精心设计问题 提升物理复习教学效益——以“楞次定律”的复习教学为例

浙江 李志豪

物理复习教学的主要任务，是引导学生对学过的知识进行梳理、重构、整合，使学生的学习水平得到提升。而使这一目标得以达成的有效途径，是引导学生置身于问题情境中，通过对物理问题的分析和讨论，实现知识与能力的再提高。因此，科学有效地设置物理问题，是提高物理复习教学效益的重要保证。我们不妨以“楞次定律”这一知识点的复习教学为例进行探讨。

“楞次定律”解决的是电磁感应方向的问题，涉及的知识主要有右手定则、楞次定律的基础表述、楞次定律的特殊表述及其能量解释。学生在之前的新课学习中，一般都局限于对右手定则、楞次定律的基础表述的初步理解和简单应用，还不具备一定的融合能力，学习水平还停留在单一结构层面上(理解知识的含义或知识的某一方面)和多元结构水平上(能联系多个孤立事件，但不会融合)。而将多元结构融合在一起，必须通过复习教学，使学生正确区别右手定则和楞次定律，并将楞次定律的基础表述推广拓展到特殊表述，使学生可以从能量守恒的角度来解释电磁感应现象。从而实现学习水平向关联结构水平(能将多个事件联系起来，掌握多个规律的综合应用)和抽象结构水平(能将知识抽象、扩展后进行应用)的转化。

1.知识梳理

通过设置相关问题，唤醒学生之前的认知结构，并对之前的认知进行补漏。

【问题1】如图1所示，A线圈中通有逆时针方向的电流I，放于A线圈外的B导体环的a、b两端用导线连一电流计G。试判断当A线圈中电流I减弱时，B导体环中的感应电流方向。

图1

【分析要点】①确定研究对象：B导体环与电流计G所围成的闭合回路；②明确原磁场及其方向：A线圈中电流在所选回路中的磁场方向垂直纸面向内；③明确原磁通量的变化情况：减小；④判断感应电流I感在所在回路中的磁场B感的方向：由楞次定律可知B感的方向垂直纸面向内；⑤判断感应电流I感的方向：由安培定则可知回路中I感的方向为b→G→a→b，故B环中的感应电流方向为逆时针方向。

【设计意图】①回顾楞次定律的基本内容；②梳理应用楞次定律判断感应电流方向的方法和基本步骤；③澄清一些问题。比如：楞次定律的研究对象是什么？(本问题中容易选取B导体环所围的回路为研究对象而导致错误，从而暴露学生理解上存在的缺陷)，什么是原磁场？感应电流的磁场阻碍原磁通量的变化的含义是什么？感应电流在何处的磁场与原磁场同向？等等。

2.知识关联

理清相关或相近知识间的相互联系，深化对物理概念和物理规律的正确理解，增强认知结构中知识联系的紧密性和区分度，实现学习水平向关联结构水平的提升。

【问题2】如图2所示，长直导线MN中通有电流I，导线框abcd处于导线MN所在的平面内。试分别用楞次定律或右手定则判断下列情况下导线框abcd中的感应电流方向：

图2

(1)当电流I增大，导线框分别处在图中①②③位置时；

(2)导线框从①位置移向③的过程中。

【分析要点】本问题涉及动生和感生两种形式的感应电流，前者楞次定律和右手定则均适用，而后者只能用楞次定律，所以分析时要着重引导学生对两者作出正确合理的选用。

(1)电流I增大时产生的感应电流属于感生电流，只能选用楞次定律判断出导线框处在①②③位置时的感生电流方向分别为顺时针、无电流、逆时针方向。

(2)导线框从①位置移向③位置的过程中产生的感应电流是因导体切割磁感线而产生的感应电流，可引导学生分别用楞次定律和右手定则两种方法进行判断。分析时必须注意以下三点：①由于整个过程中磁通量的变化情况各个阶段有所不同，因此要分阶段进行分析；②用楞次定律判断时，研究的对象是一个回路，对应的是一个过程；而右手定则研究的是一段切割磁感线的导体(本问题中是ad和bc两段导体)，对应的是瞬时感应电流；③用右手定则判断时，应先分别判断出ad、bc两段导体中的感应电流方向，再根据它们所处磁场的强弱情况比较两者感应电动势的大小，由此推断出整个线框中的感应电流方向。答案为：先顺时针、后逆时针、再顺时针方向。

【设计意图】①使学生正确区别右手定则与楞次定律的适用场合、研究对象、判断方法以及针对的是过程还是瞬时等方面的不同；②让学生体验用右手定则与楞次定律判断感应电流方向的难易情况，学会对右手定则与楞次定律的正确选用。

【问题3】如图3所示，当导线框P从磁铁的N极正上方沿直线平移到S极正上方的过程中，导线框P中产生的感应电流方向。

图3

【分析要点】应使学生明确这是一个磁场分布情况较为复杂的情境，产生的是动生电流。若选用右手定则判断，因各段切割磁感线的导体不仅所处磁场的强弱和方向各不相同，且随导线框位置的改变而发生改变，而难以作出正确的判断。因此，应选用楞次定律判断导线框中感应电流的方向。为此，须画出磁铁上方导线框P经过路径内的磁感线分布图，由此便可以看出整个移动过程中穿过P的原磁通量的变化情况为前后两个阶段不同。对线框P经过磁铁中点上方前、后两个阶段分别运用楞次定律判断出其中的感应电流方向均为俯视逆时针方向。

