基于实验探究的“楞次定律”教学设计与实施

屠旭滨

摘 要：实验探究是物理学科核心素养的重要内容。楞次定律的教学，可以运用实验导入新课、探究规律和拓展应用， 课堂上所有实验活动的安排，都是为楞次定律的探究、理解和应用奠定基础。让学生充分经历分组实验的探究过程，通过问题的导引，引导学生猜想并进行科学推理，总结出感应电流方向所遵循的一般规律，提高学生分析、归纳、概括及表述能力。让学生应用规律解释系列性的演示实验现象， 从不同角度加深对“阻碍”的理解，体会楞次定律的多样统一性，提高学生解释实验现象和解决实际问题的能力。

关键词：实验探究；楞次定律；分组实验；演示实验

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2017）10-0064-5

实验探究是物理学科核心素养的重要内容，实验可以激发兴趣、创设情景、探究规律、验证理论。笔者有幸参加了第二届全国实验教学说课比赛，阐释了楞次定律的实验教学设计，获得了评委的一致好评。在此，向各位同仁介绍基于实验探究的楞次定律教学内容和过程。

1 实验教学设想

楞次定律作为高中阶段最为综合、最为抽象的一个物理规律，既是高中物理的一个教学重点，又是一个教学难点。该内容具有以下几个特点： 规律的抽象性——涉及因素多，关系复杂，规律比较隐蔽， 抽象性和概括性很强；思维的思辨性——感应电流磁场和磁通量变化是一种辩证的“阻碍”关系；内容的综合性——既综合了前面所学的电学内容，又综合了前面所学的力学内容。本节内容通过分组实验的探究过程，概括和理解楞次定律，通过演示实验的现象解释， 进一步理解和应用楞次定律。

让学生充分经历楞次定律的实验探究过程，通过问题的导引，引导学生猜想并进行科学推理，以感应电流的磁场方向为“中介”，总结出感应电流方向所遵循的一般规律，提高学生分析、归纳、概括及表述的能力。在探究楞次定律后，让学生应用规律解释系列性的演示实验现象， 让学生从不同角度加深理解“阻碍”的内涵，体会楞次定律的多样统一性，提高学生解释实验现象和解决实际问题的能力。通过分组实验的探究和演示实验的解释，给予学生充分实验、思考、表达的机会和时间，体会实验与思维相结合的科学方法，提高手脑结合探索学习的能力，提升学生的物理核心素养。

实验是研究和学习物理的基本方法，依据教材内容的特点和学生的认知水平，在楞次定律的教学中，我们选择的教学方法是：以实验为基础，以思维为中心，以问题为导引。课堂上所有实验活动的安排，都是为楞次定律的探究、理解和应用奠定基础； 所有实验问题的设计，都是为了促进学生的思维活动，都是基于学生思维的发展。楞次定律的教学内容，包括规律的探究、理解和应用，基于上述教学内容和教学方法的分析，我们设定的基于实验探究的楞次定律教学目标是：

物理观念

（1）形成感应电流的磁场与磁通量的变化是“阻碍”关系的认识。

（2）会用楞次定律判断感应电流的方向。

（3）体会磁生电过程符合能量转化和守恒。

科学思维

（4）根据实验现象的观察和记录，引导猜想，归纳总结感应电流磁场与磁通量变化的关系。

（5）體会感应电流磁场和磁通量变化是一种辩证的“阻碍”关系。

实验探究

（6）通过设计分组实验方案，在表格中记录和分析四种实验结果，概括出楞次定律。

（7）通过解释四个系列性的演示实验现象，从不同角度理解“阻碍”的内涵。

科学态度和责任

（8）通过“魔戒”趣味实验激发好奇心和求知欲，基于实验证据和逻辑推理尝试概括楞次定律。

2 实验教学过程

为了达成上述实验教学目标，突破实验教学的重难点，把楞次定律的实验教学过程分为以下三个环节：

2.1 实验激趣，引出研究课题——设计趣味实验， 激发兴趣，引出课题

“魔戒”实验：淘宝网上购买了两个外观相同的戒指，一根铜管， 如图1和2所示。普通戒指套在铜管外面静止释放，下落很快，磁性戒指下落很慢，这是什么原因呢？ 这个实验与传统的落磁实验有两点不同，一是戒指套在铜管外面下落，看得见；二是用两个外观一样戒指做实验，有神秘感，留下悬念。

2.2 实验探究，发现和表述规律——设计探究实验，主动探究，得出规律

（1）观察思考，提出问题

观察思考：演示磁铁插拔螺线管实验，如图3所示，同样是插入，N极朝下时和S极朝下时，指针偏转方向不同；同样是N极朝下，插入时和拔出时，指针偏转方向也不同。

提出问题：感应电流的方向到底满足怎样的规律？

（2）引导猜想，设计方案

引导猜想：引导学生猜想，影响感应电流方向的可能因素有哪些？（学生经过思考、讨论，抽象出两个本质因素：磁通量的变化和磁场的方向）。

设计方案：根据每个因素分别有两种可能方向和两种变化趋势，引导学生设计出如图4所示的四种实验情景，再让学生分组进行实验，并完成如图5所示的四种实验情况的记录（标出磁铁的极性、磁铁的运动方向和感应电流的方向）。

