用活物理实验 创建高效课堂

    董丽

    “涡流、电磁阻尼和电磁驱动”是2019人教版高中物理新教材選择性必修二第二章第三节的内容，是对法拉第电磁感应定律的总结和应用。新教材对这节内容的编写做了些改动，将感生电场和涡流概念放在了一起。学生在学习了楞次定律和电磁感应定律后，理解这节内容的难度不大。教师在这节内容的处理上往往会一笔带过。新课标对这节内容的要求是，通过实验了解涡流现象，并能举例说明涡流现象在生产生活中的应用。可见，新课标更加重视物理实验在教学中的作用。

    结合新课标的要求，围绕2019新教材内容，笔者设计了6个小实验，让学生边动手边思考，同时进行小组交流，在已有认知基础上理解感生电场、涡流、电磁阻尼和电磁驱动。这些实验的设计既符合学生的认知规律，又适应学生的身心特点，同时对打造高效课堂、实现有效教学也起到了重要作用。

    在教学时，教师将学生进行分组，每组实验桌上都放有不同的实验器材，教师介绍桌面上放置的实验仪器、相关资料，要求每组学生完成自己的实验操作，并通过组内交流解释实验现象。

    实验1：电磁炉是不是一定能把凉水变成热水？

    实验器材：1个完整的电磁炉，1个去掉面板后的电磁炉，1只不锈钢杯，1只玻璃杯。

    实验操作：将两杯中倒入相同体积的水，同时放到电磁炉上加热，观察水温变化。

    思考与交流：观察去掉面板后的电磁炉，阅读教材第33页感生电场和涡流的相关内容，结合麦克斯韦电磁理论解释上述实验现象。

    学生分析：根据麦克斯韦电磁理论，电磁炉通电后，变化的电流会产生变化的磁场，变化的磁场周围又会产生变化的电场（感生电场），感生电场会驱动金属中的自由电荷定向移动而形成电流，电流的热效应使得不锈钢杯中的水被加热。玻璃杯没有自由电荷，无法形成电流，里面的水不会被加热。

    教师总结：感生电场;涡流及其成因;涡流的热效应。

    设计意图：利用实验1，让学生理解感生电场的产生，进而引导学生总结出涡流的成因及涡流的热效应，从而得出涡流的定义。

    实验2：为什么灵敏电流计在运输时要用导线把两个接线柱相连？

    实验器材：2个灵敏电流计，其中1个的正负接线柱用导线连接。

    实验操作：晃动两个电流计，观察指针偏转情况。

    思考与交流：观察电流计内部结构图，利用电磁感应现象解释上述实验现象。

    学生分析：将接线柱用导线连接在一起，相当于把电流计内的线圈电路组成闭合电路，当指针由于外界振动而发生跳动时，产生感应电流，进而产生安培力，安培力的方向与跳动方向相反，即阻碍指针的跳动，能起到减震的作用。

    实验3：落体实验

    实验器材：2个相同长度的直管（有机玻璃管、铝管），圆柱形小磁体。

    实验操作：两直管竖直放置，将圆柱形小磁体分别放入两直管，静止释放，观察下落快慢。

    思考与交流：利用电磁感应定律解释上述实验现象。

    学生分析：当有磁性的小磁体在铝管中下落时，由于磁体的磁场相对铝管运动，根据麦克斯韦电磁理论，在铝管中会产生涡流，涡流受到阻碍两者相对运动的安培力的作用，同时也对下落的小磁体产生反作用力，阻碍小磁体的下落。

    设计意图：利用实验2、3，让学生了解涡流的机械效应——电磁阻尼。

    实验4：不用手接触，你能让铝框转动起来吗？

    实验器材：蹄形磁铁，带有铝框的竖直支架。

    实验操作：将蹄形磁铁放在竖直支架上，让其能以支架为轴转动，将铝框放在蹄形磁铁两脚之间，转动蹄形磁铁，观察铝框的运动。

    思考与交流：利用电磁感应定律解释上述现象并思考如何让转动的铝框快速停下来。

    学生分析：蹄形磁铁相对静止的铝框转动，穿过铝框的磁通量发生变化，在铝框中产生涡流，涡流受到阻碍产生相对转动的安培力，使铝框跟着磁铁转动，但总比磁铁晚一步。若要让转动的铝框快速停下来，可以反向转动磁铁。

    设计意图：利用实验4，让学生了解涡流的机械效应——电磁驱动与电磁阻尼。

    实验5：考试进场时，什么情况下探测器会出现鸣叫声？

    实验器材：手持式探测器、钥匙、金属拉链、水卡等物品。

    实验操作：打开探测器电源，将探测器分别靠近钥匙、金属拉链、水卡等物品，探测器出现鸣叫声。

    思考与交流：拆开探测器，观察内部构造，解释上述现象。

    学生分析：当交流电通过线圈时，产生迅速变化的磁场。这个磁场能使金属物体内部产生涡电流。涡电流又会产生磁场，反过来影响原来的磁场，引发探测器发出鸣叫声。

    实验6：用绝缘丝线悬挂铜环，不用手接触铜环，你能让铜环运动起来吗？铜环运动起来后，不用手接触铜环，你能让它快速停止运动吗？

    设计意图：实验5、6是在学生学习了涡流、电磁阻尼、电磁驱动的基础上进行的学生自主活动，目的是让学生运用所学知识分析实际现象，体会物理知识与现实的联系。

    总结提高：各小组就本组的实验内容做一个自我总结，之后各小组可以轮换位置，亲身体验每一个实验，再通过小组间交流探讨，总结本节课的主要内容。

    “从生活走向物理，从物理走向社会”是物理学科的课程理念。提升分析问题、解决问题的能力，是学生物理学科素养形成和发展的关键。近年来的物理考试试题与科学技术进步及生产生活实际的联系也越来越密切，更加注重考查学生灵活运用所学物理知识解决实际问题的能力，促进学科素养的发展。本节课通过日常生活中电磁炉烧水这一实验活动，让学生从感生电场的知识入手，得出涡流的概念，再利用几个小实验学习涡流在生活中的三类应用，即涡流的热效应、电磁阻尼和电磁驱动。实验器材既有生活中的电磁炉、探测器，实验室中常见的电流计、磁铁，也有自制的铜环。实验成本低，操作简单，又有一定的趣味性，让学生认识到课本上枯燥的内容在日常生活中却有如此高的利用率，调动了学生学习物理的积极性。

    总之，物理实验教学是一个打造物理高效课堂的平台，物理教师应尽可能地提高学生学习物理的兴趣，调动学生学习物理的主动性、积极性。同时通过物理实验培养学生实验操作能力、创新能力，让学生具有强烈的探索欲和求知欲。

    （责编 马孟贤）