初高中電磁感應(yīng)問題的教學探討

摘?要：電磁感應(yīng)為初中、高中階段重要的物理課程內(nèi)容，也是學生存在認知與理解困難、易出錯的知識點，因而以電磁感應(yīng)基礎(chǔ)理論知識為切入點，對廣大初高中學生展開電磁感應(yīng)理論內(nèi)容、實驗實踐的教育教學，可以創(chuàng)新專業(yè)課程教學內(nèi)容與教學方式。本文主要從初高中物理電磁感應(yīng)的理論知識為出發(fā)點，對電磁感應(yīng)習題的重難點問題進行分析，運用多種方式強化物理知識原理、實驗操作流程的教學，以有效方法實現(xiàn)中學電磁感應(yīng)知識教育、問題解答的目標。

關(guān)鍵詞：初高中;電磁感應(yīng);問題;教學

一、 前言

初高中物理課程的電流磁效應(yīng)、磁場產(chǎn)生感應(yīng)電流等知識點中，包含著一系列名詞定義、物理原理、綜合性電路問題，涉及電路、能量動力之間的互相轉(zhuǎn)換，而且需要對電磁感應(yīng)圖像進行多種定義、定則的分析研究，列出不同物理情境的求解方程，才能夠解決電磁感應(yīng)的重難點問題?；诖?，對于初高中物理課程電磁感應(yīng)知識的教育教學，需通過基礎(chǔ)理論“口訣”教學、重難點知識實驗教學相結(jié)合的方式，使抽象的電磁學理論直觀形象化，降低對電磁感應(yīng)實驗的理解難度，進而引導啟發(fā)學生逐步完成電磁感應(yīng)知識的理解和掌握。

二、 初中、高中電磁感應(yīng)知識的主要內(nèi)容及其異同點

初高中電磁感應(yīng)是中學物理課程教學的難點內(nèi)容，其包含著大量的物理知識點、物理理論實現(xiàn)原理等，電學、磁學之間的互相照應(yīng)與連接，使得電磁感應(yīng)問題求解的綜合性較高，因而需要教師進行電磁感應(yīng)知識點的歸納總結(jié)、講解分析與推理應(yīng)用。首先初中電磁感應(yīng)知識點，在整個初中物理專業(yè)課程中所占的比例較小，主要包括磁體、磁極、磁場等基本概念的物理內(nèi)容，如磁體的吸鐵性與指向性、磁極間作用性、磁場方向性，以及通電螺線管的電流方向、電流磁場性，所以初中階段電生磁、磁生電的原理分析更加簡單，僅僅對電磁感應(yīng)現(xiàn)象做出定性研究，缺乏不同電磁狀況的定量計算，因此初中物理電磁學教育教學不具有深度。而高中物理不僅涉及電磁感應(yīng)現(xiàn)象，還著重講述法拉第電磁感應(yīng)定律、楞次定律等知識點，對導體切割磁感線時的自感現(xiàn)象、感應(yīng)電動勢進行分析，并判斷電路中磁通量、磁感應(yīng)強度、安培力等的變化狀況，其中存在著大量的電磁力學轉(zhuǎn)換、定量數(shù)據(jù)分析的內(nèi)容。

因而相比于初中物理將磁場、電磁場知識點結(jié)合的教學大綱安排，高中物理則從磁場、電磁感應(yīng)、交變電流等角度，對電磁感應(yīng)的電路問題、動力學問題、能量轉(zhuǎn)換問題展開研究。以法拉第電磁感應(yīng)定律、楞次定律為指導，繪制電磁感應(yīng)現(xiàn)象的等效電路圖，按照重力、彈力、摩擦力和安培力等順序，對不同物體的運動狀態(tài)做出受力分析，進而得出電磁能、其他動能之間的轉(zhuǎn)換情況。所以高中物理是對初中電磁感應(yīng)知識的補充與拓展，其通過將電磁感應(yīng)現(xiàn)象與現(xiàn)實生活中的電磁波、交變電流等知識點進行連接，考察學生對電磁感應(yīng)條件、法拉第電磁感應(yīng)定律的認知和理解，對學生電磁知識的綜合性應(yīng)用提出更高的要求，以保證學生在基礎(chǔ)理論知識學習后的學以致用。

