“电动机”模型

陈昱英

高中物理课程是自然科学领域的一门基础课程，旨在落实“立德树人”根本任务，进一步提升学生的物理核心素养，为学生终身发展服务。物理学科的核心素养主要由“物理观念”“科学思维”“实验探究”“科学态度与责任”等四个方面的要素构成，目前的教学设计受传统教学影响，对培养学生“主动发展”意识落实不足，对物理学思维方法、学生潜能培养略感重视不足。本人在基于核心素养下的课堂教学进行了一些探索 ，下面以电磁感应现象典型模型“电动机”的教学为例，探讨高中物理课堂教学对“核心素养”指标的落实。

一、建立切割模型，回顾核心概念

【教学过程】

回顾核心概念：怎样理解切割模型中的电动势？法拉弟电磁感应定律的内容？

建立切割模型：如图1所示，足够长平行光滑金属导轨水平放置，宽度L，一端连接电阻R，导轨所在空间存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B，电阻为r的导体棒ab放在导轨上，其长度恰好等于导轨间距，与导轨接触良好，导轨电阻忽略不计。导体棒沿导轨向右匀速运动，速度大小为v。

【设计理念】

电动势概念及物理意义、闭合电路欧姆定律、法拉弟电磁感应定律等。概念和规律在头脑中的提炼升华，是培养“物理观念”的基本要求，也是从物理学视角解释自然现象和解决实际问题的基础。知识回顾让核心概念的理解更为清晰、承上启下;从“单棒匀速切割”入手进行模型建构，易于思考。

二、创设问题情境，培养科学思维

【教学过程】针对图1所示“单棒切割”模型，创设新问题——用电源E替换电阻R，如图2所示

足够长平行光滑金属导轨水平放置，宽度L，左端接有电源E、内阻为r，导轨所在空间存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B，电阻为R的金属棒ab放在导轨上，其长度恰好等于导轨间距，与导轨接触良好，导轨电阻忽略不计。

1、创设情境1：金属棒静止

思维训练1：从受力角度思考，使金属棒ab静止的原因？

回路中存在顺时针电流，导体棒ab在水平方向受向右的安培力F安作用，可以提供给金属棒一个向左的恒力F的作用，且F安=F。

思维训练2：从电学角度思考，谁是电源？等效电路？你能解决哪些问题？举例如下

2、创设情境2：直流电动机模型

直流电动机工作原理可以简化为图4所示情景。在竖直向下的磁感应强度为B匀强磁场中，两根光滑平行金属轨道MN、PQ固定在水平面内，相距为L，电阻不计。轨道端点MP间接有直流电源E（内阻不计），电阻为R的金属导体棒ab垂直于MN、PQ放在轨道上，与轨道接触良好，通过滑轮以速度v（v平行于MN）向右做匀速运动，从而提升用绳悬挂的重物。电路中电流为I，重力加速度为g，不计空气阻力，不计绳的质量和绳与滑轮之间摩擦。

思维训练1：从受力角度思考，使金属棒ab向右匀速运动的原因？

金属棒受水平向右的安培力、水平向左的拉力作用，合力为零。

思维训练2：从电学角度思考，与情境1中的电路一样吗？有何不同……

（1）电动势——当金属棒向右运动时，由于切割磁感线产生一个感应电动势，大小为，此時这个回路的电源电动势等效为E-，且。

总之，学生是课堂的主体、学习的主人，用问题激发学习兴趣，能更充分、更全面地调动学生的积极性，对学生的终身发展有着极其重要的作用——物理核心素养的思维能力培养显得尤为重要，在高中物理教学中培养学生的物理核心素养，任重而道远。