“感生电动势和动生电动势”教学实施的设想，本文主要内容关键词为：电动势论文，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。
电磁感应定律是电磁学的重要内容，在以往的教学中对此知识点强化训练比较多。对电磁感应产生电动势从机理上进行分类，并阐述两种电场的本质区别是教材发展的一个亮点。新增内容带给课程实施的困惑是教材内容深广度拓展型的把握，以及教材提供的巩固性练习的缺失。为此我们必须通过实践后的反思，从教材编排体系上进行解读分析，期望对教学实施提供一些帮助。
本节课讲述“感应电场与感生电动势”和“洛伦兹力与动生电动势”两个对照性内容。由于学生对感生电动势
和动生电动势中E=BLv（平动切割）、E=nBSω（转动切割）的定量计算有一定的认识，但涡旋电场和静电场的区别是什么？变化的磁场为什么能在无介质的环境中产生感应电场？仅依靠教材提供的“麦克斯韦电磁理论”的部分内容，“变化的磁场产生电场”，在前置知识准备不足的条件下，学生能否真实地理解？如果留给“麦克斯韦电磁理论”学习后再去理解，在这儿的学习是否照本宣科介绍给学生，让学生带着疑惑去学习后续内容，我们虽然不再刻意追求知识体系的完整，但对于学生的发展而言是否是一种过程的浪费？如果在此着墨太多，凭借目前的电磁理论知识不但讲不清，而且会把教材编排体系打乱，增加这节内容虽然是教材的发展，若处理不当，反倒成为一种学习的障碍。
在逻辑体系上，教材是想通过“麦克斯韦电磁理论”的部分内容作为教学难点突破的切入点，教师就应当对课程进行必要的整合和重新设计，从教学设计、教学方法、创设物理场景和程序性问题入手，力求做到位但不越位，简洁而不冗长。
教学设计上围绕两种电场产生的原因、电场力做功的特点、电动势的物理意义、非静电力的来源等问题进行设计，以期达到教学的预定目的。
创设物理场景上围绕“感生电场不依赖于导电介质而独立存在，它是由于磁场的变化而引起，区别于静电场的电场”。从教材4.5-1定性分析外界磁场均匀变化激发感生电流实验中，设计程序性问题如下：
1.处在均匀变化的磁场中的线圈，闭合与断开时发生的现象有什么区别？如何判断感生电场的方向？
2.圆环缺口增大，对磁场的
有无影响？对产生的感生电动势有什么影响？如果缺口增大，感应电场是否受到影响？试猜测如果缺口增大直至没有圆环，感应电场是否还存在？感应电场中不同位置点是否存在电势和电压？
教学方法上采用类比的方法，通过科学的预设，让学生从有形线圈中产生的感应电动势到没有线圈中涡旋电场的激发，逐步认识，降低认知障碍。
对于变化磁场激发的涡旋电场：
。在任意电场中，电场强度沿任意闭合回路的线积分等于通过闭合曲线所包围面积的磁通量随时间变化率的负值，微分形式：
，因此，在引导学生逐步认识感应电场与是否存在闭合回路无关的时候，以上设计的程序性问题就显得格外重要。
教材基于麦克斯韦电磁理论的部分内容，指出：“如果此刻空间存在闭合导体，导体内自由电荷就会在这种电场的作用下做定向运动，产生感应电流，或者说导体中产生了感应电动势。在这种情况下，所谓的非静电力就是这种感生电场对电荷的作用，由感生电场产生的电动势称谓感生电动势”。在“有势有流”情况下给出三种信息：
(1)变化的磁场产生一种感应电场；
(2)这种电场对自由电荷有力的作用，搬运电荷对之做功，使正负电荷在两端积累形成电压，这个力充当非静电力；
(3)电场中不同位置处电势的差产生电压；
通过非闭合圆环中“有势无流”下感应电场的分析，提出：
(1)对于完全处于变化磁场中的闭合回路，何处是电场的起点和终点？
(2)哪两个点之间的电势差是感生电动势？
教学设计中要以此为切入和深化点，引导学生逐步认识这种感应电场的特点，即得出感应电场的形状和特点，通过程序性问题的解答，让学生总结出以下问题：
(1)产生的原因；
(2)电场的特点：涡旋场，曲线是闭合的，无头无尾，区别于静电场；
(3)做功的特点。
基于上述问题的理解，才能对麦克斯韦电磁理论的部分内容“变化的磁场产生电场”才能有一定的理解。授课中是否对此做引申性讲述，取决于校本发展的实际，这也是教材倡导“选择性”的具体体现。
为深化理解涡旋电场的特性，教材通过定性分析“电子感应加速器”的工作原理达到上述目的。题干给出加速器的结构、各部件的作用和工作原理，由于学生初步掌握了静电场直线加速器、交变电磁场的回旋加速器，电子感应加速器的出现将有利于丰富学生认知，提高解决实际问题的能力，因此在任务驱动式教学方式下，程序问题设计如下：