三、 初高中電磁感應(yīng)課程存在的重難點問題

（一）楞次定律與安培定則、左右手定則的比較問題

楞次定律主要用于感應(yīng)電流、感應(yīng)電動勢的方向判定，在電磁感應(yīng)現(xiàn)象發(fā)生后，感應(yīng)電流磁場會對電流磁通量變化產(chǎn)生強烈的阻礙作用。所以對于楞次定律的理解與求解，應(yīng)解決誰阻礙誰、如何阻礙、阻礙的結(jié)果等方面認知問題，這是楞次定律教學要關(guān)注的重要難點課題之一。其中感應(yīng)電流磁場是阻礙原磁場、磁通量的變化，在磁通量不斷增加過程中，感應(yīng)電流磁場會與原磁場呈相反方向，而磁通量減少時感應(yīng)電流的磁場方向，則與原磁場保持一致。同時另一方面，部分學生在楞次定律原理的學習中，容易與安培定則、左手定則、右手定則互相混淆。左手定則是“因電而動”，磁場對運動電流、電荷產(chǎn)生作用力，左手定則屬于“因動而電”，是導體切割磁感線而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)，因此要對感應(yīng)電流、原電流的方向做出區(qū)分。楞次定律是在電路閉合回路中磁通量的變化情況，更加注重于感應(yīng)電流磁場阻礙效果的分析，這需要教師在課程教學中引起重視。

（二）法拉第電磁感應(yīng)定律、感應(yīng)電動勢的求解問題

法拉第電磁感應(yīng)定律是“磁生電”的重要內(nèi)容，也是閉合電路中磁通量、磁感應(yīng)強度、磁感線切割速度、感應(yīng)電動勢計算的重要依據(jù)。其中感應(yīng)電動勢數(shù)值的大小，與整個電路磁通量的變化率成正比，計算公式為E=nΔΦΔt、E=BLv、Em=nBSω。而在感應(yīng)電動勢兩種求解方式的計算中，需要區(qū)分E=nΔΦΔt、E=BLv適用的不同情況。其中E=nΔΦΔt適用于某一回路電路的研究對象，可以對任何狀況下引起磁通量的變化進行計算，包括非勻強磁場中感應(yīng)電動勢的求解。而E=BLv則僅僅適用于導線切割磁感線的求解，且求解的條件為L、B、v之間兩兩相垂直，L為切割磁感線導體的有效長度。因此在運用電磁感應(yīng)定律進行不同對象、不同情況問題的求解時，要注意相應(yīng)公式的適用范圍、適用條件，以得出較為準確的電磁感應(yīng)問題處理結(jié)果。

（三）其他綜合性電磁感應(yīng)的分析與求解問題

在利用法拉第電磁感應(yīng)定律，計算得出感應(yīng)電動勢的大小、方向后，要先畫出整個電磁場內(nèi)的等效電路圖，再進行串聯(lián)、并聯(lián)電路中各個物理量數(shù)值的求解。之后對于電磁感應(yīng)現(xiàn)象動力學問題的求解分析，要借助于牛頓三大定律、運動學平衡方程，展開某一運動物體的受力分析，從而得出物體在受電磁感應(yīng)影響時的運動狀態(tài)變化情況。最后在電能、其他形式能轉(zhuǎn)換的求解中，要根據(jù)安培力做功、動能的轉(zhuǎn)換，對安培力、重力、摩擦力做功后，物體重力勢能、內(nèi)能、電能的產(chǎn)生與變化狀況做出分析，列方程求解出能量轉(zhuǎn)換與變化的狀況。

四、 初高中電磁感應(yīng)問題的教學改革創(chuàng)新策略

（一）運用“口訣教學法”加強電磁感應(yīng)理論的識記與理解

電磁感應(yīng)現(xiàn)象中存在著大量的判定理論、實現(xiàn)原理，如何對感應(yīng)電動勢大小、方向，以及感應(yīng)電流在磁場中的運動方向作出分析，成為解決電磁感應(yīng)問題面臨的重要課題。面對眾多的物理基本概念、定則定律等的知識結(jié)構(gòu)，可以通過口訣示范教學的方式，進行左手定則、右手螺旋定則、安培定則、楞次定律、法拉第電磁感應(yīng)定律的分析與講解，這樣不僅能夠引起學生電磁感應(yīng)知識學習的積極性，而且有助于學生對電磁感應(yīng)理論的理解與記憶。如左手定則、右手定則、安培定則為“左手力、右發(fā)電，右手螺旋磁感線”。而且“力”的最后一筆向左，所以用左手，電磁學中產(chǎn)生力的都是左手，包括安培力、洛侖茲力;“電”最后一筆向右，所以用右手，電磁學中產(chǎn)生電時都用右手，包括安培定則和右手定則。安培定則的口訣為“通電螺管磁極判，安培定則伸右手，四指沿著電流走，旋轉(zhuǎn)方向不能反，大拇所指為N極”。楞次定律的口訣為“阻礙磁通增和減，相對運動受反抗，自感電流想阻擋，能量守恒理應(yīng)當”。教師運用電磁感應(yīng)口訣、手勢演示相結(jié)合，能夠更加形象生動地突出重難點，引導學生條理清楚地進行物理概念、電磁感應(yīng)理論原理的識記。

