依托电磁感应，激活学生思维，本文主要内容关键词为：电磁感应论文,思维论文,学生论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
电磁感应历来是高中物理教学的难点，也是高考的热点。一般认为，该内容高度的综合性和学生思维能力的不够是造成学生学习电磁感应困难的主要因素。为了突破这一难点，笔者对此做了一些探索，认为该难点的突破，正是激活、优化学生思维的好素材，突破的关键不仅仅在于教学形式上的改变，更在于用先进的思想来引领教学。教学中我们始终坚持采用运动、辩证、转换、守恒的观点，使学生在获得知识的同时，建构了对电磁感应中的概念、模型、规律、方法的辩证理解，如此就能激活学生的思维，有效地增强他们分析问题和解决问题的能力。
一、讲活基本概念，激活思维元素
概念是思维的元素，学生的思维都是借助于概念进行的。在学生的物理认知结构中概念起着至关重要的作用，一个活的概念体系可以诱发学生思维，而一个僵化的概念体系则会抑制学生的思维。在教学中我们带领学生多角度多层面透视概念，力求把看似静止、抽象的概念讲活。
例如教材上是这样描述“感应电动势”的：“在电磁感应现象中，既然闭合电路中有感应电流，这个电路中就一定有电动势。电磁感应现象中产生的电动势叫做感应电动势。”教材先从实验的角度得出感应电流概念，再从感应电流说明感应电动势。这一概念较抽象，教材上没有从产生的机理的角度作以介绍，学生对“法拉第电磁感应定律”的理解就更加困难重重。于是我们从带电粒子在磁场中的运动的角度去找寻对感应电动势的理解。如图1所示，一根导体棒置于如图1所示的匀强磁场中沿水平方向向右运动，选取导体棒上一正电荷和一负电荷作为研究对象，正负电荷均随导体棒一起向右运动，根据左手定则判断发现正电荷受洛伦兹力向上，负电荷受洛伦兹力向下，从而a端聚集大量正电荷，b端聚集大量负电荷，a端比b端电势高，这样，形象地说明了感应电动势的形成。
附图
图1
把概念讲活还要求我们能够用联系的、发展的眼光看待每一个概念，使学生感悟其内涵与外延。如介绍“磁通量”这一物理量时，我们不仅要学生弄清其定义的本身，还比较“磁通量的变化量”“磁通量的变化率”等相关物理量。这样让学生了解每一个概念的来龙去脉，变化发展地将所学概念纳入到已有的认知结构中，形成联系的概念体系，从而激活学生的思维元素。
二、讲活空间模型，激活思维对象
构建模型是知识积累达到一定程度，思维能力得到提高的体现。构建物理模型，是将复杂、陌生、抽象的问题与简单、熟悉、具体的物理模型相比较，巧妙地运用“类同”“类似”“类异”等变换并从中挖掘其内在联系，从而建立起熟悉模型与未知现象之间相互关联的一种特殊解题方法。
附图
图2
例1 如图2所示，A、B为大小形状均相同且内壁光滑，但用不同材料制成的圆管，竖直固定在相同的高处，两个相同的磁性小球同时从A、B管上端的管口静止释放，穿过A管的小球比穿过召管的小球先落到地面。下面对于两管的描述可能正确的是
A.A管是用塑料制成的，B管是用铜制成的
B.A管是用铝制成的，B管是用胶木制成的
C.A管是用胶木制成的，B管是用铝制成的
D.A管是用胶木制成的，B管是用塑料制成的
本题相同的磁性小球（等效于小磁铁）通过A管所用的时间少，说明小球在A管中运动时没受到阻力（磁场力）作用，再根据圆管可看成由许多圆环组成的，可以推断小球通过A管时未发生电磁感应现象，A管为塑料或胶木制成，B管发生了电磁感应现象，由铜或铝制成，综上分析，正确选项为A、C。本题通过考查电磁感应的知识，来提升构建物理模型能力与思维能力，类似的例子还有电磁感应的电路问题等效转换成稳恒直流电路问题等。
三、教活基本定律，激活思维工具
基本定律是学生思维的工具，在进行基本定律教学时，采用运动、辩证、联系的观点讲授定律，使基本定律成为学生思维的灵活工具，而非其头脑中僵化的教条。
其中，楞次定律：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。关于这个定律的理解是教学的难点，我们可以以口诀的形式加以分解。就磁通量而言，总是阻碍引起感应电流的磁通量（原磁通量）的变化。即当原磁通量增加时，感应电流的磁场就与原磁场方向相反，当原磁通量减少时，感应电流的磁场就与原磁场方向相同，简化口诀“增反减同”。
