關(guān)于楞次定律教學(xué)的幾點思考

(蘇州市第三中學(xué)校，江蘇 蘇州 215001)

1 問題的提出

楞次定律是電磁學(xué)中的一條普遍規(guī)律，用它可判斷感應(yīng)電流方向，繼而進行受力分析和運動分析，并討論功能轉(zhuǎn)換關(guān)系.它是中學(xué)物理教學(xué)的重點和難點.楞次定律因其內(nèi)容(涉及到的抽象概念有磁場、感應(yīng)電流等)，所涉及物理概念間的關(guān)系復(fù)雜(阻礙變化)，再加上定律涉及的是變化的磁場與感應(yīng)電流的磁場之間的關(guān)系，由靜到動，是質(zhì)的飛躍，也是教學(xué)難點.到高三后還有不少學(xué)生仍僅停留在磁通的“增反減同”層面上，沒有把握定律的本質(zhì).

現(xiàn)行人教版物理3-2教科書以探究模式來展開教學(xué)，通過觀察不同磁極靠近、遠離線圈過程中靈敏電流計指針偏轉(zhuǎn)方向，完成表格，最終由表格內(nèi)容歸納出楞次定律.圖1這樣的設(shè)計與安排在有限課堂教學(xué)時間內(nèi)很難達成預(yù)設(shè)目的，究其原因如下:

圖1

(1)探究教學(xué)基本過程概括起來是：形成問題，建立假設(shè)，制定實驗研究方案，進行實驗、演繹推理得出結(jié)果、檢驗結(jié)果，得出結(jié)論[1].對照此流程，發(fā)現(xiàn)問題環(huán)節(jié)是在實驗基礎(chǔ)上解決的，實驗裝置復(fù)雜,對學(xué)生的探究活動干擾因數(shù)較多.第二環(huán)節(jié)的提出問題，立足于學(xué)生已有知識，最有可能提出的問題應(yīng)是：感應(yīng)電流的方向與什么因素有關(guān)，如何去歸納.若教師不加提示，學(xué)生很難將問題轉(zhuǎn)化為去尋找感應(yīng)電流磁場與原磁場的關(guān)系.教科書將“感應(yīng)電流的磁場”作為“中介”介紹給學(xué)生，這樣的處理與學(xué)生的認知邏輯沖突，有牽著學(xué)生鼻子走路之嫌，接下來的環(huán)節(jié)也未能體現(xiàn)學(xué)生的主體意識，違背了探究本意.

(2)實驗過程中，學(xué)生必須事先研究出檢流計的指針偏轉(zhuǎn)方向與電流流向的關(guān)系：電流從正接線柱流入，檢流計的指針向右偏，反之則左偏.其次線圈的繞向也是一個重要因素,探究過程要考慮的因素太多.另外還要求學(xué)生腦海里呈現(xiàn)出的是一個立體空間：磁場方向垂直于線圈繞向.以上是完成探究實驗所必需的，學(xué)生操作和理解都有難度，違背了教學(xué)的簡單原則[2].

(3)“磁通量”概念是法拉第在1846年提出的，因此楞次在1834年提出定律時不可能具有現(xiàn)在教科書上的表述形式.教材這樣處理的目的是為了與前面內(nèi)容以及探究實驗形成呼應(yīng),形成完整教學(xué)體系.基于現(xiàn)有教材,從磁通角度描述定律,其中心語是感應(yīng)電流的磁場阻礙原磁場的變化,再從語法的角度分析主、謂、賓，學(xué)生可以對定律達成一定程度的認識,但若止步于此，不利于學(xué)生理解定律的本質(zhì)，加大了后續(xù)學(xué)習(xí)的難度.鑒于以上原因,需要對楞次定律的教學(xué)進行重新設(shè)計.