（二）創(chuàng)設(shè)電磁感應(yīng)教學情境引導學生參與課堂實踐

傳統(tǒng)電磁感應(yīng)教學以課堂教材大綱為主，教師采取“講授式”課程教學方法，對本節(jié)課、本單元涉及的知識點進行講解，缺乏多元化教學情境的創(chuàng)設(shè)與組織，因此學生在電磁感應(yīng)知識學習中的積極性較弱，很少與教師產(chǎn)生熱烈的課堂互動，由此導致電磁感應(yīng)理論知識教學的效果較差。所以這一情況下，首先通過引入多媒體軟件、PPT課件等網(wǎng)絡(luò)教學設(shè)備，運用文字、圖像、視頻或音頻等信息媒介，進行磁場、交變電流、電磁感應(yīng)等知識內(nèi)容的形象化展示，可以逐一引導學生理解磁通量、磁感應(yīng)強度、感應(yīng)電動勢的概念，以及左手螺旋定則、右手螺旋定則、安培定則、楞次定律等定理的實現(xiàn)方式，這樣不僅能夠形成電磁感應(yīng)知識點的完整系統(tǒng)，而且可以將相似的理論知識做出對比分析，以進一步幫助學生理解不同概念的區(qū)別。如利用PPT課件等多媒體設(shè)備，展開電場線、磁感應(yīng)線、等勢線的教學對比，采取圖片表示電場線、等勢線之間的垂直關(guān)系，用線的疏密表示場強的強弱。其次，在電磁感應(yīng)知識的課堂實踐教學中，初中教師可以應(yīng)用方形線圈、U形磁鐵，靈敏電流計等實驗器材對感應(yīng)電流方向的影響因素進行探究。高中教師可以使用條形磁鐵、1號線圈、2號線圈、軟鐵棒靈敏電流計等實驗器材，進行閉合電路感應(yīng)電流、感應(yīng)電動勢的檢測實驗，并由學生分為多個小組，參與到整個實驗的演示步驟中，共同實驗得出線圈周圍的感應(yīng)電動勢，實驗儀器如右圖所示。

因此經(jīng)過多元化電磁感應(yīng)教學情境創(chuàng)設(shè)、課堂實踐教學，能在幫助學生準確理解電磁理論的同時，激發(fā)學生電磁感應(yīng)學習的參與積極性、創(chuàng)造性思維，從而解決課堂教學、學習中面臨的障礙問題。

（三）加強重難點電磁感應(yīng)知識的習題講解、課堂總結(jié)

由于初中電磁學知識應(yīng)用能力要求不高，只要課堂中講解分析到位了，習題大部分學生都能解答。而高中教師對于電磁感應(yīng)課程的教育教學，不能僅僅要求學生熟悉基礎(chǔ)物理理論，還要加強電磁感應(yīng)重難點習題的講解，根據(jù)感應(yīng)電流、感應(yīng)電動勢等物理量之間的關(guān)系，選擇具有代表性的電磁感應(yīng)習題進行講授，來使學生掌握不同電磁感應(yīng)問題的求解方案。以導軌中金屬棒的運動為例：兩導軌間的距離為L，導軌與水平面的夾角為α，導軌平面有垂直于導軌的勻強磁場，其中磁感強度為B，導軌兩端連接的電阻值為R，導軌上放著一根金屬棒ab，質(zhì)量為m，該金屬棒由靜止沿導軌向下滑動，分析金屬棒的受力情況、下滑最大速度值。通過設(shè)置多種不同類型的電磁感應(yīng)習題，向?qū)W生講述其中的電磁感應(yīng)現(xiàn)象、物理變化狀態(tài)，之后在引導學生進行電磁感應(yīng)習題的反復練習，就能夠有效掌握感應(yīng)電流、感應(yīng)電動勢、磁場力等的求解方式，以提升物理理論知識教育教學效率、教學質(zhì)量。

五、 結(jié)語

初高中電磁感應(yīng)物理課程教學，應(yīng)在現(xiàn)有學科教學大綱的指導下，對不同單元的電磁感應(yīng)知識點進行分類與整合。之后展開傳統(tǒng)物理課程教學內(nèi)容、教學模式的改革創(chuàng)新，由教師利用多媒體軟件、PPT課件等網(wǎng)絡(luò)平臺，進行電磁感應(yīng)知識的演示、課堂案例實踐，引導學生對電磁感應(yīng)理論知識做出“口訣記憶”，來解決學生在電磁感應(yīng)知識學習中的認知障礙，從而完成中考、高考必考知識點、習題內(nèi)容的教育教學任務(wù)。

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作者簡介：

陳貴金，福建省三明市，福建省寧化第五中學。