“楞次定律”教学的实验创新

柏露枝

(江苏省常州市北郊高级中学，江苏　常州　213031)

“楞次定律”教学的实验创新

柏露枝

(江苏省常州市北郊高级中学，江苏常州213031)

摘要：本文对人教版教材上“楞次定律”的演示实验和实验论证加以创新改进，使教材上隐性的“阻碍磁通量变化”的演示变为显性的“阻碍磁通量变化”的演示，使由因到果的实验论证变为执果索因的实验论证，以此激活学生思维，培养思维能力.

关键词：楞次定律；演示实验；实验创新

1创新展示

(1)创新实验——演示比较，感知现象

实验1：用试触法确定电流表指针偏转方向与电流从电流表接线柱进出方向的关系.

实验2：观察强圆形小磁铁(市场有售，以下简称“磁铁”，如果没有注明极性，可利用实验室小磁针判定)落向放在桌面上的闭合线圈上端(在线圈上面放上硬纸板)过程中电流表指针的变化情况，并根据电流表指针偏转方向确定线圈中的电流方向(如图1甲).

图1

实验3：观察磁铁从某一高度闭合线圈的上端下落穿出线圈的过程中电流表指针的变化情况，并根据电流表指针偏转方向确定线圈中的电流方向(如图2甲).

图2

实验4：让两个相同磁铁同时从相同高度分别落向放在桌面上的竖直闭合线圈和竖直不闭合线圈上端，观察落到线圈顶端的时间先后(如图1).

现象：磁铁落到闭合线圈上端的时间长，落到不闭合线圈上端的时间短.

实验5：让两个相同磁铁同时分别从相同高度的闭合线圈和不闭合线圈上端下落，观察穿出线圈落到桌面的时间先后(如图2).

现象：磁铁从闭合线圈上端落到桌面的时间长，从不闭合线圈上端落到桌面的时间短.

(2)创新论证——执果索因，揭示本质

实验4和实验5的现象表明，磁铁在落向闭合线圈上端和从闭合线圈上端下落穿出线圈的过程中，线圈都要对磁铁施加力的作用，而且线圈对磁铁的作用力阻碍磁铁的下落.探索这一现象的产生原因，揭示现象产生的本质和规律，则是引导学生“发现”楞次定律的过程，可以问题讨论的形式进行推理论证.

问题1：磁铁落向闭合线圈上端和从闭合线圈上端下落穿出线圈，分别比磁铁落向不闭合线圈上端和从不闭合线圈上端下落穿出线圈的时间长，说明了什么？

生：说明磁铁在落向闭合线圈上端和从闭合线圈上端下落穿出线圈的过程中，都要受到闭合线圈对其施加的阻力作用.

问题2：在磁铁落向闭合线圈上端和从闭合线圈上端下落穿出线圈的过程中，为什么闭合线圈对磁铁能够产生力的作用？

教师引导：从实验2和实验3可知，磁铁在落向闭合线圈和从闭合线圈上端下落穿出的过程中，闭合线圈中都产生了感应电流，可从闭合线圈中感应电流磁场方向与磁铁在线圈中产生磁场方向的关系分析.

生：磁铁落下线圈上端的过程中线圈中产生感应电流的磁场方向与磁铁在线圈中的磁场方向相反，即二者靠近端是同名磁极；磁铁穿出线圈的过程中线圈中产生感应电流的磁场方向与磁铁在线圈中的磁场方向相同，即二者离开端是异名磁极.按照同名磁极相排斥，异名磁极相吸引可知，磁铁在落向和穿出闭合线圈的过程中将受到线圈对其施加的阻力作用.

问题3：磁铁在落向闭合线圈和从闭合线圈中穿出下落的过程中，磁铁磁场穿过线圈的磁通量怎样变化？

生：磁铁落向线圈的过程中，磁铁磁场穿过线圈的磁通量增加，磁铁穿过线圈下落的过程中磁铁磁场穿过线圈的磁通量减少.