【设计意图】①在原磁场分布情况较为复杂的情况下，如何灵活地选用楞次定律和右手定则，是学生中普遍存在的问题，设计上述问题的意图，就是要通过剖析选用右手定则判断时会遇到的麻烦和选用楞次定律的优势所在，从揭示选用规律的本质出发，帮助学生提高灵活选用物理规律解决问题的能力；②使学生通过画出磁感线的分布图，清楚地展示复杂磁场磁通量的变化情况，从而形成通过画示意图帮助分析问题的良好习惯；③明确当涉及的过程中磁通量变化有多种情况时，应分阶段进行分析。

3.知识拓展

将物理知识扩展后进行应用，丰富学生的认知结构，实现学习水平向抽象水平的提升。

【问题4】如图4所示，同一闭合铁芯上绕有两个线圈L1、L2，L1两端接一电容器C，L2与两不计电阻的平行导轨相连，导轨处于一垂直纸面向里的匀强磁场中，则当放在导轨上的导体棒ab向左加速运动时，电容器C的哪个极板带正电？右边导轨M、N两端的电势哪点高？

图4

【分析要点】引导学生弄清：①ab棒向左加速运动时，在该棒中产生了逐渐增大的动生电动势，对于ab棒和L2线圈组成的回路，ab棒是提供感应电流的电源。而在线圈L1中则产生的是感生电动势，它是提供电容器充电的电源。②分别选用右手定则和楞次定律判断ab棒和L1中(设想电容器C两极板短接时)的感应电流方向，再根据电路知识确定出a、b(以及导轨M、N)两端电势的高低情况和电容器C两极板的带电情况。答案为N端电势高，电容器C的上极板带正电。

【设计意图】本题设计了涉及两种感应电动势的情境，其意图是通过分析讨论使学生明确：①结合电路的知识，将楞次定律和右手定则，拓展到感应电动势的方向、电磁感应现象中电势高低问题的判断；②正确区别运用楞次定律和右手定则判断电势高低在适用场合、研究的对象及判断方法等方面的异同；③弄清动生电动势与感生电动势分别产生于回路的哪一部分。

4.知识提升

从特殊到一般，从具体到抽象，实现对物理知识理解层次的进一步提升。

【问题5】如图5所示，甲中导体棒ab向右做切割磁感线运动；乙中线框M在磁场B中转动；丙中导体圆环N在逐渐增强的磁场B中；丁中导体圆环P处在通有逐渐减弱的电流I的磁场中。试分析甲中的导体棒ab、乙中线框M、丙中导体圆环N、丁中导体圆环P中产生的感应电流受原磁场安培力的方向，并由此总结感应电流与原磁场作用的效果有什么共同特点。

甲

乙

丙

丁

【分析要点】先运用右手定则或楞次定律判断出感应电流方向，然后由左手定则判断出原磁场对产生感应电流的导体所施加的安培力F的方向，由此分析原磁场与感应电流相互作用的结果对引起产生感应电流的原因总是起阻碍作用。在此基础上，从能量的角度进行分析，得出上述现象是能量守恒运用于电磁感应的必然结果。其分析过程可用下面的框图表示：

【设计意图】借助于动生和感生电流的几种具体情境，通过引导学生就感应电流与原磁场作用的效果情况进行分析，由此总结得出楞次定律的另一种更具有普遍意义的表述：感应电流与原磁场相互作用的结果总是阻碍产生感应电流的原因。从而实现楞次定律的物理内涵由特殊到一般的飞跃。

【问题6】图中M是一个可以绕垂直于纸面的轴O转动的闭合矩形导线框，A、B为两个绕在铁芯上的相同线圈，A、B与电源、滑动变阻器连成一个闭合电路而通有电流，则当滑动变阻器触头P右移时

( )

图6

A.如果两线圈绕向相同，M将从图示位置逆时针转动

B.如果两线圈绕向相反，M不会转动

C.如果两线圈绕向相同，M所在平面原处在与铁芯左右端面平行位置，则M向两个方向转动都有可能

D.M的转动方向跟电源极性有关

【分析要点】引导学生对题中涉及的各种情况尝试先运用楞次定律的一般表述判断M中的感应电流方向，再分析其受的安培力方向，由此推断出线框的转动情况。然后用“结果阻碍原因”的楞次定律的另一种表述直接判断出线框的转动情况。正确的选项为AB。

【设计意图】设计电源极性、线圈绕向以及线圈平面原来所处位置的不同情况，引导学生用楞次定律的两种表述进行分析，从两种方法运用于各种不同的情境的分析比较中体会用后一种方法的优越性，从而使学生对楞次定律的理解得到进一步的提升。

综上所述，通过设计上述四个环节、六个问题，在对问题的分析、讨论过程中，进行知识的梳理、引申、拓展和提升，达到深化理解和系统掌握所学的知识，实现知识结构的有效建构。