（3）分析数据，发现规律

初探规律：为了直观分析实验数据，引导学生把四种实验结果记录在表格中，如表1所示，请学生分析表格中磁通量的变化、磁铁的磁场方向、感应电流的方向三者之间的关系，看看能否概括出规律？学生尝试概括规律后发现不能找到这三者之间的明确关系，此时，鼓励学生坚信自然规律是简单的，只是关系更隐蔽。

引进“中介”：能不能采用“迂回战术”，引进一个“中介”，通过“中介”找一找它们的间接关系呢？回顾磁现象中的相互作用，磁体和磁体、电流和磁体以及电流和电流之间都是通过磁场发生相互作用的，进一步启发学生，感应电流有没有磁场？自然地引出“感应电流的磁场方向”这个物理量。根据右手螺旋定则可知，感应电流的磁场方向可以充当感应电流方向的中介。接着，把学生的研究思路转移到寻找感应电流的磁场方向、磁铁的磁场方向、磁通量的变化这三者之间的关系上来。endprint

再探规律：如表2所示，在表1上增加第5列（感应电流磁场B的方向），然后删除第4列（感应电流的方向），最后再补上第6列（感应电流磁场B与磁铁的磁场B的方向关系）。

发现规律：磁通量增加时，感应电流的磁场方向跟原磁场方向相反；磁通量减少时，感应电流的磁场方向跟原磁场方向相同，归纳为“增反减同”。

（4）呈现框图，表述规律

归纳概括：物理学追求最简洁的语言，两句话能否整合成一句话呢？基于这样的思想，再去分析感应电流磁场的作用——感应电流的磁场总要阻碍磁通量的变化。这样，就可将“增反减同”四个字进一步提炼浓缩为“阻碍”两个字，实现了高度概括。

呈现框图：教师引导学生用框图来概括这种复杂的逻辑关系，如图6所示，使知识的结构变得更加清晰、简明，帮助学生理解与建构知识。

表述规律：学生用自己的語言进行表述，再对照框图阅读教材文本，促进对规律的理解。通过实验探究，得出了判断感应电流方向的规律——感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化，磁通量的变化是“因”，而感应电流的产生是“果”，“结果”阻碍“原因”。

2.3 实验拓展，理解和应用规律——设计拓展实验，创设情景，掌握规律

拓展实验1：判断感应电流的方向——理解“阻碍磁通量变化”

用如图7和8所示的自制实验装置演示，磁铁上下振动时二极管交替发光，利用这个情景请学生用楞次定律判断感应电流的方向。先理论分析，再实验验证，最后请学生总结应用楞次定律判断感应电流方向的具体步骤。

拓展实验2：分析磁铁和铝环之间的相互作用——理解“阻碍相对运动”

如图9所示，可自由摆动的闭合铝环竖直悬挂，强磁铁N极靠近和远离闭合铝环时分别有什么现象呢？ 调换极性，S极靠近和远离闭合铝环，结果是否相反呢？ 可谓是相见时难别也难，这个“来拒去留”现象请学生用楞次定律解释。如果把铝环做得很长，做成铝管，这就是导入新课时的“魔戒”实验，原来下落很慢的是磁性戒指，因为一直有阻碍，所以下落很慢。

拓展实验3：分析电磁阻尼现象中的能量转化——理解“电磁感应符合能量守恒”

磁铁上下振动，二极管交替发光了，产生了电能；磁铁靠近和远离闭合铝环，铝环摆动了，增加了动能，这两个电磁感应现象中能量是如何转化呢？ 磁铁上下振动后，把图7中的开关K闭合，振动很快就停下来。请学生用楞次定律解释如图10所示的电磁阻尼现象。

拓展实验4：分析电磁感应的综合应用现象——理解“结果阻碍原因”

用如图11所示的自制实验装置演示电磁感应的综合应用现象（两根铜管固定，另两根铜管可自由滚动，当磁铁插入时铜管靠拢，磁铁拔出时铜管分开），请学生用楞次定律分析这个“增缩减扩”现象。理论分析很复杂，实验演示很直观，这个“增缩减扩”现象也反映了楞次定律的更深层含义——结果阻碍原因。

通过上述四个拓展实验的设计，引导学生从不同角度理解“阻碍”的内涵，使学生深刻理解楞

次定律内涵的多样统一性（如图12所示），帮助

实验是物理学的基础，实验也是学物理的基础。楞次定律的教学，可以运用实验导入新课，运用实验探究规律，运用实验拓展应用， 以实验为基础，以思维为中心，以问题为导引，促进学生在实验中动脑思考。

参考文献：

[1]张新华.以“楞次定律”教学为例谈自主探究学习[J].物理教学探讨，2014，32（4）：8-10.

[2]陈彬.优化表格设计拓展探究思维——浅谈楞次定律探研教学[J].中学教学参考，2013（12）：68-69.

（栏目编辑 邓 磊）endprint