2 對教學(xué)流程的重新設(shè)計

(1)對實驗的處理

圖2

可以用教科書上習(xí)題6的“楞次環(huán)”作為探究楞次定律的實驗,相比于圖1的實驗,簡單而且現(xiàn)象明顯直觀.如圖2所示,用兩環(huán)進行分別對比分析,可檢驗產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件；把不同磁極靠近(插入)閉合環(huán)，從排斥現(xiàn)象可引導(dǎo)學(xué)生分析出閉合鋁環(huán)在近磁鐵側(cè)感應(yīng)出同名磁極；把不同磁極遠離(拔出)閉合環(huán)，從吸引現(xiàn)象可引導(dǎo)學(xué)生分析出閉合鋁環(huán)在近磁鐵側(cè)感應(yīng)出異名磁極.若教師處理得當，學(xué)生能得到感應(yīng)電流的磁場要阻礙磁鐵與鋁環(huán)之間的相對運動，即“來拒去留”.這樣的定性實驗簡單易行，現(xiàn)象明顯.為后續(xù)引出感應(yīng)電流的磁場埋下伏筆.

(2)探究過程簡單明晰

“探究式”教學(xué)已成為當下物理規(guī)律教學(xué)的主要方式.這種教學(xué)方式不僅可以培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析、解決問題的能力,而且改變了傳統(tǒng)的“滿堂灌”的教學(xué)模式，充分調(diào)動學(xué)生主觀性，活躍了課堂教學(xué)氛圍.在楞次定律的教學(xué)中,引導(dǎo)學(xué)生把“楞次環(huán)”實驗中鋁環(huán)看作一匝線圈，則可以通過等效的正負極來判斷出電流的方向,進而得到楞次定律的內(nèi)容,顯得非常簡潔,邏輯上也會非常清晰.

3 楞次定律后續(xù)教學(xué)的思考

(1)僅從磁通量角度，定律可理解為“增反減同”.這樣的處理便于學(xué)生接受.也有利于分析解決問題.教材僅從磁通量的角度來判斷感應(yīng)電流的方向是不完整的，后期教學(xué)中教師應(yīng)從力、能兩角度引導(dǎo)學(xué)生理解、應(yīng)用定律，讓學(xué)生掌握定律內(nèi)涵：感應(yīng)電流的結(jié)果阻礙引起產(chǎn)生感應(yīng)電流的原因.

圖3

(2)楞次定律的原有表述呈現(xiàn)出了鮮明的動力學(xué)特征[3]，是綜合了法拉第就電磁感應(yīng)現(xiàn)象的說明與安培電動力學(xué)理論的產(chǎn)物.如圖3，在光滑水平導(dǎo)軌上，用力F拉動導(dǎo)體棒，回路中出現(xiàn)感應(yīng)電流，棒受與F方向相反的安培力作用.在判斷過程中需分別應(yīng)用“右手定則”和“左右定則”進行判斷.若從力學(xué)角度理解楞次定律：安培力(感應(yīng)電流的結(jié)果)就是阻礙外力F作用(產(chǎn)生感應(yīng)電流的原因)，即“來拒去留”.這樣理解楞次定律會快捷許多.

(3)楞次定律也是能量守恒定律在電磁感應(yīng)中的體現(xiàn).趙凱華、梁燦彬先生所著的《電磁學(xué)》中都持有這樣的觀點：阻礙就是體現(xiàn)能量守恒，否則永動機則成為可能[4].學(xué)生尤缺從能量觀點解決此類問題的能力.圖3從功能角度可理解為：力F拉動導(dǎo)體棒的過程就是力F做功的過程，力F對系統(tǒng)注入能量.一方面導(dǎo)體棒動能增加，另一方面感應(yīng)電流流經(jīng)電阻，使其發(fā)熱，產(chǎn)生內(nèi)能.此時楞次定律可理解如下：焦耳熱(感應(yīng)電流的結(jié)果)就是阻礙外力F做功(產(chǎn)生感應(yīng)電流的原因)，這樣分析便于學(xué)生形成此類問題中的能量意識.

參考文獻:

[1]劉旭佳.高中物理理論探究教學(xué)模式的研究[D].福州：福建師范大學(xué)，2010

[2]邢紅軍，寧成，胡揚洋.楞次定律教學(xué)的高端備課[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2013，(4)：18-20.

[3]郭奕玲，沈慧君.物理學(xué)史[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005：113.

[4]趙凱華，陳熙謀.新概念物理教程電磁學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2006：176.