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不妨“错”上一回

2008-08-05何文思

中学理科·综合版 2008年5期
关键词:磁感应金属棒磁通量

何文思

一、问题提出

在高三第一轮复习中,每节课的知识点多、容量大,大部分情况下都得由教师理清解题思路,列出多种解题方法,一节课下来,学生很少有时间提出自己的问题.爱因斯坦曾经说过:“提出问题比解决问题更重要,因为解决问题也许仅是一个数学上或实验上的技能而已.而提出新的问题、新的可能性,从新的角度去看旧的问题,都需要有创造性的想像力,而且标志着科学的真正进步”.在课堂教学中,如何让学生提出更多的问题,从而培养学生的创新能力?一次在讲解一道电磁感应题时,笔者故意“错”上一回,引起学生激烈的质疑.营造出师生共同探讨的氛围,课堂气氛异常活跃,因而获得良好的收效.

题目如图1所示,水平放置的两条光滑导轨上有可以自由移动的金属棒PQ、MN,当PQ在外力的作用下运动时,MN在磁场力的作用下向右运动,则PQ所做的运动可能是().

A.向右加速运动

B.向左加速运动

C.向右减速运动

D.向左减速运动

教师分析:由图1可知当金属棒PQ向右加速运动时,PQ切割磁感应线产生电流增大.使线圈L2上激发的磁场增强,从而使穿过线圈L1的磁通量变大,由楞次定律可知,线圈L1的回路通过金属棒MN向右运动将阻碍原磁通量的增大,故选A;同理B也正确,所以选择AB选项.

同学们还有其他方法来分析这道题目吗?

二、学生讨论

1.正向步步分析法:如果金属棒PQ向右加速运动,用右手定则判定线圈L2上产生逆时针的电流,由于电流增大,线圈L2内部磁感应线方向向上,再由楞次定律进一步判定:线圈L1上感应电流的方向为顺时针方向,最后运用左手定则可判定金属棒MN受力方向向左,棒MN应向左运动,则A错B正确;同理可知C正确D错.故应选BC选项.

2.逆向步步分析法:当MN在磁场力的作用下向有运动时,运用左手定则可以判定线圈L1上有逆时针的电流,由安培定则判定线圈L1内的磁感应线方向向下.如果线圈L2内部磁感应线方向向下,则线圈L2内电流方向为顺时针方向.由右手定则可判定金属棒PQ向有运动且做减速运动,故C正确;同理,如果线圈L2内部磁感应线方向向上,则金属棒PQ向左运动且做加速运动,故B也正确,所以正确答案为BC.

3.逆向推导法:由图1可知当金属棒MN,在磁场力的作用下向右运动,MN与线圈L1构成的回路的磁通量有减少的趋势,由楞次定律可知,线圈L2上电流产生的磁场必增强,即线圈L2上的电流势必变大,则金属棒PQ向右或向左加速即可,故应选AB.

三、问题质疑

1.谁是谁非?

老师是从楞次定律出发进行分析:当闭合电路的磁通量增大时,通过减少闭合电路的面积将阻碍原磁通量的变化,此方法可谓简洁.学生的步步分析法是推理细致,在运用右手定则、安培定则、楞次定律和左手定则的基础上.分步分析,每一步都合情合理.答案是唯一的,谁是谁非,问题症结又在哪儿?

2.建立新模型,为什么每种方法都很灵验?

如果金属棒MN与导轨所在平面垂直于纸面的话(如图2所示),当PQ在外力的作用下运动时,MN在磁场力的作用下向右运动,则PQ所做的运动可能是向右加速运动或向左加速运动,上述任一种方法答案结果却完全一致,金属棒MN都是向右运动,这又是为什么?

3.重新再认识楞次定律

楞次定律的内容表述为:感应电流的磁场总是阻碍原磁场磁通量的变化.理解的关键是“原”字,当原磁场的磁感应强度变化时,可以通过改变闭合电路的面积,从而阻碍原磁场磁通量的变化.图l中金属棒MN向右运动时,原磁场不是线圈L1回路上感应电流的磁场,而是指线圈L2上电流产生的磁场,在螺线管外此磁场的磁感应强度方向与金属棒MN和导轨所在平面平行.及棒MN的运动并没有阻碍线圈L1闭合回路的原磁场磁通量的改变,实质是因为外加磁场对金属棒MN上的电流有力的作用,而使之运动.所以说,选AB选项为答案的方法是不正确的.当金属棒PQ向右加速运动时,PQ切割磁感应线产生电流增大,使线圈L2上激发的磁场增强,由楞次定律可知,线圈L1有沿径向缩小的效果而阻碍原磁场磁通量的变化.

4.这种情况下又该如何判断?

如果金属棒MN与导轨所在平面垂直于纸面,并外加垂直该导轨平面的磁场B,如图3所示,则当PQ在外力的作用下运动时,金属棒MN运动情况将怎样?此时我们应综合线圈L2。上感应电流的“原”磁场和外磁场B的共同作用来判定金属棒MN的运动状态,但感应电流的磁场必然促使金属棒MN将阻碍原磁通量的变化.例如,当金属棒PQ向有加速运动时,由楞次定律直接判定线圈L2上感应电流的磁场对棒MN有向右方向的作用力,而利用步步分析法判定外磁场B对棒MN作用力方向向左,所以棒MN的运动方向将由两者合力方向决定.

四、启示

课堂上教师不妨“错”上一回,不仅可以激活学生的思维,而且可以拉近师生间的距离。增强课堂师生对话与交流.即使教师分析问题真的错上一回,学生在课堂中即时捕捉到并及时指出,教师要善于倾听.敢于纠正自己的错误,乐于与学生积极探讨错因,有利于培养学生分析研究和解决问题的能力、探索能力和创造精神,对全面提高学生的综合素质有着重要的作用.

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