吳輝

【摘 要】本文分析“平行通電導(dǎo)線之間的相互作用”演示實(shí)驗(yàn)的教學(xué)背景，講解用通電平行直導(dǎo)線來(lái)演示電流之間的相互作用的實(shí)驗(yàn)操作，以使學(xué)生熟練運(yùn)用安培定則與左手定則去分析物理問(wèn)題，為學(xué)習(xí)電磁感應(yīng)打好基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】平行通電直導(dǎo)線 演示實(shí)驗(yàn) 教學(xué)探究

【中圖分類號(hào)】G 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】0450-9889（2017）08B-0114-02

用通電平行直導(dǎo)線來(lái)演示電流之間的相互作用是電磁學(xué)中的一個(gè)重要物理實(shí)驗(yàn)。通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)能使得學(xué)生熟練運(yùn)用安培定則與左手定則去分析物理問(wèn)題，使學(xué)生能夠很好地過(guò)渡到安培力大小的學(xué)習(xí)，也為今后的學(xué)習(xí)電磁感應(yīng)及解決力與電的綜合問(wèn)題打下基礎(chǔ)。

一、實(shí)驗(yàn)教學(xué)的背景分析

（一）演示實(shí)驗(yàn)的地位與作用

想教好物理就得做好演示實(shí)驗(yàn)，因?yàn)檠菔緦?shí)驗(yàn)是理論的基礎(chǔ)，是理論研究的方向。演示實(shí)驗(yàn)?zāi)馨芽菰锏睦碚撝R(shí)變活。演示實(shí)驗(yàn)還能吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的操作欲和對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察欲以及對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的探索欲。

通過(guò)通電平行直導(dǎo)線來(lái)演示電流之間的相互作用這個(gè)實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)能使得學(xué)生熟練運(yùn)用安培定則與左手定則去分析物理問(wèn)題，該實(shí)驗(yàn)?zāi)茏寣W(xué)生很好地過(guò)渡到安培力大小的學(xué)習(xí)，能更好地學(xué)習(xí)電磁學(xué)。

（二）學(xué)情分析

這個(gè)演示實(shí)驗(yàn)選自人教版選修 3-1 的第三章第四節(jié)《通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力》，在實(shí)驗(yàn)之前學(xué)生已經(jīng)掌握了安培定則與左手定則，有一定的空間想象能力，但是運(yùn)用知識(shí)去分析問(wèn)題能力還有限，教師要加強(qiáng)引導(dǎo)。

（三）教學(xué)重點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn)是如何成功地操作實(shí)驗(yàn)，使得實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯、準(zhǔn)確。教學(xué)難點(diǎn)是如何使學(xué)生用左手定則與安培定則分析、解釋實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象

二、實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目標(biāo)

（一）知識(shí)與技能

熟記左手定則的內(nèi)容，能配合安培定則判定安培力的方向，并且能解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

（二）過(guò)程與方法

通過(guò)實(shí)驗(yàn)演示、分析、歸納、討論、交流，最后總結(jié)出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

（三）情感態(tài)度與價(jià)值觀

通過(guò)吸引學(xué)生的物理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，讓學(xué)生感受物理學(xué)的魅力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程

（一）教法

本演示實(shí)驗(yàn)采用引導(dǎo)討論和探究總結(jié)的教學(xué)方法。邊討論邊實(shí)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果交流、討論，準(zhǔn)確地領(lǐng)會(huì)與理解安培定則和左手定則，使學(xué)生從“變”的現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)“不變”的本質(zhì)。

（二）學(xué)法

把課堂最大限度地還給學(xué)生，通過(guò)討論、探究、總結(jié)、發(fā)現(xiàn)，使得學(xué)生形成良好的分析物理問(wèn)題習(xí)慣。

（三）實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)

整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)包括五個(gè)環(huán)節(jié)：

第一個(gè)環(huán)節(jié)，創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境在實(shí)驗(yàn)前引入。

