“楞次定律”的课堂教学案例分析

　　“楞次定律”是高中物理电磁学部分的重要内容，也是高中教学的难点。传统的教学设计是：教师演示实验→学生观察实验→教师引导学生分析得出楞次定律→讲解例题→课堂训练→课后巩固。在通常物理教学过程中对“楞次定律”的探究采用的是表格法，即收集原磁场方向、磁感应强度的变化、感应磁场方向、感应电流方向等多个研究变量的信息，然后分析多个变量的关系，归纳总结得出结论。按照这样的流程操作，虽然也能让学生学会如何应用楞次定律来判断感应电流的方向，但不难看出这种教学模式仍为“师传生受”，学生还是被动地接受知识，即使学会了，也不能算会学，而且学生的创新精神和实践能力亦难以得到进一步培养，教学实践表明这种分析归纳方法由于涉及相关因素太多，学生找出规律较为困难。面对新课程改革的要求，为营造一个让学生自主学习的良好环境，本节内容采用“探究式”教学，即：“创设一个问题情境→学生讨论→猜想→设计实验→探索实验→分析实验现象→得出楞次定律→课堂讲练→巩固练习”。这样通过让学生自己动手操作、动眼观察、动脑思考，引导他们自己获取知识，不仅活跃了课堂气氛，还发展了学生的思维能力和创新能力。

　　一、探究课题的选择

　　基于这种考虑，本节课的探究方案创造性地设计为“两步”：第一步：学生分组探究当磁铁移近或远离闭合导体线圈时，观察导体线圈与磁铁的相互吸引或排斥现象，通过右手螺旋法则探究感应电流的方向。由此得出结论：感应电流总是要阻碍引起感应电流的相对运动。

　　第二步：利用原副线圈实验，控制原线圈中电流变化情况，探究副线圈中产生的感应电流方向的规律。

　　这是一种逐步递进的探究过程，这样的设计符合学生的认知水平，因为学生实验观察到的是导体与磁铁间阻碍相对运动的规律，由感应磁场方向得出感应电流方向比较容易。

　　进而将两步分别得出的结论：①感应电流总是要阻碍引起感应电流的相对运动；②感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。引导学生对比分析后概括得出楞次定律的准确表述。

　　这样做，符合物理学史上的科学研究顺序，能使学生逐步体验探究的实质，提高学习兴趣。另外，也与已经学过的电磁感应现象的叙述顺序一致，容易由直观的相对运动转向较为抽象地以磁通量及磁通量变化为研究变量的探究，符合一般认知规律，突破了难点，使研究逐步深入，学生易于理解。

　　二、先进的实验设备使探究过程更加直观、简捷

　　DIS数字信息系统所配备的“数据采集器”，能方便地检测导体中的微小感应电流，在屏幕上清楚地显示感应电流的大小和方向。这是一般电磁式仪表无法达到的。数据采集器的使用，使探究感应电流的过程更加直观、简捷。先进的实验设施进入高中物理课堂，既增加了探究的科学性，又提高了效率；既增加了学生的学习乐趣，又是学生亲身经历了现代化科学探究的手段，体验科学探究的快乐。

　　“数据采集器”能方便地检测导体中的微小感应电流，将副线圈改为单匝线圈，降低了判定线圈中电流的方向的难度，有利于发现关系，概括结论。

　　三、学生初始状况分析

　　在以前的教学中已经多次使用数字信息系统实验设备，学生已具备了操作、观测的技能，可以在对感应电流方向的探究中较熟练的使用；学生也已经具备了探究感应电流方向所需的相关知识。任课教师在使用现代化教育技术方面也具有较高的水平，这就为课题探究的顺利实施提供了技术保证。

　　附教学过程实施：

　　执教人：山东师大附中物理组李成金老师。

　　探究目标：探究判断感应电流方向的规律，体验历史上关于确定感应电流方向的探究途径。

　　教学目标：

　　1．理解楞次定律，解释有关现象。

　　2．运用已有知识和实验技能探究感应电流的方向。

　　3．熟悉科学实验的探究方法，即熟悉依据实验获得的资料信息进行分析、推理、概括，得出有关结论的探究过程。

　　4．熟练DIS数字信息系统实验设备的使用。

　　5．独立思考、交流讨论、体验小组合作学习过程，培养合作能力及团队精神。

　　教学用具：计算机、DIS数据采集系统、数据采集器、微电流传感器、数据线、条形磁铁、干电池、双环实验、电磁阻尼振动实验。

　　教学过程：

　　一、引入课题

　　师：请同学们按图1连好数据线和微电流传感器，打开数据采集器，重复上一节课我们探究感应电流产生条件的操作，并注意观察电脑屏幕上的显示。（学生操作）

　　师：从屏幕上的电流脉冲我们可以获得什么信息？（学生分组探究）

　　学生：脉冲的方向不同，所以获得的感应电流的方向不同。

　　师：脉冲的方向与电流流入接线柱方向的关系如何确定？（学生分组讨论）

　　生：拿一节干电池，连入接线柱，通过试触，观察脉冲方向，因为干电池的正负极是确定的，就可以知道脉冲的方向与电流流入接线柱方向的关系。

　　（学生分组探究）（学生汇报实验结果）

　　老师进一步总结，以明确屏幕显示电流脉冲的方向与电流流入接线柱方向的关系──电流从红接线柱流入，电流脉冲向上，反之，电流从黑接线柱流入时脉冲向下。

　　二、教学过程设计

　　1．从相对运动的角度，利用双环实验，探究感应电流与相对运动的关系，提出探究课题

　　师：通过前面的实验，我们发现在不同情况下感应电流的方向不同，那么这个感应电流的方向遵循什么规律呢？（稍停顿，学生思考）楞次当年就探究这个问题并得出了著名的楞次定律，这也是我们这节课的探究课题：感应电流的方向──楞次定律。

