電磁驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)案例教學(xué)設(shè)計(jì)

張玲

摘 要?實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為物理教學(xué)中的重要部分，不斷開(kāi)發(fā)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)案例是非常必要的。結(jié)合高中物理內(nèi)容，努力思考各種創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)點(diǎn)，讓學(xué)生能夠從經(jīng)歷上升至經(jīng)驗(yàn)，然后再用知識(shí)去追尋真理，這是所有物理教育工作者追求的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞?電磁驅(qū)動(dòng);簡(jiǎn)易;電動(dòng)機(jī);參與感;思考

中圖分類(lèi)號(hào)：S225.1，TM32 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1002-7661（2020）32-0197-02

人教版選修3—2第四章第七節(jié)內(nèi)容為《渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)》，本節(jié)內(nèi)容可以讓學(xué)生更好地理解電磁感應(yīng)現(xiàn)象，關(guān)注電磁感應(yīng)現(xiàn)象在生活生產(chǎn)中實(shí)際應(yīng)用。其中電磁驅(qū)動(dòng)中的電動(dòng)機(jī)例子非常易見(jiàn)，比如教室里的吊扇、帶動(dòng)傳輸貨物的動(dòng)力裝置等等，課文例子介紹圖文詳實(shí)。

但是，學(xué)生體驗(yàn)感可能還是不夠。電磁板塊知識(shí)較為抽象，制作簡(jiǎn)易電動(dòng)機(jī)能夠讓學(xué)生有更清晰的操作體驗(yàn)，對(duì)理解影響通電導(dǎo)線所受磁場(chǎng)作用力大小的因素會(huì)有更準(zhǔn)確的判斷和應(yīng)用。

一、簡(jiǎn)易電動(dòng)機(jī)的制作

（一）實(shí)驗(yàn)裝置

（二）制作材料

干電池3節(jié)、導(dǎo)線若干、一次性杯子1個(gè)、紐扣磁體、細(xì)銅絲漆包線30cm左右、回形針2枚，備用材料若干。

（三）制作方法

①將細(xì)銅絲漆包線繞成多匝的接近圓形或者矩形的規(guī)則形狀線圈，線圈兩端預(yù)留出一小段銅絲（約3cm）且刮掉部分漆面。

②將紐扣磁體吸在杯底。

③應(yīng)用回形針在杯口或者杯底搭建兩個(gè)固定支架，將線圈置于支架上，然互用導(dǎo)線將電源和支架接通，簡(jiǎn)易電動(dòng)機(jī)搭建完畢。

（四）實(shí)驗(yàn)過(guò)程

搭建完畢后，接通電源，讓線圈轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。改變實(shí)驗(yàn)條件，關(guān)注線圈轉(zhuǎn)動(dòng)情況和什么因素有關(guān)。

（五）實(shí)驗(yàn)原理

銅絲通電后在磁場(chǎng)中受到安培力作用，線框順利轉(zhuǎn)動(dòng)。若電流、磁場(chǎng)足夠大，外加傳動(dòng)裝置后可以帶動(dòng)其它物體運(yùn)動(dòng)。

二、教學(xué)建議

（一）實(shí)驗(yàn)形式：學(xué)生實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖亲寣W(xué)生能夠利用所學(xué)知識(shí)以及比較簡(jiǎn)單的材料動(dòng)手完成簡(jiǎn)易電機(jī)，充滿(mǎn)趣味性的同時(shí)還能提高學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解。教師將共有實(shí)驗(yàn)材料準(zhǔn)備好，實(shí)驗(yàn)方案步驟不需要告知，留予學(xué)生組內(nèi)討論確定。如果學(xué)生討論出來(lái)的方案可能需要的器材不在共有的器材中，教師應(yīng)該盡量滿(mǎn)足。

（二）實(shí)驗(yàn)過(guò)程：暴露問(wèn)題 ???討論問(wèn)題 ???解決問(wèn)題

實(shí)驗(yàn)過(guò)程的初步目標(biāo)是成功搭建電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)讓電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)大量的問(wèn)題，這些問(wèn)題均是與電磁板塊知識(shí)相關(guān)。將問(wèn)題放開(kāi)給學(xué)生討論，可以得到不同的討論結(jié)果以及改進(jìn)措施。這個(gè)過(guò)程的收獲遠(yuǎn)比做道題多，最重要的是可以讓學(xué)生眼見(jiàn)為實(shí)，加深印象。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，有少數(shù)同學(xué)由于無(wú)法理解電動(dòng)機(jī)原理而無(wú)法完成簡(jiǎn)易電動(dòng)機(jī)的搭建，這也屬于正常的情況。但是通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的討論后，都能更深層理解電磁驅(qū)動(dòng)的原理。對(duì)于現(xiàn)象的原因分析或許不是最充分的，但是從引導(dǎo)學(xué)生注重觀察、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和討論問(wèn)題這個(gè)層面來(lái)講，這樣的討論是非常有價(jià)值的，讓學(xué)生有參與的認(rèn)同感，對(duì)物理學(xué)習(xí)才能抱有熱情。

