关于电磁感应现象的实验教学法

武震宇

摘要：学生掌握知识的过程其实就是认识事物的过程，在教学过程中积极采取实验演示等直观教学的方式，注意发挥他们的学习自觉能动性，待学生对物理现象获得感性认识后，引导学生积极思考，让学生把获得的感性认识上升到理论认识、从而帮助学生认识并理解电磁感应这种物理现象。实践证明，通过这种直观并带着启发式的教学方式，绝大部分同学都能够比较好地掌握电磁感应的概念及其规律，从而取得较好的教学效果。

Abstract： The process of student to master knowledge is actually the process to know kings. In the teaching process， teachers should actively take experimental demonstration and other visual teaching modes， and pay attention to arouse the enthusiasm of students learning initiative. After the students get perceptual knowledge of physical phenomenon， teachers should guide students to think actively， let the students to get the perceptual knowledge rise to theoretical understanding， so as to help students understand the electromagnetic induction phenomenon. Practice has proved that through this intuitive and heuristic teaching method， the vast majority of students are able to better grasp the concept of electromagnetic induction and its laws， and the better teaching results will achieved.

关键词： 电磁感应现象；探究性实验教学；教学方法

Key words： electromagnetic induction phenomenon；exploratory experiment teaching；teaching method

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）30-0149-03

0 引言

电磁感应现象是《电工基础》这门课程的核心内容，它揭示了磁和电的内在联系，是我们进一步学习《电子技术》、《电机学》、《电气设备》等专业课程的重要基础，在整个电类专业课程的学习过程中具有非常重要的地位，是同学们必须理解并熟练掌握的内容。为了便于学生理解并掌握电磁感应现象，根据自己多年来的教学实践，探索运用了演示实验的探究式教学的方法进行教学，收到了良好的教学效果。

1 提出问题，引入新课

首先，通过复习磁场的有关知识，使同学们进一步理解磁现象的电本质：磁场是由电流产生的，即“电能生磁”。最早发现电能生磁这一现象的物理学家是丹麦的奥斯特，1820年4月，奥斯特通过实验（称为“奥斯特实验”）发现了电流可以产生磁场，实验现象见图1。

奥斯特实验的这一发现就像是架起了一座电和磁之间的桥梁，人们自然而然的就会想到这座桥梁难道仅仅是一个单行道吗？就会产生以下的猜想：既然电流可以产生磁场，那么磁场是不是也可以产生电流呢？磁场如果能产生电流，那么，它应该具有什么样的条件呢？从而引出我们这一堂新课的教学内容。

2 根据猜想，设计实验

电流可以产生磁场，是通过试验获得的。那么我们可以引导学生思考，是不是也可以考虑通过实验的办法来研究“磁场能否产生电流”这个问题。为此，我们需要考虑实验装置的设计问题，并利用设计的实验装置来研究“磁场能否产生电流”的问题。

2.1 实验装置所需实验器材的选取

老师通过引导同学思考，要完成“磁场能否产生电流”的问题的研究，必须提供那些器材。

①要创造出磁场环境，需要什么器材？

②要看是否产生电流所以要提供电流的载体或者是电流流动的路径，需要什么器材？（导体：直导体、螺线管线圈等）

③电流即使产生了也是看不见摸不着，要发现电路中是否有电流的产生，需要什么器材？（灵敏度高的电流表、检流计）

讨论的结果：实验所需要的器材是：磁铁、导体、灵敏度高的电流表。

2.2 设计实验装置

2.3 利用实验装置进行实验研究，填写实验情况记录表

利用图2、图3所示的实验装置，引导进行相应的实验研究，并将实验结果记录到相应的实验情况记录表中，见表1和表2。

①奥斯特实验证明导体通电后可以产生磁场，那么反过来是不是把导体放在磁场里就会产生电流呢？观察发现没有电流产生，将观察结果记录到表1和表2中。

②把导体直接放在磁场里没有产生电流，可能是由于导体与磁场处于相对静止的缘故；那么我们试着让导体和磁场相对运动起来，看能不能产生电流？（观察记录实验结果）

2.4 分析实验，探究结论

从表1、表2记录的情况来看，在一定的条件下，磁场是可以产生电流的。那这个条件是什么呢？这就需要我们进一步寻找以上两个实验的共同之处，从本质上总结出磁能生电的条件。

①先分析螺线管线圈的实验情况。

在实验装置中，我们知道条形磁铁在其周围空间存在磁场，磁场的强弱和方向可以用磁力线来描述，磁力线穿过线圈平面的磁力线的根数成为线圈的磁通量，记为￠（磁通量是我们前面已经学习了的概念）。穿过线圈平面的磁力线的根数越多，线圈的磁通量越大；反之，线圈的磁通量越小（见图4）。

