探究磁场对电流的作用

崔春红

摘要：传统实验演示与DIS数字化系统相结合的教学手段，提高实验效率，培养创新能力。传统演示实验能够激发求知欲，引导科学思维方向，培养探究精神。数字化系统利于自主设计实验方案，高效分析实验数据，理解知识的获取过程，强化实验操作能力。

关键词：传感器;探究实验;演示实验;安培力;DIS数字化系统

中图分类号：G633.7文献标识码：A文章编号：1992-7711（2019）12-042-1

一、设计思想

普通高中物理课程标准明确要求学生具有科学探究意识，具有设计探究方案和获取证据的能力，能正确实施探究方案。能够使用不同方法手段分析，处理信息，描述探究结果和变化趋势，具有交流的意愿和能力[1]。演示实验从生活现象中发现问题，提出问题，激发学生猜想、思考讨论。DIS数字化系统进行分组探究，自主设计实验，实验数据图像化，快捷、直观，实验结论精准。两者结合，能够培养主动合作的精神与务实的科研态度[2]。

二、教学过程

1.演示实验

当磁感应强度与通电导线垂直时，安培力的大小与哪些因素有关。实验现象发现通电导线中电流增大线框偏转更加明显，磁场变强线框偏转更加明显。猜想出安培力大小可能与通电导线的长度、电流以及磁场等因素有关。并且需要控制变量法、等效替代等方法。

2.实验仪器

DIS数字信息系统[4]，基于传统的实验室仪器，配合传感器、数据采集器和软件程序构成的新型实验系统[5]。匀强磁场、学生电源、数据采集器、导线、电流传感器、力传感器、分体式位移传感器、强磁场、磁感应传感器。

3.小组讨论

小组讨论，探究当磁感应强度与通电导线垂直时，安培力与通电导线的长度、电流以及磁场的关系。讨论可以集思广益、相互启发，有利于实验设计的合理性与流畅性。同时也有利于学生的合作学习，取长补短。

4.探究活动

探究1（探究安培力和通电导线长度的关系）控制通电导线电流一定，匀速移动线框位置，逐渐进入匀强磁场。利用位移传感器测出线框位移，从而等效替代进入匀强磁场导线的长度。利用传感器记录位移，力传感器记录安培力大小，得出两者关系。

探究2（探究安培力和电流的关系）当磁感应强度与通电导线垂直时，保持線框位置不变使通电导线周围的磁场以及通电导线长度不变。均匀增加电流，由电流传感器记录电流，力传感器记录安培力大小，得出两者关系。

探究3（探究安培力和磁感应强度的关系）当磁感应强度与通电导线垂直时，控制通电导线电流一定，保持线框位置不变。强磁场逐渐靠近通电导线，利用磁感应传感器测出通电导线周围磁感应强度。力传感器同步记录安培力大小，得出通电导线周围的磁感应强度与安培力大小的关系。综合三个探究实验，得出实验结论。一段通电导体垂直磁场放置时，其所受安培力F既与导体的长度L成正比，又与导体中的电流I，及磁感应强度B成正比：即F=KBIL，当物理量取国际单位时K=1，安培力表达式为F=BIL。当电流与磁场方向平行时，安培力的表达式应该如何？通过实验演示，引导学生发现，当电流与磁场方向平行时，通电导线不偏转，安培力为零。首先理论分析利用分解B或分解L取有效值的方法得出F=ILBsinθ。

探究4（探究安培力和电流与磁场方向夹角的关系）控制通电导线电流和磁感应强度大小一定，初始时刻位置保证磁场与通电导线平行。匀速转动匀强磁场，使通电导线周围的磁场与通电导线夹角θ均匀变化，利用力传感器测出安培力随着夹角变化的规律。记录数据，得证电流与磁场方向夹角为θ时安培力的表达式F=ILBsinθ。

三、设计优势

通过传统实验的演示与DIS数字化系统分组实验相结合的教学方式，培养学生发现问题、分析问题、提出猜想、设计实验、收集数据、提炼规律的能力。一方面利用了传统实验操作方便简洁，实验现象通俗易懂，定性表述清晰的优势。调动了学生对探究知识的兴趣，引导学生正确的提出假设并设计实验。另一方面，利用DIS数字化系统，将物理规律和物理现象数字化展示。通过传感器把非电学的物理量数字化并同步展示于电脑屏幕，充分利用了目前高中生对数字化信息的喜好与熟知，这符合学生认知规律，年龄特征以及时代特点。并且数字化系统也具有迅速、精准、真实、弱化非重点突出重点（原理规律）的多种特点。可以使学生在分组实验中节约时间，更加高效，提高整堂课的流畅性，有效掌握物理规律。

两者结合，可以提高每个学生对探究问题的参与度，发挥不同学生的各自特点和优势，实现合作学习。可以打破传统的满堂灌式教学模式所附属的教学过程单一，创新性低等壁垒。培养学生的发散思维，坚持学生的特色发展，使学生通过对知识的学习，进一步获得生活的体验。

[参考文献]

[1]普通高中物理课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.1.

[2]毛海玲.传感器用于中学物理实验初探[J].中学物理，2011，29（24）：34-35.

[3]刘宏，何梦佳，黄伟.对安培力演示实验的探究[J].物理教学，2017，39（8）：31-32.

[4]刁品全.DIS辅助教学下的"向心加速度"教学再思考[J].物理教学，2017，39（6）：27-29.

[5]何知书.用DISLab在水平方向探究胡克定律和弹簧的串、并联规律[J].物理教学，2017，39（11）：29-31.