（三）實(shí)驗(yàn)拓展：

人教課本中，進(jìn)入第四章《電磁感應(yīng)》內(nèi)容的第一節(jié)標(biāo)題為《劃時(shí)代的發(fā)現(xiàn)》。電和磁密不可分，在順利完成簡(jiǎn)易電動(dòng)機(jī)后，教師可指導(dǎo)學(xué)生利用假期完成簡(jiǎn)易發(fā)電機(jī)的制作。目的在于關(guān)注電、磁間的關(guān)系，能夠進(jìn)一步理解磁生電的本質(zhì)，同時(shí)能夠明確產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件、影響感應(yīng)電流大小的因素等。通過(guò)發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)和制作，可以鍛煉學(xué)生的思考能力、動(dòng)手能力和知識(shí)整合能力等。

（四）實(shí)驗(yàn)與高考考點(diǎn)鏈接

帶電體在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)分析或能量變化分析是高考中高頻考查的知識(shí)點(diǎn)，近幾年也涌現(xiàn)出以實(shí)際模型提取出來(lái)的實(shí)際考題?，F(xiàn)就簡(jiǎn)易電動(dòng)機(jī)為模型的例子作分析：

（2017.課標(biāo)Π，21）某同學(xué)自制的簡(jiǎn)易電動(dòng)機(jī)示意圖如圖所示。矩形線圈由一根漆包線繞制而成，漆包線的兩端分別從線圈的一組對(duì)邊的中間位置引出，并作為線圈的轉(zhuǎn)軸。將線圈架在兩個(gè)金屬支架之間，線圈平面位于豎直面內(nèi)，永磁鐵置于線圈下方。為了使電池與兩金屬支架連接后線圈能連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，該同學(xué)應(yīng)將（ ???）

A.左、右轉(zhuǎn)軸下側(cè)的絕緣漆都刮掉

B.左、右轉(zhuǎn)軸上下兩側(cè)的絕緣漆都刮掉

C.左轉(zhuǎn)軸上側(cè)的絕緣漆刮掉，右轉(zhuǎn)軸下側(cè)的絕緣漆刮掉

D.左轉(zhuǎn)軸上下兩側(cè)的絕緣漆都刮掉，右轉(zhuǎn)軸下側(cè)的絕緣漆刮掉

通過(guò)題意可知，要求線圈可以連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖所示，若將左、右轉(zhuǎn)軸下側(cè)漆面全部刮掉，則線圈能夠順利通電，下側(cè)兩條邊受力大于上側(cè)單邊受力，順利轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。轉(zhuǎn)動(dòng)半周后線框中沒(méi)有電流通過(guò)，但是線框有初始速度，故可以順利轉(zhuǎn)動(dòng)直到一個(gè)周期后回到初始位置線框后受力條件和初始情況一樣，故可以連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。A選項(xiàng)正確。D選項(xiàng)中左轉(zhuǎn)軸上下漆面都刮除，但由于右側(cè)轉(zhuǎn)軸只刮掉了下側(cè)漆面，所以也是半周內(nèi)線框能夠通電，情況和A選項(xiàng)類(lèi)似，故D正確。B選項(xiàng)中由于所有漆面都已經(jīng)刮掉，這就保證了所有時(shí)間線框都通電。但是需要明確的是，在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中安培力并是不是一直做正功的，加上重力也對(duì)線框做負(fù)功，所以線框速度會(huì)減為零，無(wú)法持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，B錯(cuò)誤;C選項(xiàng)情況中完全沒(méi)有通電，肯定無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)，C錯(cuò)誤。

三、結(jié)束語(yǔ)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為物理教學(xué)中的重要部分，不斷開(kāi)發(fā)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)案例是非常必要的。本實(shí)驗(yàn)案例所采用的器材以及實(shí)驗(yàn)過(guò)程都比較簡(jiǎn)易，但是卻能讓學(xué)生有更強(qiáng)的參與感。操作的過(guò)程讓學(xué)生將所學(xué)發(fā)揮出來(lái)，或者可以就遇到的問(wèn)題在情境中展開(kāi)討論，這樣的方式讓學(xué)生易理解易接受。學(xué)習(xí)過(guò)程是一個(gè)形象思維到抽象思維的過(guò)程，既然有條件讓學(xué)生有更多的體會(huì)，就一定不要浪費(fèi)這樣寶貴的教育時(shí)機(jī)。簡(jiǎn)易電動(dòng)機(jī)只是一個(gè)例子，結(jié)合高中物理內(nèi)容，努力思考各種創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)點(diǎn)，讓學(xué)生能夠從經(jīng)歷上升至經(jīng)驗(yàn)，然后再用知識(shí)去追尋真理，這是所有物理教育工作者追求的目標(biāo)。