有了线圈的磁通量的概念后，我们再来分析实验过程（见图5）：我们很容易就可以发现，当条形磁铁插入螺线管线圈时，穿过线圈的磁力线根数增加，线圈的磁通量变大；当条形磁铁从螺线管线圈拔出时，穿过线圈的磁力线根数减少增加，线圈的磁通量变小，也就是说，在条形磁铁插入或者拔出螺线管线圈的过程中，线圈的磁通量￠发生了变化，同时，我们从表2的记录情况可知，此时闭合电路有电流产生。

当条形磁铁不动时，穿过线圈的磁力线根数不变，线圈的磁通量￠没有变化，同时，我们从表2的记录情况可知，此时闭合电路没有电流产生。

到此时，我们好像找到了“磁能生电”的条件：当通过线圈的磁通量发生改变的时候，螺线管线圈实验装置的闭合电路（由装置中的螺线管线圈、电流表及连接二者的导线构成）中有电流产生；当通过线圈的磁通量没有发生改变的时候，闭合电路中没有电流产生。如果这个条件也能解释直导体装置的实验现象，那我们就找到以上两个实验的共同之处，从本质上总结出磁能生电的条件。

②再分析直导体实验装置的实验情况。

如果我们将实验装置中的直导体、导线和电流表构成的闭合电路视为一个（单匝）线圈。当导体静止在磁场中和导体沿磁力线方向上下运动时，穿过线圈的磁力线根数没有发生变化，线圈的磁通量￠没有变化，按照我们找到的“磁能生电”的条件来判定，此时闭合电路（由直导体、导线和电流表构成的）中应该没有电流产生，这一点和表1的观察记录情况是吻合的；当导体向左、向右切割磁力线运动时，我们可以发现线圈的面积在变化，穿过线圈的磁力线根数在变化，也就是说线圈的磁通量￠发生了变化，按照我们找到的“磁能生电”的条件来判定，此时闭合电路（直导体、导线和电流表构成的电路）中应该有电流产生，这一点和表1的观察记录情况也是吻合的。

这样我们就找到了两个实验的共同之处，从本质上找到了磁能生电的基本条件：不管是什么原因，只要穿过线圈的磁通量发生改变（理解：线圈中既要有磁通量，又要有磁通量的变化），闭合电路中就一定有电流产生。

3 总结提炼，获得新知

物理学每遇到新的问题、新的现象，都会促使新的概念的产生。本节课我们通过实验探究的办法，发现了在一定的条件下，磁场是可以产生电流的这样一个新现象，为描述这一现象，产生了以下新的概念：①电磁感应：把由于穿过线圈的磁通量发生改变，而在闭合电路中产生电流的现象，称为电磁感应；简单地说，就是把磁能生电的物理现象称为电磁感应。②感应电流：由电磁感应现象产生的电流称为感应电流。③感应电动势：由电磁感应现象产生的电动势，称为感应电动势。④产生电磁感应的条件：穿过线圈的磁通量必须发生改变。

4 新课提示

通过本节课的学习，我们认识了电磁感应这种物理现象。下一次课，我们将继续进行实验探究，找到由电磁感应现象引起的感应电动势大小和方向的表达式，以便于我们在今后的学习和工作中分析各种电磁感应现象。请同学课后在复习本节课教学内容的基础上，预习电磁感应定律一节。

5 结语

从1820年4月丹麦物理学家奥斯特发现电流的磁效应，到1831年8月29日，历经的十年的艰苦努力，大胆探索，英国物理学家法拉第终于发现了磁能生电的重要事实及其规律，进一步揭示了电和磁的联系。之后仅两个月，他就根据电磁感应原理，制成了世界上的第一台发电机，发电机的发明，是电能的大量生产成为可能，从而使人类社会由蒸汽时代跨入了电气时代，由此拉开了第二次工业革命的序幕。第二次工业革命对人类社会的经济、政治、思想文化、生活方式等方面产生了深刻的影响，为人类社会的发展做出了巨大的贡献。

法拉第在众多的领域都取得了惊人地成就，这一切都缘于他是一个刻苦学习、勇于坚持、大胆探索的人。今天，我们仿照法拉第等前人探索的路子，通过探究性实验教学的过程，感受科学探索的精神，从而培养同学们养成坚持不懈、勇于探索、实事求是的科学态度，争做社会的有用人才。

参考文献：

[1]劳动和社会保障部教材办公室组织编写.电工基础[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2003.

[2]丘关源.电路原理[M].北京：高等教育出版社，2000.

[3]张轶炳，祁瑞娟，王芳芳.非闭合导体回路电磁感应现象形成机制的探讨[J].物理通报，2015（11）.