的作用.本文以“互感和自感”为例，探讨挖掘实验资源、创设有效教学情境的途径，让学生在体验科学探究的过程中，提高科学素养和创新能力.

关键词：互感和自感；实验；教学设计

自感现象作为电磁感应的一个特例，是由于通过线圈自身电流的变化而产生的电磁感应现象.由于这部分内容比较抽象，为了使学生充分融入课堂，更好的掌握规律，笔者在执教这堂课的时候，多次进行实验，收到了较好的效果.

1课堂教学实录

[片段一]

师：我这里有2节干电池，几根导线和1个开关(还有一个日光灯上拆下来的镇流器故意先不说)，先请几位同学上来做个小游戏.

有4个男生自告奋勇上台，老师请两位同学分别拿住两根导线的一头，合上开关，学生正为没有任何感觉而疑惑时，老师乘其不备断开开关，学生同时甩开拉着的手，有的甚至叫了起来.

师：请描述一下刚才的感受.

生：有触电的感觉.

师：为什么2节干电池能让人产生如同触电的感觉？通过这节课的学习，我们一起来揭开这个谜底.

[片段二]

图1

师：如图1所示，A1、A2是规格相同的灯泡.闭合开关S，调节变阻器R，使A1、A2亮度相同，再调节R1，使两灯泡正常发光，然后断开开关S.重新闭合S，观察到什么现象？

生：灯泡A1立刻正常发光，灯泡A2滞后一段时间才正常发光.

师：请同学们大家思考两个问题：①为什么灯泡A1立刻亮？②为什么A2滞后一会儿才正常发光？

师：S接通瞬间，A1支路两端瞬间就有了电压，电荷瞬间开始定向移动形成了电流，所以灯泡A1立刻就亮.而A2支路由于串联了线圈，线圈L中的电流由零开始增加，穿过线圈的磁通量逐渐增大，线圈中产生的自感电动势的方向与原来的电流方向相反，阻碍了线圈中电流的增加，所以A2滞后一会儿才正常发光.

[片段三]

图2

师：如图2所示，连接电路，调节R，使灯发出微弱的光，断开开关，观察灯A的情况.

生：灯泡闪了一下再熄灭.

师：要解释这个现象，请同学们思考以下问题：

①断开开关，线圈中的电流减小，线圈产生感应电动势的方向如何？

②由于开关断开，产生感应电动势的线圈可以看成一个电源，感应电流沿何途径流动？

③断开开关后，通过灯泡的感应电流方向与原来通过它的电流方向是否一致？

④断开开关后，通过灯泡的感应电流是否有可能比原来的电流更大？为了使实验效果更明显，对线圈电阻有什么要求？

学生思考并进行小组讨论，推选代表回答.

生：断开开关后，线圈产生感应电动势的方向与原电流方向相同；线圈L和灯泡A串联组成回路，电流从右向左经过灯泡A，并且灯泡A中的电流和L一样从原来的IL逐渐减小到0，所以灯泡A没有立即熄灭.

师：为什么灯泡A会亮一下呢？

生：因为断电瞬间，灯泡A中的电流大小是原线圈中的电流大小，即IL，原灯泡中的电流是IA，由于RA≫RL，所以IA≪IL，所以看到灯泡亮一下.

师：也就是说，断电后灯泡A中的最大电流从IL逐渐减小到0.如果原来灯泡中的电流比线圈中的大，我们就看不到灯泡亮一下，而是逐渐熄灭了.

师：分析到这里，我们能不能把灯泡中电流的大小、方向的变化图像画出来呢？

某同学上黑板画出断电前后灯泡中电流随时间变化的图线(如图3).

图3

师：这位同学画得到底对不对？我们可以利用实验来验证.

简单介绍DIS实验系统，在断电自感实验中，用一个电流传感器与灯泡串联，在电脑屏幕上显示所测电流的变化情况,与图3一致.

2教学策略分析

图4

(1)导入实验，以趣生疑

相信很多教师在上这堂课的时候都介绍过一个叫“千人震”的小实验，但并不一定让学生亲身体验过.其实这个实验并不难做，除了一些实验室常规器材外，只需要从日光灯上拆一个镇流器下来，连成如图4所示的电路，让几个同学手拉手充当其中一条支路.闭合开关后，突然断开开关，由于镇流器中的电流从有到无迅速发生变化，线圈中产生自感电动势，这个瞬时高压加在人体上，使人产生了触电的感觉.