　　楞次当年是从磁体与导体相对运动这一角度来探究这一定律的，我们就先体验一下楞次当年的探究过程。

　　（老师介绍图2双环实验的仪器）

　　师：哪个铝环能产生感应电流，怎样使它产生感应电流？

　　生：闭合的铝环才可能产生感应电流，只要改变通过它的磁通量就可以使它产生感应电流。

　　（1）实验方案设计

　　师：如何设计实验才能证明其中确实有感应电流呢？下面请同学们分组讨论，一会儿请同学汇报讨论的结果。

　　（学生分组探究，老师参与并指导个别小组的讨论）

　　（学生交流各小组的设计方案）

　　答1：磁铁的一极插入闭合铝环时，铝环产生了运动，这种运动是磁铁的磁场对产生的感应电流的作用，这就证明了有感应电流产生。

　　答2：将微电流传感器的两根接线柱接到未闭合的铝环两端，就闭合了铝环，通过插入和拔出磁铁时的脉冲来确定。

　　师：那么我们再讨论一下磁铁插入或拔出闭合铝环时感应电流的方向如何确定？

　　（学生分组探究，学生交流各小组的设计方案）

　　答1：通过微电流传感器电流脉冲的方向来确定。

　　答2：通过相对运动，插入磁铁时产生斥力，根据安培定则确定感应电流的方向。

　　老师总结，确定实验方案。

　　（2）分组实验收集证据

　　学生分组实验探究，填写实验表格（学生汇报实验结果）

　　（双环实验结论探究）

　　师：这些相互作用力对它们间的相对运动起怎样的作用？

　　生：阻碍相对运动。

　　师：来拒去留。

　　（3）总结探究结论

　　①由相对运动和原磁场→感应电流的磁场感应电流方向。

　　②楞次在1833年这样表述楞次定律：这个电流的方向是这样的，它倾向于使导体发生与实际的位移方向相反的移动。

　　2．从磁通量变化角度，利用原副线圈实验，探究感应电流与磁通量变化的关系，提出新的探究课题

　　师：上节课我们在探究感应电流产生条件的原副线圈实验中能使副线圈产生感应电流的方式有哪些？（提供图3的实验装置，原理如图4）

　　生：闭合或断开电键，改变滑动变阻器的阻值的时候。

　　师：在这种情况下就不好用我们刚刚得出的利用相对运动来判断感应电流方向的方法了。那么在这种情况下感应电流的方向跟谁有关系呢？

　　生：跟磁通量的变化有关系。

　　老师进行总结，进一步明确探究任务，讨论磁通量的变化与感应电流方向的关系。

　　（1）分组实验，收集证据

　　（学生分组探究）完成表1实验记录。

　　（学生交流实验探究结果）学生投影介绍所填写内容（表2）。

　　（3）总结探究结论

　　得出原副线圈实验探究结论：感应电流的磁场方向总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。

　　老师总结：增反减同。

　　3．对比探究1、探究2实验结论，本课题总结

　　把探究1中从相对运动角度分析的结果，再利用磁通量的角度分析得出相同的结果，从而把两个探究结论统一在一起，得出楞次定律的内容：感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。

　　4．趣味小实验

　　电磁阻尼振动（图6）。

　　老师演示实验，分析实验现象。（老师提问，学生问答）

　　进一步探究电磁阻尼中的能量转化。（老师提问，学生回答）

　　老师总结，得出结论：

　　机械能转化为电能又转化为线圈的内能，电磁感应中遵循能量的转化与守恒。

　　三、本节课小结

　　1．感应电流总要阻碍引起感应电流的相对运动──来拒去留（双环实验）。

　　2．感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化──增反减同（原副线圈实验）。

　　3．在电磁感应现象中遵循能量的转化和守恒定律。

　　认知过程：由感性认识上升到理性认识。

　　四、研究性学习：迷你实验室

　　老师演示电磁驱动实验（图7）。

　　学生观察现象。

　　老师提出问题：

　　1．转动磁铁时线圈如何转动？

　　2．它们转动的方向以及它们之间的转速是什么关系？

　　3．试解释这一现象中能量的转化与守恒。

　　留做课下探究作业，写出研究性学习报告。

　　新的物理课程以培养和发展学生科学素养为宗旨。这节课采用了“探究式”教学法，充分体现了在课堂教学中教师的主导地位和学生的主体地位，教师精心设计好课堂活动，采用先进的DIS数字信息系统使探究过程简单、直观、快速有效，提高了学生的学习兴趣，让学生在课堂上处于最大限度的主动激活状态。教师引导学生通过探究活动自主构建知识结构，使他们参与体验知识的获得过程，既激发了学生的学习积极性又培养了学生的科学素养和能力。