提出預(yù)設(shè)的兩個(gè)問(wèn)題：我們知道電荷和磁鐵同種性質(zhì)排斥，異種性質(zhì)吸引。那么兩條平行的通電直導(dǎo)線之間會(huì)怎么樣呢？是在什么情況下相互吸引或是相互排斥？

第二個(gè)環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)器材的選擇與說(shuō)明。

器材名稱：通電平行直導(dǎo)線相互作用演示儀，這個(gè)儀器的代碼為 J11045，型號(hào)是 J2447（D-PX-Y-A 型）。書(shū)本上的演示圖看到的儀器不帶電源，不方便。用學(xué)生電源驅(qū)動(dòng)，輸出電流小，現(xiàn)象不明顯。用蓄電池做電源，維護(hù)麻煩。學(xué)校用的是新購(gòu)買(mǎi)的通電平行直導(dǎo)線相互作用演示儀，自帶大電流電源，使其相互吸引或相互排斥的現(xiàn)象更加明顯，動(dòng)作幅度大，對(duì)教學(xué)更好，對(duì)學(xué)生更有說(shuō)服力。

由于高中實(shí)驗(yàn)中的通電平行直導(dǎo)線的電磁作用力比較弱小，為了提高實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象效果，實(shí)驗(yàn)時(shí)選用旋轉(zhuǎn)方式，用力矩來(lái)驅(qū)動(dòng)平行直導(dǎo)線，這樣可以大大加強(qiáng)電磁力的作用效果，使演示現(xiàn)象更明顯，視角也更寬。所以這個(gè)器材和書(shū)本的不一樣，這也是對(duì)傳統(tǒng)演示實(shí)驗(yàn)的一種創(chuàng)新。這種儀器的紅色接線柱為正極，黑色接線柱為負(fù)極。

第三個(gè)環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生觀察與教師設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。

1.調(diào)水平安裝器材

將儀器放在實(shí)驗(yàn)桌上，把儀器所配備的兩平行直導(dǎo)線卡在儀器上下對(duì)應(yīng)凹槽中，檢查是否能轉(zhuǎn)動(dòng)靈活。如果不靈活，就要將兩平行直導(dǎo)線的長(zhǎng)度（形狀）作適當(dāng)調(diào)整，使之能靈活轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣其所受阻力最小，實(shí)驗(yàn)更加明顯。

2.串聯(lián)連接法

將儀器臺(tái)面上的兩接線柱分別用一根短的導(dǎo)線就近連接到儀器的正極和負(fù)極上。接通電源，此時(shí)通過(guò)直導(dǎo)線的電流方向是異向的，按下儀器面板的按鈕開(kāi)關(guān)，指示燈亮，兩平行直導(dǎo)線相互排斥。

3.并聯(lián)連接法

將儀器配的長(zhǎng)的導(dǎo)線一段接儀器頂端的一個(gè)黑色接線柱，另一端接儀器面板的電源正極。用一根短導(dǎo)線將儀器臺(tái)面上的兩接線柱短路連接，并用另一根短導(dǎo)線將此短路點(diǎn)連接到儀器電源負(fù)極接通電源，此時(shí)通過(guò)直導(dǎo)線的電流是同向的，按下儀器面板的按鈕開(kāi)關(guān)，指示燈亮，兩平行直導(dǎo)線相互吸引。

第四個(gè)環(huán)節(jié)，師生共同分析實(shí)驗(yàn)，得出結(jié)論。

從上面圖可以看出，兩條平行的通電直導(dǎo)線，如果電流方向相同時(shí)，兩條通電直導(dǎo)線受到兩個(gè)互相吸引的力；如果電流方向相反時(shí)，兩條通電直導(dǎo)線受到兩個(gè)互相排斥的力。

