物理規律教學 二(3 / 3)

(3)自由電子所受洛侖茲力的方向是從A指向B;

(4)在洛侖茲力作用下自由電子的定向運動形成電流,其方向是由B指向A,這和用右手定則判斷的一致.

(三)閉合線圈中產生感生電流的條件(課前已要求學生預習課本上“電磁感應現象”一節).

1.組織學生做演示實驗:觀察條形磁鐵和閉合線圈有相對運動時產生感生電流的情況(見課本130—131頁所示的有關實驗的圖):

(1)線圈不動,磁鐵運動;

(2)磁鐵不動,線圈運動;

(3)線圈與磁鐵以同一速度運動.

觀察結果是,隻有當磁鐵和線圈間發生相對運動時才可能產生感生電流.

2.閉合線圈所在區域的磁場發生變化時產生感生電流.

(1)讓學生動手做實驗,使線圈平麵平行於磁力線運動,結果,線圈中沒有感生電流.

(2)繼續實驗,讓線圈不動,用變阻器改變通入電磁鐵的電流的大小而改變磁場的強弱,觀察到線圈中有感生電流.

3.通過閉合線圈的磁通量發生變化是產生感生電流的根本條件.

(1)讓學生分組做實驗,當線圈平麵與電磁鐵的磁場的磁力線平行,即使改變電磁鐵線圈中的電流從而改變磁場的強弱,閉合線圈中也不產生感生電流.隻有當磁力線穿過閉合線圈而且當磁場的強弱發生變化時,才產生感生電流.

(2)綜合1、2兩點,啟發學生加以分析概括,找出共性,最後由教師提出磁通量的概念,並根據定義寫出

Φ=BS

或Φ=BScosθ,明確指出磁通量的物理意義及其單位:韋伯.

第二個層次是:通過閉合線圈的磁通量發生變化是產生感生電流的必要而充分的條件.這一部分最重要.先由實驗總結出磁通量變化引起感生電流,然後再深入分析,總結、概括出楞次定律.

(3)產生感生電流的條件(讓學生總結):

“隻要穿過閉合電路的磁通量發生變化,閉合電路中就有感生電流產生.”概括起來有以下幾種情況:

a.閉合線圈的一部分切割磁力線;

b.線圈與磁場有相對運動;

c.線圈在磁場中轉動;

d.線圈不動,通過線圈的磁通量發生變化;

e.整個線圈在不均勻磁場中運動,使線圈中的磁通量發生變化.

思考題:1.135頁1.

2.線圈套在條形磁鐵上來回運動,線圈中有無電流,為什麼?

3.閉合線圈在條形磁鐵一端上下運動。線圈中有無感生電流?

4.用條形磁鐵分別插入閉合線圈和不閉合線圈,會有什麼現象出現?

(四)做實驗觀察感生電流的方向

1.研究原副線圈的統向;

2.按課本136頁圖4-11連接好線路.

3.接通電源後,把原線圈插入副線圈中,觀察感生電流方向;抽出,再觀察感生電流方向.反複觀察幾次,並把實驗結果及分析填入下表內(電流方向用順時針或反時針表示).

與學生一道分析:

(1)引起原磁場的電流與感生電流同向或反向(與插入、抽出有關);

(2)引起感生電流的磁場與感生電流的磁場同向或反向(與插入、抽出有關);

(3)上述的同向或反向都與插入或抽出有關,就是與線圈中磁通量的增減有關;

這是第三個層次,通過實驗現象的觀察,分析,總結出楞次定律,這是本次課的難點.因為楞次定律的敘述本身就不易理解,要把該定律揭示的物理本質講清楚,並真正理解,要深入淺出地慢慢闡明.

表三

實驗順序

原線圈電流

原線圈中電流方向

通電線圈運動

原線圈中的磁場方向

磁場變化(磁通的增減)

感生電流的方向

感生電流的磁場方向

兩個磁場的相互關係

結論

1

正接

順時針

插入

向下

增加

反時針

向上

反向

阻礙變化

2

正接

順時針

抽出

向下

減少

順時針

向下

同向

阻礙變化

3

反接

反時針

插入

向上

增加

順時針

向下

反向

阻礙變化

4

反接

反時針

抽出

向上

減少

反時針

向上

同向

阻礙變化

(4)當磁通增加時,兩磁場方向相反;減少時相同.這一實驗事實,就是感生電流的磁場,有阻礙引起感生電流的磁場變化的作用.

總結出楞次定律:感生電流的方向,總是要使感生電流的磁場阻礙引起感生電流的磁通量的變化.

說明:磁通量的變化包括1.增加.2.減少.3.由無到有(增).4.由有到無(減).學生分組實驗:讓原線圈接通電源放入副線圈中不動.

(1)開關由斷開到閉合,或閉合後滑線變阻器的電阻由大到小,觀察電流方向;

(2)電阻由小到大或開關由閉合到斷開,觀察電流方向.

說明:感生電流的磁場阻礙引起感生電流的磁通量的變化,就是“原增感反,原減感同.”

4.感生電流方向的判斷:

(1)要確定感生電流的方向,就要根據安培右手法則先確定感生電流的磁場的方向.

(2)要確定感生電流的磁場的方向,就要知道原磁場的變化,即判斷磁通量的增減.

(3)要確定磁通量的增減,就要先知道原磁場的方向.

總結、概括出楞次定律的過程,就是培養學生探索物理規律,提高分析能力和抽象思維能力的過程.實驗較多,要抓住要害.這裏特別要使學生明白,感生電流的磁場總是阻礙引起感生電流的磁通量的變化.要知道,既然是阻礙磁通量的變化,說明磁通量並未真的被阻礙住,還在發生變化;正因為它在變化,才引起了感生電流的產生;也正因為感生電流的產生,是在阻礙過程中出現的,才真正體現了對立麵的統一.更進一步說,也隻有這樣,才符合能的轉化和守恒定律.

關於確定感生電流的方向這一思路的安排很好,要抓住事物的因果關係,順藤摸瓜,表麵看來比較困難的問題就迎刃而解了.

故用楞次定律判斷感生電流的方向時,首先確定研究對象——線圈.然後,

第一步,確定線圈中原磁場的方向;

第二步,確定原磁場的變化情況;

第三步,根據楞次定律確定感生電流的磁場方向.

最後根據安培右手法則確定感生電流的方向.

5.利用楞次定律判斷感生電流方向的實驗驗證.用條形磁鐵的N極或S極插入、抽出閉合線圈,先判斷電流的方向,再和實驗對比,看是否一致.

作業布置:課本139頁練習④

[綜合簡評]

研究電磁感應現象的定性實驗,是一個很好的實驗題目.通過有目的地一個個實驗的觀察、分析,不僅能使學生獲得必要的感性知識,印象深刻,為總結出物理規律奠定了基礎;更重要的是引導學生通過實驗現象的觀察,自己動腦,概括出物理規律.這對於培養學生的能力大有好處.

這次實驗課,除了確定電流的方向和電表指針偏轉的關係的實驗是預備性實驗外,整個實驗內容分三個層次或三個階段進行,一步步深入和展開,結構嚴謹、清晰,內容豐富,善於啟發學生積極思維.可以預計,按照這份教案組織教學,定能取得較好的教學效果.