(1)电磁铁线圈中通有恒定电流和均匀变化的电流时，所激发的磁场和感应的电场有什么特点？
(2)电子在这两种情况下各做什么运动？试讨论
下的运动？
(3)线圈中通有均匀变化的电流时，电子为什么还能保持原有的轨道运动？
感应电场首次出现在教材中，对应的巩固性练习相对短缺，教材在编排体系上并没有充分认识到教学中的这种现实需求，即便课后习题有四个练习题目，也仅仅是从一般感生电动势、电流的计算，以及动生电动势的计算上进行的设计，学完该知识点无法进行必要的巩固练习，无法达到常规的教学要求，这也是选修3-2编排体系上出现的一个疏忽，因此，选编一些试题强化该知识点自然成为“教师即课程资源的建设者”的必然需求。
(1)小球第一次到达A点时速度
的大小？
(2)小球第二次到达A点时速度的大小？
(3)小球第一次到达A点开始，滑行一周的过程中感应电场力所做的功？
(4)小球从第一次到达A点开始，滑行一周的过程中摩擦力所做的功？
解析 选编此习题的目的应当是深化理解“涡旋电场对电荷做功”的认识，抓好两个特定状态和运动一周涡旋电场做功的物理过程分析是选编该例题的中心目的。
由于动生电动势中平动切割的物理场景学生已经非常熟悉，因此在“洛伦兹力与动生电动势”知识模块教学中应着重放在以下几个方面来认识：
(1)动生电动势产生的机理性分析；
(2)非静电力的来源性分析；
(3)动生与感生电动势的区别（从能量转化角度）。
其中“非静电力的来源性分析”是一个难点。选择绝对参照系，导体中的电荷同时参与随导体棒的平动
和电荷积累后所激发的电场使之向上做加速运动的两个分运动的合运动，在绝对参照系下，合速度的方向应当斜向上，由左手定则可知
与之垂直斜向上，而不是竖直向上，即的一个分力充当非静电力，做正功；另一个分力做负功，这与不做功相吻合，因此教学设计中一定要突出本节课的这一难点，表格设计如下：
为巩固这一知识点的学习，教材从力和运动、功能转化角度进行分析平动切割产生电动势这一物理过程，这对于全面认识和深化应用具有积极的正向迁移作用。采用程序法分析导体棒在匀强磁场中沿竖直导轨下落过程，涉及到各模块知识点如下：
电磁感应：平动切割产生感生电动势E=BLv；
学习中呈现的问题是：功是能量转化的量度，安培力做负功，实现了什么能的转化？
这一问题为我们求解变力作用下安培力的功和电路消耗的焦耳热提供了一条方法，为此，引导学生开展归类性的研究性学习比较合适，问题如下：
［原型启发］如图3所示，在竖直向下的磁感应强度为B的匀强磁场中，有两根水平放置的相距为 L且足够长的平行金属导轨AB、CD，在导体的AC端连接一阻值为R的电阻，一根垂直于导轨放置的金属棒ab，质量为m，导轨和金属棒的电阻以及它们之间的摩擦不计，若用恒力F向右拉棒运动，求金属棒的最大速度？
图3
将该物理场景转置到竖直平面内，或者光滑的斜面上分析其动态物理过程，挖掘其临界条件；如果有滑动摩擦力的场景等问题，如果换用电容器元器件替代电阻，求解电容器储存的能量等问题，成为引导学生基于学科特点进行研究性学习的良好素材。
例2 如图4所示，在同一水平面内的两根平行导轨间距为L，导轨间接有耐压值很高的电容器电容为C，金属棒CD与导轨光滑接触，外力作用下从静止开始做匀加速直线运动，加速度为a，磁感应强度为B，导轨足够长，不计其他电阻，求导体棒经过时间t所吸收的能量？
例3 如图5所示，两根平行金属导轨固定在水平桌面上，每根导轨单位长度上的电阻为
，导轨的端点P、Q用电阻可忽略的导线相连，两导轨间距L=0.20m，导轨间有随时间而发生变化的磁场垂直于桌面，已知磁感应强度随时间发生变化的函数关系为B=Kt，其中K=0.02T/s，一电阻不计的金属杆可在导轨上无摩擦的滑动，在滑动过程中金属棒保持与导轨垂直，在t=0时刻，金属棒紧靠在PQ端，在外力作用下杆以恒定的加速度从静止开始向导轨另一端滑动，求在t=0.6s时金属杆所受的安培力？
解析 导体棒平动切割产生动生电动势，同时由于磁场发生变化在闭合回路中产生感生电动势，磁场和回路面积在不同时刻均发生变化。
在课改初期，教师作为课程资源的开发者和资源的建设者，对于教材中新增内容，在《课标》缺失必要阐述的行为规范要求下，单纯依靠教师个人的理解很难做到教学拓展面和深度的恰如其分。学校的发展更多定位在优质而全面发展的教育上，通过知识的传承促进能力的发展和情感态度的提升，一切游离于课程之外的能力概念只是一种臆想而不是现实的教学活动，因此说无论是必修还是选修，只要以单元模块出现的知识点，《课标》就应当给出精确的行为要求。