新课引入是课堂教学的一个重要环节，是学生对这堂课的第一印象，直接影响一节课的教学效果.爱因斯坦曾经说过，“兴趣是最好的老师”，设置这个看似“危险”的趣味小实验，让学生在又惊又疑的同时，产生了强烈的好奇心和兴趣，“2节干电池怎么会触电呢？”由此激发了他们的求知欲，刺激了他们的思维，为接下去的探究做了个铺垫.

(2)演示实验，以问导疑

物理学是一门以实验为基础的科学，实验是物理教学的一个重要手段.本堂课的重点是通电自感和断电自感的规律，所以笔者在进行这两部分内容的教学时，采用了不同的教学方法.在演示“通电自感”的实验时，采用了“预测-观察-解释”的教学模式，介绍完实验装置后，先让学生猜想可能观察到的现象，学生根据自己原有的经验和知识基础对实验做出预测，有的猜“两个灯泡一起亮”，有的猜“一个亮，一个不亮”，有的猜“一个先亮，一个后亮”……在浓厚的探究氛围下，教师演示这个实验，学生仔细观察，看到两个灯泡明显一前一后先后亮起，最后达到相同亮度.于是学生在教师鼓励下进行小组讨论，最后教师总结实验结论，取得了良好的效果.

而在演示“断电自感”的实验时，笔者更注重引导学生观察之后的思考.“问题导向式”不失为一种有效的教学方法，教师设置几个有层次性的问题，既不因问题过于简单，使学生不屑于回答，也不因问题过难而使学生不会回答.

在演示完“断电自感现象”后，需要学生来解释为什么会看到灯泡闪一下再熄灭.学生知道是电感线圈的作用，但无法用语言清楚地把来龙去脉讲述清楚，于是教师设置的第一个问题就是“断开开关时，线圈中的电流减小，线圈产生感应电动势的方向如何？”学生根据已学知识判断出，感应电动势方向应与原电流方向相同；接着教师继续提问，“感应电流沿什么途径流动？”学生立即能找到线圈和灯泡组成的回路；教师继续引导学生观察，在断电前后，通过灯泡的电流方向是否一致？使得学生意识到要比较断电前后，通过灯泡的电流的大小和方向，进而分析出断电前的电流是由电源产生的，而断电后的电流就是线圈中的电流.紧接着教师进一步抛出问题：开关断开后，通过灯泡的感应电流是否有可能比原来的电流更大？这时学生可轻松的回答：只要断电前线圈中的电流比灯泡中的电流大，断电后这个较大的电流反向流过灯泡，就能看到灯泡闪一下的现象.

在这个探究的过程中，教师设置了一系列阶梯式的问题，由浅入深，化难为易，力求在学生的“最近发展区”内引发学生的认知冲突，激起学生的学习兴趣，提高了物理课堂的有效性.

(3)验证实验，以图释疑

按照常规，课堂教学进行至此，教师可以总结规律，然后做几个课堂练习巩固所学了，然而似乎学生们还不尽兴，那就再来个“高端”点的实验助助兴吧！

DIS的工作流程是先利用传感器将物理量转换为相应的电信号，再由数据采集器将传感器采集到的各种电信号进行处理后输入计算机，最后通过应用软件，将实验数据以多种形式、实时显示在计算机显示屏上.新鲜事物往往能引起学生的好奇心，激发学习兴趣，所以当学生在自己讲义上画出断电前后灯泡中的电流随时间变化的图像后，教师再利用DIS系统，在投影上显示出结果，一方面验证了学生作图的正确性，另一方面也使学生加深了对图线上电流大小、方向变化的理解，可谓起到了“画龙点睛”的作用.

3结束语

在物理规律教学过程中，教师应该充分发挥实验的教学功能，结合实验，不断让学生产生疑问，引导学生思考问题、解决问题，打造一个高效的课堂，提高学生的科学素养.

参考文献：

[1]刘金凤,李新乡,田春凤.巧设探究实验 助力物理课堂[J].中学物理教学参考,2012,(12).

[2]刘灿荣.自感现象面面观[J].中学物理教学参考,2012,(10).

[3]杨奕敏.高中物理课堂演示实验有效教学的探索[J].湖南中学物理,2014,(3).

图3

·实验研究·