问题4：磁铁磁场穿过线圈的磁通量增加，感应电流的磁场方向与磁铁在线圈中的磁场方向相反；反之，感应电流的磁场方向与磁铁在线圈中的磁场方向相同，说明了什么？

生：说明了穿过线圈的磁通量增加时，感应电流的磁场阻碍磁通量的增加；穿过线圈的磁通量减少时，感应电流的磁场阻碍磁通量的减少，即感应电流的磁场对穿过线圈磁通量的变化起到阻碍作用，也就是感应电流的磁场总是要阻碍穿过线圈的磁通量变化.

通过对实验现象产生原因的追踪探索与论证，揭示了“感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量变化”的本质规律，这样楞次定律也就顺利建立起来.

2创新评价

楞次定律教学的两个创新，突出体现了物理学的“物”性特征和“理”性特征，其既是物理学本质的体现，又是有效物理教学的表现.

(1)创新实验与教材实验的比较

人教版3-2教材上通过使条形磁铁的N极和S极分别插入和拔出闭合线圈时产生感应电流和感应电流磁场方向的分析，从磁铁磁场穿过线圈磁通量变化的分析、感应电流磁场方向与磁铁磁场方向关系的分析，得出感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量变化，从而建立楞次定律.教材中的实验现象只是条形磁铁的N极和S极分别插入和拨出线圈的过程中，线圈中产生感应电流的方向不同，而对楞次定律中感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量变化无从直观显示.教材中楞次定律的建立过程主要是在于对隐性现象的显性分析，而教材中的实验现象对楞次定律中的关键词“阻碍”难以直观的呈现在学生眼前，使学生对实验现象的直观感知肤浅、感受程度较低，引发学生思维力度较小.而用小磁铁从相同高度同时落向闭合线圈和不闭合线圈的时间先后不同，以及用小磁铁同时从相同高度的闭合线圈与不闭合线圈上端下落穿出线圈落到桌面上时间的不同，直观的展示出感应电流的磁场对穿过线圈磁场磁通量变化阻碍作用的结果，使学生感知作用强、感性认识深刻，引发学生思维的力度大，对楞次定律的建立起着较强的启发引导作用.

(2)创新论证与教材论证的比较

人教版3-2教材中楞次定律的建立论证是在条形磁铁插入和拔出线圈中产生感应电流及显示感应电流方向的实验现象后，先根据实验现象说出感应电流的方向跟线圈内磁通量变化有什么关系，再利用感应电流磁场这个“中介”来表述这种关系，最后根据感应电流的磁场方向与引起磁通量变化的磁场有联系，并结合对实验过程四种情况中感应电流磁场方向的分析，得出感应电流的磁场阻碍引起感应电流的磁通量变化.整个论证过程是灌输式而不是启发引导式，是给学生带路而不是给学生指路，是交给学生路线而不是交给学生路标.这样，学生的理性思维难以得到激发，学生的思维品质和思维能力难以得到提高.

楞次定律建立的创新论证，是在磁铁落向闭合线圈和从闭合线圈上端下落穿出离开线圈下端的过程中，磁铁受到线圈施加的作用力而阻碍其运动的直观现象引导下，循着从结果探究原因，从而揭示现象本质的思路展开.实验现象激发思维，提出问题促进思维，论证过程展开思维，在论证过程中环环相扣、层层递进，思路清晰、思维张力大、思维质量高.同时在论证过程中，科学探究要素也得到了充分体现.

显然，教材论证的思路是打通原因和结果的通道，寻找原因和结果的联系，但产生结果的原因教材中明显是直接给出的；而创新论证是执果索因，从而探寻现象的本质和规律，在论证过程中学生的思维始终处于被激活的状态.

通过上述教学创新可见，直观的实验现象和执果索因的逆向追踪，对启迪和激活学生思维，以及培养学生的思维品质具有十分重要的作用，也真正体现了“以物论理”的物理教学思想.

参考文献：

人民教育出版社，课程教材研究所，物理课程教材研究开发中心.普通高中课程标准实验教科书 物理选修3-2.北京：人民教育出版社，2006.