例2 如图3所示，一螺线管连着一电流计，当条形磁铁沿着螺线管轴线方向迅速插入瞬间，电流计中电流由_________到_____（用图中字母表示）。
附图
图3
此题中通过螺线管截面内向下的磁场增强，产生相反方向的磁场，则感应电流方向由a到b。
这一定律还有另一种表述：感应电流的效果总是要阻碍产生感应电流的原因。对此表述的理解是非常重要的，有时给解决问题带来很大方便，也是活化定律的体现。
例3 如图4所示，在O点悬挂一轻质导线环，将一条形磁铁沿导线环轴线方向突然向环内插入，则导线环的运动情况是
A.不动
B.向右摆动
C.向左摆动
D.因磁铁的极性未知，无法判断
附图
图4
感应电流的效果总是要阻碍产生感应电流的原因。这里产生感应电流的原因是条形磁铁的突然靠近而引起环内磁通量的突然增加，那么感应电流的效果就要阻碍其靠近，只有远离向右摆动。所以楞次定律就可以从相对运动的角度理解为阻碍所有的相对运动，简化口诀：“来拒去留”。从运动的效果上看，也可以形象地表述为“敌进我退”“敌逃我迫”。所以本题正确选项为B。
四、讲活思维方法，激活解题思路
应该说活的思维元素、活的思维对象、活的思维工具为学生解决具体问题提供了良好的基础，而在具体解决问题时还要用到很多的思维策略，而这种策略性知识就是所谓思维方法。讲活思维方法不仅仅要追求同一问题的多种解法，而且在通过对一些具体问题解决方法的分析讨论，让学生掌握方法的思想，使学生的思维具有运动、变化、辩证等特性，从而激活学生的解题思路。教师所选的例题，应既有较高的思维价值又能使学生感兴趣，也就是使学生感到老师所举的例题值得想、愿意想。这样才能启发他们打开思维的闸门。
例4 如图5所示，在光滑的水平面上，有一如图所示的匀强磁场，分布在宽度为L的区域内，现有一边长为L(L＜L)正方形闭合线框以垂直于磁场边界的初速度
滑过磁场，线框刚好能穿过磁场，则线框在滑进磁场过程中产生的热量
与滑出磁场过程中产生的热量
之比为______。
附图
图5
这道难题中产生的热量数值上等于安培力所做的功，但安培力这一变力做功不好直接求得，可从动量定理的角度找出突破口。设线框运动第一阶段（滑进磁场）所需时间为
。
由动量定理得
附图
这道题是否可以换种思路思考呢？我们注意到线框在第一阶段与第三阶段的位移应是相等的均为l，可以作出线框运动过程中的速度随时间变化的v-t图象，如图6(a)所示，
为第一阶段，
为第三阶段，图中左右两个阴影部分的面积代表第一、第三两阶段线框的位移，它们相等。而分析可得线框在第一、第三阶段受到的安培力
，因此我们可以作出安培力随时间变化的F-t图象如图6(b)所示，图中左右两个阴影部分的面积代表第一、第三两阶段线框的冲量，因F-t图与v-t图成正比例关系，因此这两块阴影面积也应是相等的，有
，则同样可得
，以下过程同上所述。
附图
图6
五、灵活课堂模式，激活思维品质
宽松和谐的课堂气氛必将带来学生的积极参与，师生间的真诚与尊重必将带来相互的信任，教学内容的精心设计，必将激发学生的兴趣，适当运用课堂讨论模式，必将有利于学生思维品质的激活。
例5 如图7所示，WN捧和OP棒分别通过导轨与两线圈组成闭合电路，两棒可在水平光滑导轨上自由滑动，左右两侧的磁场方向如图所示。要使OP棒向左运动，试分析说明MN棒应做怎样的运动？
附图
图7
在课上我们首先提出：在什么条件下OP棒中有电流产生？让同学思考、讨论。几分钟后，课堂气氛异常活跃，一些人认为只要螺线管中有磁场，OP棒中就有电流产生。另一些人认为，只要螺线管中有变化的磁场，右侧线圈由于互感产生感应电动势，OP棒连接回路中就有电流。通过全班讨论，大家一致认为第二种意见是正确的，产生第一种错误的原因是对楞次定律理解不到位。然而问题并没有到此结束，随后我们提出了以下几个更一般、更深入的问题：导体棒MN匀速切割和变速切割的区别？导体棒MN向右运动和向左运动的区别？导体棒MN速切割和减速切割的区别？经过讨论，请几位同学分别上来讲解，最后达成一致意见。
通过这样的讨论，加深了学生对楞次定律和法拉第电磁感应定律的理解，并培养了他们用语言表述物理过程的能力。那些原来概念不十分清晰的同学也知道了自己的错误所在，他们在讨论中学会思考，在讲解中学会方法，从而激活思维品质。
实践使我们体会到充分利用教材中的教学内容，把握激活学生思维的各个环节，针对不同的概念、规律，采用不同的教学方法与手段，灵活运用课堂讨论模式，一定有利于学生思维能力的提高。