結(jié)論：兩條平行的通電直導(dǎo)線，當(dāng)電流方向相同時(shí)，兩條平行的通電直導(dǎo)線相互吸引；當(dāng)電流方向相反時(shí)，兩條平行的通電直導(dǎo)線相互排斥。通電直導(dǎo)線電流之間的相互作用是通過(guò)通電導(dǎo)線產(chǎn)生磁場(chǎng)來(lái)改變的。

第五個(gè)環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)此實(shí)驗(yàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)與反思。

引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)本節(jié)課的內(nèi)容、方法、需要改進(jìn)的地方與進(jìn)一步研究安培力大小的學(xué)習(xí)?！捌叫型妼?dǎo)線之間的相互作用”的演示實(shí)驗(yàn)，在一般教材中都有介紹，但是按教材所述的實(shí)驗(yàn)裝置去做，現(xiàn)象不明顯。這里我們改用“定軸轉(zhuǎn)動(dòng)”現(xiàn)象，力矩（M）=力臂（L）×力（F），用粗銅導(dǎo)線等材料作實(shí)驗(yàn)器材，使用力矩轉(zhuǎn)動(dòng)減少直導(dǎo)線所受的摩擦力，使實(shí)驗(yàn)效果更加顯。這樣的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)不僅能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，而且能提高學(xué)生的認(rèn)識(shí)，更好地學(xué)到物理知識(shí)和應(yīng)用物理知識(shí)。endprint

四、演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

（一）鼓勵(lì)學(xué)生參與和配合教師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)改進(jìn)和實(shí)驗(yàn)操作，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手和創(chuàng)新能力

通電平行直導(dǎo)線相互作用演示儀，是學(xué)生新接觸的儀器，在課堂上教師鼓勵(lì)學(xué)生上講臺(tái)操作儀器，體驗(yàn)物理實(shí)驗(yàn)帶來(lái)的樂(lè)趣，更好地培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力。因此教師在演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，要多鼓勵(lì)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)操作，并在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后和教師一起討論實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出最后的結(jié)論，同時(shí)能針對(duì)問(wèn)題提出改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的方法。這樣不僅能培養(yǎng)學(xué)生的自主能力，而且能培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。

（二）拓展實(shí)驗(yàn)教學(xué)思路，擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)探究的范圍，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新精神

這個(gè)通電平行直導(dǎo)線相互作用演示儀自帶電源，采取旋轉(zhuǎn)方式來(lái)顯示實(shí)驗(yàn)效果，給學(xué)生帶來(lái)新的思路和新的方式。創(chuàng)新精神是新課改下的時(shí)代要求，也是新高考的要求。因此在演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，要注意培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，這是教好物理的新方向、新方法、新路子。

（三）重視演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)，讓理論和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，提高理論教學(xué)效果

我們知道高中物理理論知識(shí)非常抽象，學(xué)生很難學(xué)好高中物理，很大原因是教師沒(méi)有重視理論與實(shí)驗(yàn)的聯(lián)系，不能把抽象的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，也就是說(shuō)，沒(méi)有做好各個(gè)實(shí)驗(yàn)，沒(méi)有給學(xué)生建立好物理模型和實(shí)驗(yàn)情境，導(dǎo)致學(xué)生實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)差，理論也就得不到很好地理解。因此，教師要重視演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)，讓理論和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，提高理論教學(xué)效果。

總的來(lái)說(shuō)，要想提高物理教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，全面提高學(xué)生的自主創(chuàng)新和解決問(wèn)題的能力，就一定要在物理教學(xué)中加大實(shí)驗(yàn)教學(xué)的力度，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，拓展實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生愛(ài)物理用物理的熱情，提高學(xué)生運(yùn)用物理知識(shí)的能力。

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【作者姓名】吳 輝（1987— ），男，漢族，本科，中學(xué)二級(jí)教師，北海市合浦縣人，現(xiàn)就職于北海市北海中學(xué)，研究方向：實(shí)驗(yàn)研究。

（責(zé)編 盧建龍）endprint